Toplinska vrijednost različitih vrsta goriva: usporedba goriva prema toplini izgaranja + tablica toplinske vrijednosti

Kada određena količina goriva izgara, oslobađa se mjerljiva količina topline. Prema Međunarodnom sustavu jedinica vrijednost se izražava u džulima po kg ili m³. No parametri se mogu izračunati i u kcal ili kW. Ako se vrijednost odnosi na mjernu jedinicu goriva, naziva se specifičnom.

Na što utječe ogrjevna vrijednost različitog goriva? Kakva je vrijednost pokazatelja za tekuće, krute i plinovite tvari? Odgovori na navedena pitanja detaljno su izloženi u članku. Osim toga, pripremili smo tablicu s prikazom specifične topline izgaranja materijala – ove će informacije biti korisne pri odabiru visokoenergetskog tipa goriva.

Opće informacije o ogrjevnoj vrijednosti

Oslobađanje energije pri izgaranju treba karakterizirati dva parametra: visoka učinkovitost i odsutnost stvaranja štetnih tvari.

Umjetno gorivo dobiva se u procesu prerade prirodnog – biološkog goriva. Bez obzira na agregatno stanje, tvari u svom kemijskom sastavu imaju gorivi i negorivi dio. Prvi su ugljik i vodik. Drugi se sastoji od vode, mineralnih soli, dušika, kisika, metala.

Prema agregatnom stanju gorivo se dijeli na tekuće, kruto i plin. Svaka se skupina dodatno grana na prirodnu i umjetnu podskupinu (+)

Pri izgaranju 1 kg takve «smjese» oslobađa se različita količina energije. Koliko će se točno te energije osloboditi, ovisi o omjerima navedenih elemenata — gorivog dijela, vlažnosti, pepelnosti i drugih komponenti.

Toplina izgaranja goriva (TIG) formira se iz dvije razine — gornje i donje. Prvi pokazatelj dobiva se zbog kondenzacije vode, u drugom se taj faktor ne uzima u obzir.

Niža TIG potrebna je za proračune potrebe za gorivom i njegove cijene, pomoću takvih pokazatelja sastavljaju se toplinske bilance i određuje učinkovitost postrojenja koja rade na gorivo.

TIG se može izračunati analitički ili eksperimentalno. Ako je kemijski sastav goriva poznat, primjenjuje se Mendeljejeva formula. Eksperimentalne metode temelje se na stvarnom mjerenju topline pri izgaranju goriva.

U tim se slučajevima primjenjuje posebna bomba za izgaranje – kalorimetrijska, zajedno s kalorimetrom i termostatom.

Značajke izračuna su individualne za svaku vrstu goriva. Primjer: TST u motorima s unutarnjim izgaranjem izračunava se od niže vrijednosti, jer se u cilindrima tekućina ne kondenzira.

TST se utvrđuje pomoću kalorimetrijske bombe. Stlačeni kisik zasićuje se vodenom parom. U takav se medij stavlja uzorak goriva i određuju se rezultati.

Svaka vrsta tvari ima svoj TST zbog značajki kemijskog sastava. Vrijednosti se znatno razlikuju, raspon kolebanja je 1 000–10 000 kcal/kg.

Uspoređujući različite vrste materijala, koristi se pojam uvjetnog goriva, koje karakterizira niži TST od 29 MJ/kg.

Ogrjevna vrijednost krutih materijala

U ovu kategoriju spadaju drvo, treset, koks, gorivi škriljevci, briketna i praškasta goriva. Glavni sastojak krutog goriva je ugljik.

Značajke različitih vrsta drva

Maksimalna učinkovitost uporabe drva za ogrjev postiže se uz ispunjenje dva uvjeta – suhoće drva i sporog procesa izgaranja.

Komadi drva se pile ili cijepaju na komade duljine do 25-30 cm, kako bi se drvo moglo lako utovariti u ložište

Idealnima za grijanje na drva u pećima smatraju se hrastove, brezove i jasenove cjepanice. Dobrim pokazateljima karakteriziraju se glog i lijeska. Kod crnogoričnih vrsta toplinska vrijednost je niska, ali brzina izgaranja visoka.

Kako gore različite vrste:

1. Bukvu, brezu, jasen, lijesku teško je zapaliti, ali mogu gorjeti vlažne zbog niskog sadržaja vlage.
2. Johovina i jasika ne stvaraju čađu i „znaju” je uklanjati iz dimnjaka.
3. Breza zahtijeva dovoljnu količinu zraka u ložištu, inače će dimiti i taložiti smolu na stjenkama cijevi.
4. Bor sadrži više smole od jele, stoga iskri i gori vruće.
5. Kruška i jabuka lakše se cijepaju od ostalih i izvrsno gore.
6. Cedar se postupno pretvara u tinjajući ugljen.
7. Višnja i brijest dime, a platan je teško rascijepati.
8. Lipa s topolom brzo izgaraju.

Pokazatelji TST-a različitih vrsta jako ovise o gustoći pojedinih vrsta. 1 kubni metar drva za ogrjev ekvivalentan je otprilike 200 litara tekućeg goriva i 200 m³ prirodnog plina. Drvo i drva za ogrjev spadaju u kategoriju s niskom energetskom učinkovitošću.

Utjecaj starosti na svojstva ugljena

Ugljen je prirodni materijal biljnog podrijetla. Vadi se iz sedimentnih stijena. Ovo gorivo sadrži ugljik i druge kemijske elemente.

Osim vrste, na toplinsku moć izgaranja ugljena utječe i starost materijala. Lignit spada u mladu kategoriju, slijedi ga kameni ugljen, a najstarijim se smatra antracit.

Prema starosti goriva određuje se i vlažnost: što je ugljen mlađi, to je veći sadržaj vlage u njemu. Ona također utječe na svojstva ove vrste goriva.

Proces izgaranja ugljena popraćen je ispuštanjem tvari koje onečišćuju okoliš, pritom se rešetke kotla prekrivaju troskom. Još jedan nepovoljan čimbenik za atmosferu jest prisutnost sumpora u sastavu goriva. Taj element u dodiru sa zrakom pretvara se u sumpornu kiselinu.

Proizvođači uspijevaju maksimalno smanjiti sadržaj sumpora u ugljenu. Kao rezultat, toplinska moć se razlikuje čak i unutar jedne vrste. Na pokazatelje utječe i geografija iskopavanja. Kao kruto gorivo može se koristiti ne samo čisti ugljen, već i briketirana troska.

Najveća gorivna sposobnost opaža se kod koksnog ugljena. Dobrim karakteristikama raspolažu i kameni, drveni, smeđi ugljen te antracit.

Karakteristike peleta i briketa

Ovo kruto gorivo proizvodi se industrijskim putem od različitog drvnog i biljnog otpada.

Usitnjena strugotina, kora, karton, slama presušuju se i pomoću posebne opreme pretvaraju u granule. Kako bi masa dobila određeni stupanj viskoznosti, u nju se dodaje polimer – lignin.

Peleti se odlikuju prihvatljivom cijenom, na koju utječu velika potražnja i značajke proizvodnog procesa. Ovaj se materijal može koristiti samo u kotlovima namijenjenim za tu vrstu goriva.

Briketi se razlikuju samo po obliku, mogu se puniti u peći i kotlove. Obje vrste goriva dijele se na vrste prema sirovini: od oblog drveta, treseta, suncokreta, slame.

Peleti i briketi imaju značajne prednosti pred ostalim vrstama goriva:

• potpuna ekološka prihvatljivost;
• mogućnost skladištenja u gotovo svim uvjetima;
• otpornost na mehanička djelovanja i gljivice;
• ravnomjerno i dugotrajno izgaranje;
• optimalna veličina granula za punjenje u uređaj za grijanje.

Ekološki prihvatljivo gorivo dobra je alternativa tradicionalnim izvorima topline koji se ne obnavljaju i nepovoljno djeluju na okoliš. No peleti i briketi odlikuju se povećanom opasnošću od požara, što treba uzeti u obzir pri organizaciji mjesta skladištenja.

Po želji se može organizirati vlastita izrada gorivnih briketa, više detalja – u ovom članku.

Parametri tekućih tvari

Tekući materijali, kao i kruti, razlažu se na sljedeće sastavnice: ugljik, vodik, sumpor, kisik, dušik. Postotni omjer izražava se po masi.

Od kisika i dušika nastaje unutarnji organski balast goriva; te komponente ne gore i uvjetno su uključene u sastav. Vanjski balast formira se iz vlage i pepela.

Visoka specifična toplina izgaranja zabilježena je kod benzina. Ovisno o marki, iznosi 43-44 MJ.

Slične vrijednosti specifične topline izgaranja određuju se i za zrakoplovni kerozin – 42,9 MJ. U kategoriju vodećih po vrijednosti ogrjevne moći spada i dizelsko gorivo – 43,4-43,6 MJ.

Budući da benzin ima veći TST od dizelskog goriva, trebao bi imati i veću potrošnju i veći stupanj djelovanja. No dizelsko gorivo je ekonomičnije od benzina za 30-40%.

Relativno niskim vrijednostima TST-a karakteriziraju se tekuće raketno gorivo i etilen glikol. Minimalnom specifičnom toplinom izgaranja odlikuju se alkohol i aceton. Njihove su vrijednosti znatno niže od onih tradicionalnog motornog goriva.

Svojstva plinovitog goriva

Plinovito gorivo sastoji se od ugljičnog monoksida, vodika, metana, etana, propana, butana, etilena, benzena, sumporovodika i drugih komponenti. Te se vrijednosti izražavaju u postocima po volumenu.

Najvećom toplinom izgaranja odlikuje se vodik. Izgaranjem, kilogram tvari oslobađa 119,83 MJ topline. Ali odlikuje ga povišeni stupanj eksplozivnosti.

Visoke vrijednosti ogrjevne moći opažaju se i kod prirodnog plina.

One iznose 41-49 MJ po kg. No, na primjer, kod čistog metana toplina izgaranja veća je — 50 MJ po kg.

Usporedna tablica pokazatelja

U tablici su prikazane vrijednosti masene specifične topline izgaranja tekućih, krutih i plinovitih vrsta goriva.

Iz tablice je vidljivo da najveće vrijednosti TST-a od svih tvari, a ne samo od plinovitih, ima vodik. On spada u visokoenergetske vrste goriva.

Produkt izgaranja vodika je obična voda. U procesu se ne oslobađaju ložišni šljaka, pepeo, ugljični monoksid i ugljični dioksid, što tvar čini ekološki čistim gorivom. No ono je eksplozivno i odlikuje se niskom gustoćom, stoga se takvo gorivo teško ukapljuje i prevozi.

Zaključci i koristan video na temu

O ogrjevnoj moći različitih vrsta drva. Usporedba vrijednosti u odnosu na m³ i kg.

TST je najvažnija toplinska i eksploatacijska karakteristika goriva. Ovaj pokazatelj koristi se u različitim područjima ljudske djelatnosti: u toplinskim motorima, elektranama, industriji, te pri grijanju domova i pripremi hrane.

Vrijednosti kalorijske moći pomažu usporediti različite vrste goriva prema količini oslobođene energije, izračunati potrebnu masu goriva i uštedjeti na troškovima.

Imate li što dodati ili imate pitanja o kalorijskoj moći različitih vrsta goriva? Možete ostavljati komentare na objavu i sudjelovati u raspravama – obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.