Putere calorifică

Puterea calorifică a combustibililor solizi și lichizi grei

Puterea calorifică superioară la volum constant a probei de analiză (${\displaystyle Q_{s,V}^{a}\,}$) a unui combustibil reprezintă numărul de unități de căldură degajată prin arderea completă a unei unități de masă din combustibilul preparat pentru analiză, în atmosferă de oxigen, în bomba calorimetrică, în condiții standard. Produsele arderii sunt formate din dioxid de carbon, dioxid de sulf, azot și oxigen sub formă gazoasă, apă în stare lichidă în echilibru cu vaporii săi și saturată cu dioxid de carbon și cenușă solidă.^[6] ${\displaystyle Q_{s,V}^{a}\,}$ se determină experimental prin arderea completă în bomba calorimetrică a unei cantități cunoscute de combustibil, căldura degajată prin ardere fiind cedată sistemului calorimetric ce cuprinde o cantitate cunoscută de apă, a cărei temperatură se înregistrează.^[12]

Puterea calorifică inferioară la presiune constantă a probei inițiale (${\displaystyle Q_{i,p}^{i}\,}$) a unui combustibil reprezintă numărul de unități de căldură care s-ar degaja prin arderea completă a unei unități de masă din combustibilul în starea inițială, în atmosferă de oxigen, la presiune constantă. Produsele arderii sunt toate la temperatura de 25 °C și sunt formate din dioxid de carbon, dioxid de sulf, azot și oxigen sub formă gazoasă, apă în stare de vapori și cenușă solidă. ${\displaystyle Q_{i,p}^{i}\,}$ se obține prin calcul:

${\displaystyle Q_{i,p}^{i}=(Q_{s,V}^{a}-212H^{a}-0,8O^{a}){\frac {100-W_{t}^{i}}{100-W^{a}}}-24,5W_{t}^{i}}$

unde ${\displaystyle H^{a}\,}$ și ${\displaystyle O^{a}\,}$ sunt procentele hidrogenului și oxigenului din masa pentru analiză, ${\displaystyle W_{t}^{i}\,}$ și ${\displaystyle W^{a}\,}$ sunt procentele de umiditate din masa inițială, respectiv din masa pentru analiză, iar coeficienții 212, 0,8 și 24,5 țin cont de căldurile masice ale apei și vaporilor de apă, respectiv de căldura masică latentă de vaporizare a apei, exprimate în unități din SI.^[6]

Mărimea care interesează de obicei în energetică este ${\displaystyle Q_{i,p}^{i}\,}$, care în limbajul curent este denumită putere calorifică inferioară și este notată ${\displaystyle Q_{i}\,}$. Pentru cazanele cu condensare interesează puterea calorifică superioară la presiune constantă a probei inițiale ${\displaystyle Q_{s,p}^{i}\,}$, notată uzual ${\displaystyle Q_{s}\,}$.

Puterea calorifică a combustibililor solizi se raportează la 1 kg de combustibil și se exprimă în MJ/kg cu două zecimale.^[6]

Puterea calorifică a combustibililor gazoși

Puterea calorifică superioară (${\displaystyle Q_{s}\,}$) a unui combustibil gazos reprezintă numărul de unități de căldură dezvoltată prin arderea completă la presiune constantă a cantității de combustibil cuprinsă în unitatea de volum în condiții de presiune și temperatură date, produsele arderii fiind răcite până la temperatura de 20 ºC, iar apa formată în cursul arderii fiind considerată după ardere în stare lichidă. STAS 3361/1–87 dă o definiție inadecvată, având erori de exprimare.^[13]

Puterea calorifică inferioară (${\displaystyle Q_{i}\,}$) a unui combustibil gazos se definește la fel ca puterea calorifică superioară, cu deosebirea că apa din combustibil și apa formată prin ardere se consideră după ardere în stare de vapori.^[7]

Puterile calorifice se raportează la gazul combustibil în stare normală (presiunea de 101325 Pa și temperatura de 0 ºC) sau, mai rar, convențională (presiunea de 101235 Pa și temperatura de 15 ºC, indice S – „standard”) și se exprimă în MJ/m³_N, (respectiv în MJ/m³_S) cu două zecimale.^[13]

Dacă compoziția combustibilului gazos este cunoscută exact, toate proprietățile sale fizice, inclusiv puterea calorifică, se pot determina prin calcul.^[8][9] În caz contrar este necesară determinarea experimentală a puterii calorifice superioare în calorimetrul cu circulație de apă. Metoda constă în arderea completă a unei cantități cunoscute de gaz și transmiterea practic fără pierderi a căldurii degajate în procesul de ardere unui debit de apă care circulă prin calorimetru.^[13] Puterea calorifică inferioară se determină prin calcul:

${\displaystyle Q_{i}=Q_{s}-mc_{L}\,}$

unde ${\displaystyle m\,}$ este masa apei condensate rezultate din arderea a 1 m³_N (respectiv 1  m³_S) de combustibil gazos, iar ${\displaystyle c_{L}\,}$ este căldura masică de vaporizare a apei la 20 ºC, de 2454 kJ/kg.^[7]