Aprofitament de l'efecte de les reaccions químiques exotèrmiques:

La més comuna la combustió (combinació de materials "combustibles" amb oxigen, desprenent altres materials i energia en forma de llum i calor) (Video sobre calor i temperatura)

Fins ara els combustibles (compostos de carboni (C)) més emprats són els fòssils (moviment de matèria orgànica fossilitzada fa milions d'anys) en forma de:

  • Sòlids ( carbó: hulla, antracita,turba, liqnit)
  • Líquids (petroli: benzina, querosè,gasoil, fuel, etanol...)
  • Gasosos (petroli: butà, propà (GLP); Gas natural)

Per saber quin combustible és millor que un altre en termes de rendiment energètic (Hi ha altres paràmetres: cost, contaminació...) s'utilitza el concepte de:

I Poder Calorífic: energia que desprèn la combustió completa d'1 [Kg] en els sòlids i els líquids o 1 [m3] en els gasos, en unes condicions determinades de pressió i temperatura (això afecta als gasos).

Sòlids i líquids Gasos
[Kcal / Kg] [Kcal / m3]
[MJ / Kg] [MJ / m3]

 

Per exemple:

Estat Material Poder Calorífic
Sòlid Llenya 18 [MJ / Kg]
Sòlid Coc 29 [MJ / Kg]
Líquid Gasoil 44 [MJ / Kg]
Líquid Benzina 49 [MJ / Kg]
Gas Butà 28.700 [Kcal / m3]
Gas Natural 12.000 [Kcal / m3]

En el cas dels gasos, aquest valor canvia molt:

Pc = Pc|CN · P · 273 / (273 + T)

 

CN -> T = 0 [ºC] i P = 1 [atm]

P = pressió [atm]

T = Temperatura [ºC]

Exemple: Pc del butà a 5 atm i 22º.

Pc = 28.700 · 5 · 273 / (273+22) =
132.798 [Kcal / m3]

Exercici: Poder calorífic del gasoil en [kcal /l] si la d = 0,8 [g / cm3]

44 [MJ / kg] · 0,8 [g / cm3] · 1 [kg / 1000 g] · 1 [dm3 / l] · 1000 [cm3 / dm3] · 0,2392 [cal / J] = 8.448 [kcal / l]

II Capacitat calorífica: Quantitat de calor que ha de rebre una substància per a elevar la seva temperatura.

Q = m · Ce · (T2-T1)

Q = Calor [J] o [cal]
m = massa [Kg]
Ce = Calor Específic [MJ / (Kg · ºC)]
T2 = T final [ºC]
T1 = T inicial
[ºC]

III Calor específica: Capacitat calorífica per unitat de massa i temperatura: Pujar 1 [ºC] a 1 [Kg]. Es dona en [J / (Kg · ºC)] ó [cal / (Kg · ºC)]. (Vídeo sobre calor específic)
 
Exercici:
Quants [kg] de carbó necessitem per a escalfar 15.000 [l] d'aigua de 20 [ºC] a 90 [ºC] amb una instal·lació escalfadora de carbó de rendiment 0,75i Pc = 21 [MJ]:
 
Volem escalfar 15.000 [kg] d’aigua (15.000 [l]).
 
Com: ∆T = 70º i Ce = 1 [kcal / kg·ºC]
 
Podem saber la calor que necessitarem:
 
Q = maigua · Ce · ∆T = 15 · 103 · 1 · 70 = 1.050.000 [Kcal] = Eu
 
Com que el rendiment és del 75 [%], l’energia del carbó haurà de ser:
Ec = Eu / η = 1.050.000 / 0,75 = 1.400.000 [kcal]
Passem-ho a [MJ]:
14·108 [cal] = 14 · 4,18 · 108 = 5.852 · 106 = 5.852 [MJ]
Com que la combustió total d'1 [kg] de carbó dona 21 [MJ] d'energia, per a aconseguir 5.852 [MJ] necessitarem (fent una "Regla de tres"):
5.852 / 21 = 278 [kg]
Darrera modificació: dilluns, 27 de gener 2014, 17:08