Energia del carburante. Calore specifico di combustione

Oltre ai componenti principali, il carbone contiene vari additivi non combustibili che formano ceneri, "roccia". Cenere inquina l'ambiente e viene sinterizzato in scorie su griglie, il che rende difficile la combustione del carbone. Inoltre, la presenza di roccia riduce il calore specifico di combustione del carbone. A seconda del grado e delle condizioni minerarie, la quantità di sostanze minerali varia notevolmente, il contenuto di ceneri del carbone è di circa il 15% (10-20%).
Un altro componente dannoso del carbone è zolfo... Nel processo di combustione dello zolfo, si formano ossidi, che nell'atmosfera vengono convertiti in acido solforico. Il contenuto di zolfo nel carbone che forniamo ai clienti attraverso la nostra rete di rappresentanti è di circa lo 0,5%, questo è un valore molto basso, il che significa che l'ecologia della tua casa sarà preservata.
L'indicatore principale di qualsiasi carburante è calore specifico di combustione... Per il carbone, questo indicatore è:

Le cifre mostrate si riferiscono al concentrato di carbone. I numeri effettivi possono variare in modo significativo. Quindi, per il normale carbone bituminoso, che può essere acquistato nei magazzini di carbone, viene indicato un valore di 5000-5500 kcal / kg. Usiamo 5300 kcal/kg nei nostri calcoli.
La densità del carbone va da 1 a 1,7 (carbone - 1,3-1,4) g / cm 3, a seconda del tipo e del contenuto di sostanze minerali. La tecnica utilizza anche la "densità apparente", è di circa 800-1000 kg / m 3.

Tipi e gradi di carbone

Il carbone è classificato in base a molti parametri (geografia della produzione, composizione chimica), ma da un punto di vista "domestico", quando si acquista carbone per l'uso nei forni, è sufficiente comprendere l'etichettatura e la possibilità di utilizzarlo in Thermobot.

In base al grado di coalificazione si distinguono tre tipi di carbone: Marrone, calcolo e antracite. Viene utilizzato il seguente sistema di designazione del carbone: Varietà = (marca) + (taglia).

Oltre ai gradi principali elencati nella tabella, si distinguono anche i gradi intermedi di carbone: DG (gas a fiamma lunga), GZh (gas grasso), KZh (grasso di coke), PA (semi-antracite), anche la lignite divisi in gruppi.
I gradi di carbone da coke (G, coke, Zh, K, OS) non sono praticamente utilizzati nell'ingegneria dell'energia termica, poiché sono una materia prima scarsa per l'industria chimica del coke.
In base alla classe dimensionale (granulometria, frazione), il carbone di alta qualità è suddiviso in:

Oltre al carbone di alta qualità, sono in vendita frazioni combinate e vagli (PK, KO, OM, MS, SSh, MSH, OMSH). La dimensione del carbone è determinata in base al valore minore della frazione più fine e al valore maggiore della frazione più grande indicato nel nome del grado di carbone.
Ad esempio, la frazione OM (M - 13-25, O - 25-50) è 13-50 mm.

Oltre a questi tipi di carbone, è possibile trovare in vendita bricchette di carbone, che vengono pressate da fanghi di carbone a basso arricchimento.

Come brucia il carbone

Il carbone è costituito da due componenti combustibili: volatili e residuo solido (coca cola).

Nella prima fase della combustione vengono rilasciate sostanze volatili; con un eccesso di ossigeno, bruciano velocemente, dando una fiamma lunga, ma poco calore.

Dopodiché, il residuo di coca si brucia; l'intensità della sua combustione e la temperatura di accensione dipendono dal grado di coalizione, cioè dal tipo di carbone (marrone, pietra, antracite).
Maggiore è il grado di coalizione (più alto è nell'antracite), maggiore è la temperatura di accensione e il calore di combustione, ma minore è l'intensità di combustione.

Gradi di carbone D, G

A causa dell'alto contenuto di sostanze volatili, tale carbone si accende rapidamente e brucia rapidamente. Il carbone di questi gradi è disponibile e adatto a quasi tutti i tipi di caldaie, tuttavia, per una combustione completa, questo carbone deve essere fornito in piccole porzioni in modo che le sostanze volatili rilasciate abbiano il tempo di combinarsi completamente con l'ossigeno atmosferico. La combustione completa del carbone è caratterizzata da una fiamma gialla e da fumi chiari; la combustione incompleta di sostanze volatili dà una fiamma cremisi e fumo nero.
Per una combustione efficiente di tale carbone, il processo deve essere costantemente monitorato; questa modalità di funzionamento è implementata nel locale caldaia automatico Thermobot.

Carbone di grado A

È più difficile da accendere, ma brucia a lungo ed emette molto più calore. Il carbone può essere caricato in grandi lotti, poiché bruciano principalmente residui di coke, non c'è rilascio di massa di sostanze volatili. La modalità di soffiaggio è molto importante, poiché in mancanza d'aria, la combustione avviene lentamente, può interrompersi o, al contrario, un aumento eccessivo della temperatura, con conseguente trascinamento di calore e combustione della caldaia.

Tutti sanno che l'uso del carburante gioca un ruolo enorme nella nostra vita. Il carburante viene utilizzato in quasi tutti i rami dell'industria moderna. Il carburante derivato dal petrolio è particolarmente utilizzato: benzina, cherosene, gasolio e altri. Vengono utilizzati anche gas infiammabili (metano e altri).

Da dove viene il carburante?

È noto che le molecole sono costituite da atomi. Per dividere qualsiasi molecola (ad esempio una molecola d'acqua) nei suoi atomi costituenti, è necessaria energia (per superare le forze di attrazione degli atomi). Gli esperimenti mostrano che quando gli atomi si combinano in una molecola (questo accade quando il carburante viene bruciato), al contrario, viene rilasciata energia.

Come sapete, esiste anche il combustibile nucleare, ma non ne parleremo qui.

Quando il carburante viene bruciato, l'energia viene rilasciata. Il più delle volte è l'energia termica. Gli esperimenti mostrano che la quantità di energia rilasciata è direttamente proporzionale alla quantità di combustibile bruciato.

Calore specifico di combustione

Per calcolare questa energia viene utilizzata una grandezza fisica, chiamata calore specifico di combustione del combustibile. Il calore specifico di combustione del carburante mostra quale energia viene rilasciata durante la combustione di una massa unitaria di carburante.

È indicato con la lettera latina q. Nel sistema SI, l'unità di misura per questo valore è J/kg. Si noti che ogni combustibile ha il proprio calore specifico di combustione. Questo valore viene misurato per quasi tutti i tipi di carburante e quando si risolvono i problemi viene determinato dalle tabelle.

Ad esempio, il calore specifico di combustione della benzina è di 46.000.000 J/kg, quello del cherosene è lo stesso, e quello dell'alcol etilico è di 27.000.000 J/kg. È facile capire che l'energia rilasciata durante la combustione del carburante è uguale al prodotto della massa di questo carburante e il calore specifico di combustione del carburante:

Diamo un'occhiata agli esempi

Diamo un'occhiata a un esempio. 10 grammi di alcol etilico bruciati in una lampada ad alcool in 10 minuti. Trova il potere della lampada spirituale.

Soluzione. Troviamo la quantità di calore rilasciata durante la combustione dell'alcol:

Q = q * m; Q = 27.000.000 J/kg * 10 g = 27.000.000 J/kg * 0,01 kg = 270.000 J.

Troviamo il potere della lampada spirituale:

N = Q / t = 270.000 J / 10 min = 270.000 J / 600 s = 450 W.

Vediamo un esempio più complesso. Una bacinella di alluminio di massa m1, riempita con acqua di massa m2, è stata riscaldata utilizzando un primus dalla temperatura t1 alla temperatura t2 (00С< t1 < t2

Soluzione.

Troviamo la quantità di calore ricevuta dall'alluminio:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

trovare la quantità di calore ricevuta dall'acqua:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

trovare la quantità di calore ricevuta da una pentola d'acqua:

trovare la quantità di calore sprigionata dalla benzina bruciata:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

In questa lezione impareremo come calcolare la quantità di calore che il carburante rilascia durante la combustione. Inoltre, consideriamo la caratteristica del combustibile - calore specifico di combustione.

Poiché tutta la nostra vita si basa sul movimento e il movimento si basa per la maggior parte sulla combustione del carburante, lo studio di questo argomento è molto importante per comprendere l'argomento "Fenomeni termici".

Dopo aver studiato le problematiche relative alla quantità di calore e alla capacità termica specifica, si procederà a considerare la quantità di calore rilasciata durante la combustione del carburante.

Definizione

Carburante- una sostanza che genera calore in alcuni processi (combustione, reazioni nucleari). È una fonte di energia.

Il carburante succede solido, liquido e gassoso(Fig. 1).

Riso. 1. Tipi di carburante

• I combustibili solidi includono carbone e torba.
• I combustibili liquidi includono petrolio, benzina e altri prodotti petroliferi.
• I combustibili gassosi includono gas naturale.
• Separatamente, è possibile individuare un molto comune di recente combustibile nucleare.

La combustione dei combustibili è un processo chimico ossidativo. Quando vengono bruciati, gli atomi di carbonio si combinano con gli atomi di ossigeno per formare molecole. Di conseguenza, viene rilasciata energia, che una persona usa per i propri scopi (Fig. 2).

Riso. 2. Formazione di anidride carbonica

Per caratterizzare il carburante, viene utilizzata una tale caratteristica come valore calorico... Il potere calorifico mostra quanto calore viene rilasciato durante la combustione del carburante (Fig. 3). Nella fisica del potere calorifico, il concetto corrisponde calore specifico di combustione di una sostanza.

Riso. 3. Calore specifico di combustione

Definizione

Calore specifico di combustione- la grandezza fisica che caratterizza il combustibile è numericamente uguale alla quantità di calore che si libera durante la combustione completa del combustibile.

Il calore specifico di combustione è solitamente indicato con una lettera. Unità:

Nessuna unità di misura, poiché la combustione del carburante avviene a temperatura praticamente costante.

Il calore specifico di combustione viene determinato empiricamente mediante strumenti sofisticati. Tuttavia, ci sono tabelle speciali per la risoluzione dei problemi. Di seguito sono riportati i valori dei calori specifici di combustione per alcuni tipi di combustibile.

Tabella 4. Calore specifico di combustione di alcune sostanze

Dai valori riportati si evince che durante la combustione viene rilasciata una quantità enorme di calore, pertanto vengono utilizzate le unità di misura (megajoule) e (gigajoule).

Per calcolare la quantità di calore che viene rilasciata durante la combustione del carburante, viene utilizzata la seguente formula:

Qui: è la massa del combustibile (kg), è il calore specifico di combustione del combustibile ().

In conclusione, notiamo che la maggior parte del carburante utilizzato dall'umanità viene immagazzinato con l'aiuto dell'energia solare. Carbone, petrolio, gas: tutto questo si è formato sulla Terra a causa dell'influenza del Sole (Fig. 4).

Riso. 4. Formazione di carburante

Nella prossima lezione parleremo della legge di conservazione e trasformazione dell'energia nei processi meccanici e termici.

Elencoletteratura

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizen I.I. Fisica 8. - M.: Mnemosine.
2. A.V. Peryshkin Fisica 8. - M .: Otarda, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fisica 8. - M .: Educazione.

1. Portale Internet "festival.1september.ru" ()
2. Portale Internet "school.xvatit.com" ()
3. Portale Internet "stringer46.narod.ru" ()

Compiti a casa

Che cos'è il carburante?

È un componente o una miscela di sostanze in grado di effettuare trasformazioni chimiche associate al rilascio di calore. Diversi tipi di carburante differiscono per il contenuto quantitativo di un ossidante in essi contenuto, che viene utilizzato per rilasciare energia termica.

In senso lato, il carburante è un vettore energetico, cioè un potenziale tipo di energia potenziale.

Classificazione

Attualmente i tipi di combustibile sono suddivisi in base al loro stato di aggregazione in liquidi, solidi e gassosi.

Pietra e legna da ardere, l'antracite sono considerate una solida specie naturale. Bricchette, coke, termoantracite sono tipi di combustibile solido artificiale.

Le sostanze che contengono sostanze di origine organica sono classificate come liquidi. I loro componenti principali sono: ossigeno, carbonio, azoto, idrogeno, zolfo. Il combustibile liquido artificiale sarà una varietà di resine, olio combustibile.

È una miscela di vari gas: etilene, metano, propano, butano. Oltre a questi, il combustibile gassoso contiene anidride carbonica e monossido di carbonio, idrogeno solforato, azoto, vapore acqueo, ossigeno.

Indicatori carburante

Il principale indicatore di combustione. La formula per determinare il potere calorifico è considerata in termochimica. emettono "combustibile convenzionale", che significa il calore di combustione di 1 chilogrammo di antracite.

L'olio per riscaldamento domestico è destinato alla combustione in dispositivi di riscaldamento a bassa potenza situati in locali residenziali, generatori di calore utilizzati in agricoltura per l'essiccazione dei mangimi, conserve.

Il calore specifico della combustione del carburante è un valore tale che dimostra la quantità di calore che si forma durante la combustione completa del carburante con un volume di 1 m 3 o una massa di un chilogrammo.

Per misurare questo valore, utilizzare J/kg, J/m3, calorie/m3. La calorimetria viene utilizzata per determinare il potere calorifico.

Con un aumento del calore specifico di combustione del carburante, il consumo specifico di carburante diminuisce e l'efficienza rimane invariata.

Il calore di combustione delle sostanze è la quantità di energia rilasciata durante l'ossidazione di una sostanza solida, liquida, gassosa.

È determinato dalla composizione chimica, nonché dallo stato di aggregazione della sostanza combustibile.

Caratteristiche dei prodotti della combustione

Il calore più alto e più basso di combustione è associato allo stato di aggregazione dell'acqua nelle sostanze ottenute dopo la combustione del carburante.

Il potere calorifico più alto è la quantità di calore rilasciata durante la combustione completa di una sostanza. Questo valore include anche il calore di condensazione del vapore acqueo.

Il calore di esercizio minimo di combustione è il valore che corrisponde al rilascio di calore durante la combustione senza tener conto del calore di condensazione del vapore acqueo.

Il calore latente di condensazione è il valore dell'energia di condensazione del vapore acqueo.

Relazione matematica

I valori calorifici più alti e più bassi sono legati dalla seguente relazione:

Q B = Q H + k (L + 9 H)

dove W è la quantità in peso (in%) di acqua in una sostanza combustibile;

H è la quantità di idrogeno (% in massa) nella sostanza combustibile;

k è un fattore di 6 kcal / kg

Metodi di calcolo

Il calore di combustione più alto e più basso è determinato da due metodi principali: calcolato e sperimentale.

I calorimetri vengono utilizzati per eseguire calcoli sperimentali. Innanzitutto, viene bruciato un campione di carburante. Il calore che verrà rilasciato in questo caso viene completamente assorbito dall'acqua. Avendo un'idea della massa d'acqua, è possibile determinare dalla variazione della sua temperatura, il valore del suo calore di combustione.

Questa tecnica è considerata semplice ed efficace, presuppone solo il possesso di informazioni sui dati di analisi tecnica.

Nel metodo di calcolo, il calore di combustione più alto e più basso viene calcolato utilizzando la formula di Mendeleev.

Q p H = 339C p + 1030 H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Tiene conto del contenuto di carbonio, ossigeno, idrogeno, vapore acqueo, zolfo nella composizione di lavoro (in percentuale). La quantità di calore durante la combustione è determinata tenendo conto del combustibile di riferimento.

Il calore di combustione del gas consente di effettuare calcoli preliminari e di determinare l'efficienza dell'utilizzo di un determinato tipo di combustibile.

Caratteristiche di origine

Per capire quanto calore viene rilasciato durante la combustione di un determinato combustibile, è necessario avere un'idea della sua origine.

In natura esistono diverse opzioni per i combustibili solidi, che differiscono per composizione e proprietà.

La sua formazione avviene attraverso diverse fasi. In primo luogo, si forma la torba, quindi si ottiene carbone marrone e bituminoso, quindi si forma l'antracite. Le principali fonti di formazione di combustibile solido sono foglie, legno e aghi di pino. Muorendosi, parti di piante esposte all'aria vengono distrutte dai funghi e formano la torba. Il suo accumulo si trasforma in una massa marrone, quindi si ottiene gas marrone.

Ad alta pressione e temperatura, il gas marrone si trasforma in carbone, quindi il carburante si accumula sotto forma di antracite.

Oltre alla materia organica, c'è una zavorra aggiuntiva nel carburante. Si considera parte organica quella formata da sostanze organiche: idrogeno, carbonio, azoto, ossigeno. Oltre a questi elementi chimici, contiene zavorra: umidità, cenere.

La tecnologia del forno presuppone il rilascio di massa funzionante, secca e combustibile di combustibile bruciato. La massa di lavoro è chiamata carburante nella sua forma originale, fornita al consumatore. La massa secca è una composizione che non contiene acqua.

Composto

I componenti più preziosi sono carbonio e idrogeno.

Questi elementi si trovano in qualsiasi tipo di carburante. Nella torba e nel legno, la percentuale di carbonio raggiunge il 58 percento, nel bituminoso e nella lignite - l'80% e nell'antracite raggiunge il 95 percento in peso. A seconda di questo indicatore, la quantità di calore rilasciata durante la combustione del carburante cambia. L'idrogeno è il secondo elemento più importante di qualsiasi combustibile. Legandosi con l'ossigeno, forma umidità, che riduce significativamente il valore termico di qualsiasi combustibile.

La sua percentuale varia da 3,8 in scisti bituminosi a 11 in olio combustibile. L'ossigeno, che fa parte del carburante, funge da zavorra.

Non è un elemento chimico generante calore, quindi influenza negativamente il valore del suo calore di combustione. La combustione dell'azoto contenuto in forma libera o legata nei prodotti della combustione è considerata impurità nociva, pertanto la sua quantità è chiaramente limitata.

Lo zolfo è incluso nel carburante sotto forma di solfati, solfuri e anche come gas solforosi. Quando idratati, gli ossidi di zolfo formano acido solforico, che distrugge l'attrezzatura della caldaia, influenzando negativamente la vegetazione e gli organismi viventi.

Ecco perché lo zolfo è quell'elemento chimico, la cui presenza nei combustibili naturali è estremamente indesiderabile. Se entra nella stanza di lavoro, i composti dello zolfo causano un avvelenamento significativo del personale di manutenzione.

Esistono tre tipi di cenere, a seconda della sua origine:

• primario;
• secondario;
• terziario.

La specie primaria è formata da minerali che si trovano nelle piante. La cenere secondaria si forma a seguito dell'ingresso di residui vegetali da parte di sabbia e terra durante la formazione.

La cenere terziaria è inclusa nella composizione del combustibile durante l'estrazione, lo stoccaggio e il trasporto. Con una significativa deposizione di cenere, si verifica una diminuzione del trasferimento di calore sulla superficie di riscaldamento dell'unità caldaia e la quantità di trasferimento di calore all'acqua dai gas diminuisce. Un'enorme quantità di cenere influisce negativamente sul funzionamento della caldaia.

Finalmente

Le sostanze volatili hanno un effetto significativo sul processo di combustione di qualsiasi tipo di combustibile. Maggiore è la loro potenza, maggiore sarà il volume del fronte di fiamma. Ad esempio, carbone, torba, si accendono facilmente, il processo è accompagnato da perdite di calore insignificanti. Il coke, che rimane dopo la rimozione delle impurità volatili, contiene solo composti minerali e carboniosi. A seconda delle caratteristiche del combustibile, la quantità di calore varia notevolmente.

A seconda della composizione chimica, ci sono tre fasi di formazione del combustibile solido: torba, lignite, carbone.

Il legno naturale viene utilizzato negli impianti di piccole caldaie. Usano principalmente trucioli, segatura, lastre, corteccia, la stessa legna da ardere viene utilizzata in piccole quantità. A seconda del tipo di legno, la quantità di calore rilasciato varia notevolmente.

Al diminuire del calore di combustione, la legna da ardere acquisisce alcuni vantaggi: rapida infiammabilità, minimo contenuto di ceneri, assenza di tracce di zolfo.

Informazioni affidabili sulla composizione dei combustibili naturali o sintetici, il loro potere calorifico, sono un ottimo modo per eseguire calcoli termochimici.

Attualmente, esiste una reale opportunità per identificare quelle principali opzioni per combustibili solidi, gassosi e liquidi che diventeranno i più efficaci ed economici da utilizzare in una situazione particolare.

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Enciclopedia moderna

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