Θερμογόνος δύναμη διαφόρων τύπων καυσίμων: σύγκριση καυσίμων κατά θερμότητα καύσης + πίνακας θερμογόνου δύναμης

Όταν μια ορισμένη ποσότητα καυσίμου καίγεται, απελευθερώνεται μετρήσιμη ποσότητα θερμότητας. Σύμφωνα με το Διεθνές Σύστημα Μονάδων, η τιμή εκφράζεται σε Joules ανά kg ή m³. Αλλά οι παράμετροι μπορούν να υπολογιστούν και σε kCal ή kW. Αν η τιμή σχετίζεται με τη μονάδα μέτρησης του καυσίμου, ονομάζεται ειδική.

Σε τι επηρεάζει η θερμαντική αξία των διαφόρων καυσίμων; Ποια είναι η τιμή του δείκτη για υγρές, στερεές και αέριες ουσίες; Οι απαντήσεις στα εν λόγω ερωτήματα αναλύονται λεπτομερώς στο άρθρο. Επιπλέον, ετοιμάσαμε έναν πίνακα που δείχνει την ειδική θερμότητα καύσης υλικών – αυτή η πληροφορία θα είναι χρήσιμη κατά την επιλογή ενός υψηλής ενεργειακής απόδοσης τύπου καυσίμου.

Γενικές πληροφορίες για τη θερμαντική αξία

Η απελευθέρωση ενέργειας κατά την καύση πρέπει να χαρακτηρίζεται από δύο παραμέτρους: υψηλή απόδοση και απουσία παραγωγής επιβλαβών ουσιών.

Το τεχνητό καύσιμο προκύπτει από τη διαδικασία επεξεργασίας του φυσικού – βιολογικού καυσίμου. Ανεξάρτητα από την κατάσταση συσσωμάτωσης, οι ουσίες στη χημική τους σύσταση έχουν ένα καύσιμο και ένα μη καύσιμο μέρος. Το πρώτο είναι ο άνθρακας και το υδρογόνο. Το δεύτερο αποτελείται από νερό, ανόργανα άλατα, άζωτο, οξυγόνο, μέταλλα.

Ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης, το καύσιμο χωρίζεται σε υγρό, στερεό και αέριο. Κάθε ομάδα διακλαδίζεται περαιτέρω σε φυσική και τεχνητή υποομάδα (+)

Κατά την καύση 1 kg ενός τέτοιου «μείγματος» απελευθερώνεται διαφορετική ποσότητα ενέργειας. Πόση ακριβώς ενέργεια θα απελευθερωθεί, εξαρτάται από τις αναλογίες των αναφερθέντων στοιχείων — του καύσιμου μέρους, της υγρασίας, της περιεκτικότητας σε τέφρα και άλλων συστατικών.

Η θερμότητα καύσης καυσίμου (ΘΑΚ) σχηματίζεται από δύο επίπεδα — το ανώτερο και το κατώτερο. Ο πρώτος δείκτης προκύπτει λόγω συμπύκνωσης του νερού, ενώ στο δεύτερο αυτός ο παράγοντας δεν λαμβάνεται υπόψη.

Η κατώτερη ΘΑΚ είναι απαραίτητη για τον υπολογισμό των αναγκών σε καύσιμο και του κόστους του, με τη βοήθεια τέτοιων δεικτών καταρτίζονται θερμικά ισοζύγια και προσδιορίζεται η απόδοση των εγκαταστάσεων που λειτουργούν με καύσιμο.

Η ΘΑΚ μπορεί να υπολογιστεί αναλυτικά ή πειραματικά. Εάν η χημική σύσταση του καυσίμου είναι γνωστή, εφαρμόζεται ο τύπος του Μεντελέγιεφ. Οι πειραματικές μέθοδοι βασίζονται στην πραγματική μέτρηση της θερμότητας κατά την καύση του καυσίμου.

Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιείται ειδική βόμβα καύσης – θερμιδομετρική, μαζί με θερμιδόμετρο και θερμοστάτη.

Οι υπολογισμοί είναι εξατομικευμένοι για κάθε τύπο καυσίμου. Παράδειγμα: Η θερμογόνος δύναμη (ΘΔ) στους κινητήρες εσωτερικής καύσης υπολογίζεται από την κατώτερη τιμή, επειδή στους κυλίνδρους το υγρό δεν συμπυκνώνεται.

Η θερμογόνος δύναμη (ΘΔ) προσδιορίζεται με τη χρήση θερμιδομετρικής βόμβας. Συμπιεσμένο οξυγόνο κορεσμένο με υδρατμούς. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον τοποθετείται ένα δείγμα καυσίμου και καθορίζονται τα αποτελέσματα.

Κάθε τύπος ουσίας έχει τη δική του θερμογόνο δύναμη (ΘΔ) λόγω των χαρακτηριστικών της χημικής σύστασης. Οι τιμές διαφέρουν σημαντικά, το εύρος διακύμανσης είναι 1.000 – 10.000 kcal/kg.

Συγκρίνοντας διαφορετικά είδη υλικών, χρησιμοποιείται η έννοια του συμβατικού καυσίμου, το οποίο χαρακτηρίζεται από κατώτερη θερμογόνο δύναμη 29 MJ/kg.

Θερμαντική αξία στερεών υλικών

Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν το ξύλο, η τύρφη, ο οπτάνθρακας (κοκ), οι εύφλεκτοι σχιστόλιθοι, τα βρικετοποιημένα και τα κονιοποιημένα καύσιμα. Το κύριο συστατικό των στερεών καυσίμων είναι ο άνθρακας.

Χαρακτηριστικά διαφορετικών ειδών ξύλου

Η μέγιστη απόδοση από τη χρήση καυσόξύλων επιτύγχάνεται ύπό δύο προύποθέσεις: την ξηρότητα τού ξύλού και την αργή διαδικασία καύσης.

Τα κομμάτια ξύλού πριονίζονται ή κόβονται σε τεμάχια μήκούς έώς 25-30 cm, ώστε τα καυσόξύλα να φορτώνονται εύκολα στην εστία.

Ιδανικά για θέρμανση με ξυλόσομπα θεωρούνται τα κούτσουρα από βελανιδιά, σημύδα και μελιά. Καλή απόδοση παρουσιάζουν ο κραταίγος και η φουντουκιά. Τα κωνοφόρα όμως έχουν χαμηλή θερμογόνο δύναμη αλλά υψηλή ταχύτητα καύσης.

Πώς καίγονται διαφορετικά είδη:

1. Οξιά, σημύδα, μελιά και φουντουκιά είναι δύσκολο να ανάψουν, αλλά μπορούν να καούν υγρά λόγω της χαμηλής υγρασίας.
2. Σκλήθρα και λεύκα δεν παράγουν αιθάλη και «ξέρουν» να την αφαιρούν από την καμινάδα.
3. Σημύδα απαιτεί επαρκή ποσότητα αέρα στην εστία, διαφορετικά θα καπνίζει και θα επικάθεται ρητίνη στα τοιχώματα της καμινάδας.
4. Πεύκο περιέχει περισσότερη ρητίνη από το έλατο, γι’ αυτό σπινθηρίζει και καίει πιο ζεστά.
5. Αχλάδι και μηλιά σχίζονται πιο εύκολα από άλλα και καίνε εξαιρετικά.
6. Κέδρος μετατρέπεται σταδιακά σε σβηστανθρακιά.
7. Κερασιά και φτελιά καπνίζουν, ενώ ο πλάτανος είναι δύσκολος στο σχίσμο.
8. Φιλύρα και λεύκα καίγονται γρήγορα.

Οι δείκτες θερμογόνου δύναμης διαφορετικών ειδών ξύλου εξαρτώνται σημαντικά από την πυκνότητα των συγκεκριμένων ειδών. 1 κυβικό μέτρο καυσόξυλων ισοδυναμεί περίπου με 200 λίτρα υγρού καυσίμου και 200 m³ φυσικού αερίου. Το ξύλο και τα καυσόξυλα ανήκουν στην κατηγορία χαμηλής ενεργειακής αποδοσης.

Επίδραση της ηλικίας στις ιδιότητες του άνθρακα

Ο άνθρακας είναι ένα φυσικό υλικό φυτικής προέλευσης. Εξορύσσεται από ιζηματογενή πετρώματα. Αυτό το καύσιμο περιέχει άνθρακα και άλλα χημικά στοιχεία.

Εκτός από τον τύπο, η ηλικία του υλικού επηρεάζει επίσης τη θερμογόνο δύναμη του άνθρακα. Ο λιγνίτης ανήκει στη νεαρή κατηγορία, ακολουθεί ο λιθάνθρακας και ο παλαιότερος θεωρείται ο ανθρακίτης.

Η υγρασία καθορίζεται επίσης από την ηλικία του καυσίμου: όσο νεότερος είναι ο άνθρακας, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητά του σε υγρασία. Η οποία επηρεάζει επίσης τις ιδιότητες αυτού του τύπου καυσίμου.

Η διαδικασία καύσης του άνθρακα συνοδεύεται από την απελευθέρωση ουσιών που ρυπαίνουν το περιβάλλον, και οι σχάρες του λέβητα καλύπτονται με σκωρία. Ένας άλλος δυσμενής παράγοντας για την ατμόσφαιρα είναι η παρουσία θείου στη σύνθεση του καυσίμου. Αυτό το στοιχείο όταν έρχεται σε επαφή με τον αέρα μετατρέπεται σε θειικό οξύ.

Οι παραγωγοί καταφέρνουν να μειώσουν στο μέγιστο την περιεκτικότητα σε θείο στον άνθρακα. Ως αποτέλεσμα, η θερμογόνος δύναμη διαφέρει ακόμη και εντός του ίδιου είδους. Η γεωγραφία εξόρυξης επηρεάζει επίσης τις ενδείξεις. Ως στερεό καύσιμο μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο καθαρός άνθρακας, αλλά και σκωρία σε μπρικέτες.

Η μεγαλύτερη θερμογόνος ικανότητα παρατηρείται στον άνθρακα οπτανθρακοποίησης. Καλά χαρακτηριστικά έχουν επίσης ο λιθάνθρακας, ο ξυλάνθρακας, ο λιγνίτης και ο ανθρακίτης.

Χαρακτηριστικά πελλετών και μπρικετών

Αυτό το στερεό καύσιμο κατασκευάζεται βιομηχανικά από διάφορα ξύλινα και φυτικά απορρίμματα.

Τα θρυμματισμένα ροκανίδια, ο φλοιός, το χαρτόνι, το άχυρο ξηραίνονται και με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού μετατρέπονται σε σβόλους. Για να αποκτήσει η μάζα έναν ορισμένο βαθμό ιξώδους, προστίθεται πολυμερές — η λιγνίνη.

Τα πέλλετ έχουν αποδεκτό κόστος, το οποίο επηρεάζεται από την υψηλή ζήτηση και τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας κατασκευής. Αυτό το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε λέβητες που προορίζονται γι' αυτόν τον τύπο καυσίμου.

Οι μπρικέτες διαφέρουν μόνο σε σχήμα, μπορούν να φορτωθούν σε φούρνους, λέβητες. Και οι δύο τύποι καυσίμου χωρίζονται σε είδη ανάλογα με την πρώτη ύλη: από κορμό, τύρφη, ηλίανθο, άχυρο.

Τα πέλλετ και οι μπρικέτες έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων καυσίμου:

• πλήρης οικολογικότητα;
• δυνατότητα αποθήκευσης σχεδόν υπό οποιεσδήποτε συνθήκες;
• ανθεκτικότητα σε μηχανικές καταπονήσεις και μύκητες;
• ομοιόμορφη και παρατεταμένη καύση;
• βέλτιστο μέγεθος κόκκων για φόρτωση στη συσκευή θέρμανσης.

Το οικολογικό καύσιμο είναι μια καλή εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές πηγές θερμότητας, οι οποίες δεν ανανεώνονται και επηρεάζουν δυσμενώς το περιβάλλον. Αλλά τα πέλλετ και οι μπρικέτες χαρακτηρίζονται από αυξημένο κίνδυνο πυρκαγιάς, το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την οργάνωση του χώρου αποθήκευσης.

Εάν το επιθυμείτε, μπορείτε να οργανώσετε την κατασκευή μπρικετών καυσίμου μόνοι σας, περισσότερες λεπτομέρειες – σε αυτό το άρθρο.

Παράμετροι υγρών ουσιών

Τα υγρά υλικά, όπως και τα στερεά, αναλύονται στα ακόλουθα συστατικά: άνθρακας, υδρογόνο, θείο, οξυγόνο, άζωτο. Η εκατοστιαία αναλογία εκφράζεται κατά μάζα.

Από το οξυγόνο και το άζωτο σχηματίζεται το εσωτερικό οργανικό έρμα του καυσίμου, αυτά τα συστατικά δεν καίγονται και περιλαμβάνονται υπό όρους. Το εξωτερικό έρμα σχηματίζεται από την υγρασία και τη στάχτη.

Υψηλή ειδική θερμότητα καύσης παρατηρείται στη βενζίνη. Ανάλογα με τον τύπο, κυμαίνεται από 43-44 MJ.

Παρόμοιες τιμές ειδικής θερμότητας καύσης προσδιορίζονται και για την κηροζίνη αεροσκαφών – 42,9 MJ. Στην κατηγορία των πρωτοπόρων ως προς τη θερμογόνο δύναμη εμπίπτει και το ντίζελ – 43,4-43,6 MJ.

Επειδή η βενζίνη έχει μεγαλύτερη ειδική θερμογόνο δύναμη από το ντίζελ, θα έπρεπε να έχει μεγαλύτερη κατανάλωση και απόδοση. Αλλά το ντίζελ είναι πιο οικονομικό από τη βενζίνη κατά 30-40%

Σχετικά χαμηλές τιμές ειδικής θερμογόνου δύναμης χαρακτηρίζουν τα υγρά καύσιμα πυραύλων, την αιθυλενογλυκόλη. Την ελάχιστη ειδική θερμότητα καύσης έχουν το οινόπνευμα και η ακετόνη. Οι τιμές τους είναι σημαντικά χαμηλότερες από τα παραδοσιακά καύσιμα κινητήρων.

Ιδιότητες αέριου καυσίμου

Το αέριο καύσιμο αποτελείται από μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, αιθυλένιο, βενζόλιο, υδρόθειο και άλλα συστατικά. Αυτές οι τιμές εκφράζονται σε ποσοστά κατ' όγκο.

Το υδρογόνο διακρίνεται για τη μεγαλύτερη θερμότητα καύσης. Όταν καίγεται, ένα κιλό της ουσίας απελευθερώνει 119,83 MJ θερμότητας. Αλλά έχει αυξημένο βαθμό εκρηκτικότητας

Υψηλές τιμές θερμογόνου δύναμης παρατηρούνται και στο φυσικό αέριο.

Αυτές είναι 41-49 MJ ανά kg. Αλλά, για παράδειγμα, στο καθαρό μεθάνιο η θερμότητα καύσης είναι μεγαλύτερη — 50 MJ ανά kg.

Συγκριτικός πίνακας δεικτών

Στον πίνακα παρουσιάζονται οι τιμές της μαζικής ειδικής θερμότητας καύσης υγρών, στερεών και αέριων τύπων καυσίμου.

Από τον πίνακα φαίνεται ότι το υδρογόνο έχει τις υψηλότερες τιμές ειδικής θερμογόνου δύναμης από όλες τις ουσίες, όχι μόνο από τις αέριες. Ανήκει στα υψηλής ενέργειας καύσιμα.

Το προϊόν της καύσης του υδρογόνου είναι απλό νερό. Στη διαδικασία δεν εκλύονται σκωρίες, τέφρα, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα, γεγονός που το καθιστά οικολογικά καθαρό καύσιμο. Αλλά είναι εκρηκτικό και έχει χαμηλή πυκνότητα, οπότε αυτό το καύσιμο υγροποιείται και μεταφέρεται δύσκολα.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Σχετικά με τη θερμογόνο δύναμη διαφόρων ειδών ξύλου. Σύγκριση τιμών ανά m³ και kg.

Η ειδική θερμογόνος δύναμη είναι το σημαντικότερο θερμικό και λειτουργικό χαρακτηριστικό του καυσίμου. Αυτός ο δείκτης χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς ανθρώπινης δραστηριότητας: θερμικές μηχανές, σταθμούς παραγωγής ενέργειας, βιομηχανία, θέρμανση κατοικιών και μαγείρεμα.

Οι τιμές θερμογόνου δύναμης βοηθούν στη σύγκριση διαφορετικών τύπων καυσίμων ως προς την ενέργεια που εκλύουν, στον υπολογισμό της απαιτούμενης μάζας καυσίμου και στην εξοικονόμηση εξόδων.

Έχετε κάτι να προσθέσετε ή έχετε ερωτήσεις σχετικά με τη θερμογόνο δύναμη διαφορετικών τύπων καυσίμων; Μπορείτε να αφήνετε σχόλια στη δημοσίευση και να συμμετέχετε σε συζητήσεις – η φόρμα επικοινωνίας βρίσκεται στο κάτω μέρος.