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Potere calorifico
Potere calorifico dei combustibili
Si definisce potere calorifico la quantità di calore (misurata in Joule) sviluppata dalla combustione completa dell'unità di massa (kg) o di volume (m3) di un combustibile.
È noto dalla chimica che il carbonio combinandosi con l'ossigeno, dà luogo - a seconda della quantità di ossigeno che con esso reagisce - a due diverse reazioni:
C + ½ O2 → CO
C + O2 → CO2
Le due reazioni sono esotermiche, ma il calore sviluppato dalla prima delle due reazioni chimiche è minore di quello sviluppato dalla seconda, in quanto l'ossido di carbonio (CO) è a sua volta un gas combustibile (e velenoso per l'organismo umano) in grado di reagire ulteriormente con l'ossigeno secondo l'equazione:
CO + ½ O2 → CO2
e di produrre pertanto altro calore.
Quindi, bruciando carbonio in presenza di abbondante ossigeno si ha la combustione completa (C + O2 → CO2); se invece il processo avviene con carenza di ossigeno, si ha una combustione incompleta (C + ½ O2 → CO).
Potere calorifico superiore e potere calorifico inferiore
La definizione è sufficiente per il carbonio, ma non per l'idrogeno che combinandosi con l'ossigeno forma vapore acqueo secondo l'equazione:
H2 + ½ O2 → H2O
Il vapore acqueo prodotto (calore di vaporizzazione) contiene un certo numero di calorie di cui si tiene conto o meno nel calcolo del potere calorifico, a seconda che al termine del processo si facciano condensare o meno i prodotti della combustione.
Per l'idrogeno quindi e per i combustibili industriali che lo contengono si distingue il:
- potere calorifico superiore nel quale si tiene conto anche delle calorie di condensazione del vapore acqueo prodotto in seguito alla combustione;
- potere calorifico inferiore nel quale il vapore acqueo prodotto in seguito alla combustione si libera allo stato gassoso nelle condizioni normali di pressione e viene disperso.
Nella combustione industriale interessa il potere calorifico inferiore che, di massima, è minore del potere calorifico superiore in media del 3% per un comune carbone fossile, del 7% per i prodotti petroliferi e del 10% per i prodotti gassosi.
Il potere comburivoro è il volume di aria teorico richiesto per la combustione dell'unità di massa o di volume di un combustibile che si ricava dalla composizione chimica del combustibile stesso impostando le equazioni di combustione per i singoli componenti.
Potere calorifico di alcuni combustibili
Nella seguente tabella vengono riportati i valori del potere calorifico superiore (p.c.s.) e inferiore (p.c.i.) di alcuni combustibili misurati in kJ/kg.
Potere calorifico di alcuni combustibili misurati in kJ/kg.
Esercizio
Un blocco di ferro di massa 100 kg si trova a temperatura ambiente (T0 = 20°C).
Sapendo che esso viene posto in una fornace in cui si bruciano 766 g di carbone, determinare a quale temperatura finale arriva il pezzo di ferro.
Si ricordi che il calore specifico del ferro vale 481,39 J/(kg∙K) e che il potere calorifico del carbone è pari a 31,4 MJ/kg.
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: potere calorifico del carbone.
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