miniatura|Flacără Puterea calorifică, (căldura de ardere) reprezintă numărul de unități de căldură degajate prin arderea completă a unei unități de combustibil în condițiile prevăzute de standarde. Unitatea poate fi molul, kilogramul sau metrul cub normal.
Reacția chimică de ardere este în mod obișnuit o oxidare a hidrocarburilor, rezultând dioxid de carbon, apă și căldură.
Puterea calorifică a combustibililor solizi (și lichizi grei, care nu se evaporă) este măsurată cu bomba calorimetrică, iar cea a combustibililor gazoși (și lichizi volatili) cu calorimetrul cu circulație de apă. Ea poate fi calculată ca diferență luată în valoare absolută dintre entalpiile de formare ale produselor arderii și cea a combustibilului, dacă acestea sunt cunoscute.
Termenul de putere calorifică nu este corect, deoarece unitatea de măsură nu se raportează la timp (nu este o „putere”). În limba română el provine din , la fel ca în toate limbile latine, și, deși s-a propus înlocuirea sa cu termenul căldură de ardere,Ion C. Ioniță, Despre corectitudinea utilizării termenului putere calorifică, în Lucrările simpozionului de Termotehnică și Mașini Termice, Timișoara, 4-5 nov 1988, vol I, pp. I-01 - I-03 în lucrările de specialitate din termoenergeticăBazil Popa și colab. Manualul inginerului termotehnician (MIT), vol. 1, București: Editura Tehnică, 1986Pănoiu, pp. 30-32Constantin C. Neaga Tratat de generatoare de abur, vol I, București: Editura AGIR, 2001, ISBN 973-8130-67-0Corneliu Ungureanu ș.a. Combustibili, instalații de ardere, cazane, Timișoara: Editura „Politehnica”, 2006, ISBN 973-9389-21-0 și în toate standardele de profilSR ISO 1928:1995 Combustibili minerali solizi. Determinarea puterii calorifice superioare prin metoda bombei calorimetrice și calculul puterii calorifice inferioareSTAS 3361/1-87 Gaze combustibile naturale. Determinarea puterii calorifice în calorimetru cu circulație de apăSTAS 3361/2-87 Gaze combustibile naturale. calculul puterii calorifice pe baza compoziției chimiceSR ISO 6976+C2:1999 Gaz natural. Calculul puterii calorifice, densității, densității relative și indicelui Wobbe din compoziție se folosește expresia putere calorifică. Termenul căldură de ardere sau combustieDicționar de fizică, Editura Enciclopedică Română, 1972, p 374 cu varianta entalpie de combustie se folosește în lucrările de termochimie și este acceptat în standardul general de terminologie privind călduraSTAS 1647-85 Căldură. Terminologie și simboluri.
Puteri calorifice Există două tipuri de putere calorifică: puterea calorifică superioară () în care vaporii de apă formați în timpul arderii se condensează, cedând căldura lor latentă de vaporizare, puterea calorifică inferioară () în care vaporii de apă formați în timpul arderii rămân în formă gazoasă, ca urmare nu cedează căldura lor latentă de vaporizare.
Se consideră că vaporii de apă rezultați din ardere provin din arderea hidrogenului, și din apa conținută inițial în combustibil. La combustibilii care nu conțin hidrogen sau apă, de exemplu carbonul, monoxidul de carbon și sulful, deoarece în timpul arderii nu se formează apă, puterile calorifice inferioară și superioară sunt egale.
În termoenergetică până recent n-a fost economică condensarea vaporilor de apă rezultați din ardere, astfel că era simplu și convenabil ca proiectarea și exploatarea instalațiilor să se facă pe baza puterii calorifice inferioare. Odată cu apariția cazanelor cu condensare a apărut necesitatea folosirii puterii calorifice superioare.
Deoarece combustibilii solizi, respectiv cei gazoși au stări de agregare diferite, pentru determinarea puterilor lor calorifice este nevoie de metode diferite și apar și diferențe de formulare ale definițiilor puterilor calorifice.
Puterea calorifică a combustibililor solizi și lichizi grei thumb|180px| Bombă calorimetrică. Puterea calorifică superioară la volum constant a probei de analiză () 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. 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.Ionel, pp. 23-30
Puterea calorifică inferioară la presiune constantă a probei inițiale () 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 și sunt formate din dioxid de carbon, dioxid de sulf, azot și oxigen sub formă gazoasă, apă în stare de vapori și cenușă solidă. se obține prin calcul:
unde și sunt procentele hidrogenului și oxigenului din masa pentru analiză, și 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.
Mărimea care interesează de obicei în energetică este , care în limbajul curent este denumită putere calorifică inferioară și este notată . Pentru cazanele cu condensare interesează puterea calorifică superioară la presiune constantă a probei inițiale , notată uzual .
Puterea calorifică a combustibililor solizi se raportează la 1 kg de combustibil și se exprimă în MJ/kg cu două zecimale.
Puterea calorifică a combustibililor gazoși thumb|180px| Calorimetru cu circulaţie de apă de tip Junkers. Puterea calorifică superioară () 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.Ionel, pp. 31-36
Puterea calorifică inferioară () 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.
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/m3N, (respectiv în MJ/m3S) cu două zecimale.
Dacă compoziția combustibilului gazos este cunoscută exact, toate proprietățile sale fizice, inclusiv puterea calorifică, se pot determina prin calcul. 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. Puterea calorifică inferioară se determină prin calcul:
unde este masa apei condensate rezultate din arderea a 1 m3N (respectiv 1 m3S) de combustibil gazos, iar este căldura masică de vaporizare a apei la 20 ºC, de 2454 kJ/kg.
Puterea calorifică a unor substanțe +Qi a câtorva substanțe la 15,4 °C Substanța Qi (MJ/kg) Alcani Metan 50,009 Etan 47,794 Propan 46,357 Butan 45,752 Pentan 45,357 Hexan 44,752 Heptan 44,566 Octan 44,427 Nonan 44,311 Decan 44,240 Undecan 44,194 Dodecan 44,147 Izoalcani Izobutan 45,613 Izopentan 45,241 2-Metilpentan 44,682 2,3-Dimetilbutan 44,659 2,3-Dimetilpentan 44,496 2,2,4-Trimetilpentan 44,310 Cicloalcani Ciclopentan 44,636 Metilciclopentan 44,636 Ciclohexan 43,450 Metilciclohexan 43,380 Alchene Etenă (etilenă) 47,195 Propenă (propilenă) 45,799 1-Butenă (1-butilenă) 45,334 cis-2-Butenă 45,194 trans-2-Butenă 45,124 Izobutenă 45,055 1-Pentenă 45,031 2-Metil-1-pentenă 44,799 1-Hexenă 44,426 1,3-Butadienă 44,613 Izopren 44,078 Nitro-compuși Nitrometan 10,513 Nitropropan 20,693 Alchine Etină (acetilenă) 48,241 Propină (metilacetilenă) 46,194 1-Butină 45,590 1-Pentină 45,217 Aromatice Benzen 40,170 Toluen 40,589 o-Xilen 40,961 m-Xilen 40,961 p-Xilen 40,798 Etilbenzen 40,938 1,2,4-Trimetilbenzen 40,984 Propilbenzen 41,193 Cumen 41,217 Alcooli Metanol 19,930 Etanol 28,865 n-Propanol 30,680 Izopropanol 30,447 n-Butanol 33,075 Izobutanol 32,959 Terț-butanol 32,587 n-Pentanol 34,727 Eteri Metoximetan 28,703 Etoxietan 33,867 Propoxipropan 36,355 Butoxibutan 37,798 Aldehide și cetone Metanal (formaldehidă) 17,259 Etanal (acetaldehidă) 24,156 Propanal (propionaldehidă) 28,889 Butanal (butiraldehidă) 31,610 Propanonă (acetonă) 28,548 Alte specii Grafit 32,808 Hidrogen 120,971 Monoxid de carbon 10,112 Amoniac 18,646 Sulf (solid) 9,163
Puterea calorifică a substanțelor pure are o valoare bine determinată, însă cea a amestecurilor depinde de compoziție, astfel că pentru majoritatea combustibililor valorile din tabele sunt orientative.
+Puterea calorifică a câtorva combustibili NIST Chemistry WebBook Combustibil Qs (MJ/kg) Combustibil Qs (MJ/kg) Hidrogen 141,80 Benzină 47,30 Metan 55,50 Parafină 46,00 Etan 51,90 Kerosen 46,20 Propan 50,35 Motorină 44,80 Butan 49,50 Metanol 22,7 Pentan Etanol 29,7 Lemn 15,00 Propanol 33,6 Turbă (umedă) 6,00 Etină 49,9 Turbă (uscată) 15,00 Benzen 41,8 Lignit 15,00 Amoniac 22,5 Antracit 27,00 Hidrazină 19,4 Carbon 32,8 Hexamină 30,0
Puterile calorifice ale combustibililor solizi și lichizi folosiți în România sunt (în paranteză puterea calorifică inferioară aproximativă, diferită la fiecare sortiment): combustibili solizi: lemneHotărârea nr. 179 din 24 aprilie 1993 cu privire la stabilirea prețurilor și tarifelor la unele produse și servicii destinate populației, în condițiile eliminării subvențiilor de la bugetul de stat , București: Monitorul Oficial, nr. 82/30 apr 1993 (9 – 16 MJ/kg)MIT, vol I, p. 538Cazane pe combustibil solid - Considerații generale , centrale-termice.ro, accesat 2010-02-07, peleți (19 MJ/kg), coceni (17 MJ/kg)Ioana Ionel ș.a. - Managementul valorificării energetice a biomasei, Timișoara, Ed. „Politehnica”, 2007, p. 21, lignit (6 – 15 MJ/kg), huilă (16 – 29 MJ/kg),MIT, vol I, p. 539 brichete (18 MJ/kg)Decret nr.240/29 iunie 1982 privind stabilirea unor măsuri pentru gospodarirea judicioasa și reducerea în continuare a consumului de energie electrica, energie termica, gaze naturale , București: Buletinul Oficial nr. 61/30 iun. 1982 și chiar turbă (12 – 16 MJ/kg); combustibili lichizi: gaz petrolier lichefiat (GPL) (45 MJ/kg)Ordin nr. 50 din 19 februarie 2002 al ministrului industriei și resurselor pentru aprobarea Listei cuprinzând tipurile de gaze și presiunile de alimentare utilizate la aparatele consumatoare de combustibili gazoși , București: Monitorul Oficial nr. 150/28 feb 2002, tip P (petrol lampant) (43 MJ/kg)MIT, vol I, p. 549, tip M (motorină) (42 MJ/kg), combustibil lichid ușor (40 MJ/kg)STAS 54-80 Combustibil lichid ușor , steauaromana.ro, accesat 2010-02-07.
Puterea calorifică a gazului natural din diverse surse Puterea calorifică superioară a gazului natural depinde de compoziția acestuia, care în practica companiilor distribuitoare de gaz natural se determină prin cromatografie în fază gazoasă. Expresia folosită de ei „puterea calorifică se determină cu cromatograful” trebuie înțeleasă în sensul SR ISO 6976+C2:1999, adică se calculează pe baza compoziției.
Agenția Internațională pentru Energie (IEA) oferă următoarele date: