Carbón: Poder calorífico

El poder calorífico, expresado en kJ/kg, puede ser calculado con relación a la masa de la muestra bruta de carbón (criterio de recepción) o, más frecuentemente, referido a una muestra húmeda pero libre de cenizas. Es el calor desprendido cuando los productos de la combustión estricta y completa de la muestra de combustible se enfrían hasta la temperatura ambiente inicial (temperatura del aire y del propio combustible). Se determina mediante un ensayo normalizado (ASTM D2015) en bomba calorimétrica.

Existen dos determinaciones: el poder calorífico superior o bruto (Pcs) supone que el vapor de agua contenido en los productos de la combustión se condensa, incluyendo por tanto al calor latente de vaporización de dicho vapor de agua, y el poder calorífico inferior o neto (Pci) que no considera la condensación del vapor de agua. La diferencia entre ambos viene dada por:

Ecuaciones determinación poder calorífico inferior

La presión parcial del vapor de agua en los gases de combustión se obtiene

multiplicando la fracción molar del agua contenida en dichos gases (obtenida a partir de la

ecuación de la combustión), por la presión total de los mismos. El factor ‘9’ que aparece en la

ecuación 3-1b representa la relación másica del oxígeno con relación al hidrógeno en la

molécula de agua. Debido a que en calderas (o motores de combustión interna), los gases de

combustión no se suelen enfriar por debajo del punto de rocío, no resulta apropiado adjudicarles

el valor superior del poder calorífico al calcular los balances de energía y los rendimientos de

ciclo. Sin embargo, en algunos países como los EE.UU. se adopta el convenio de utilizar el Pcs

en balances energéticos y cálculos de rendimientos, en tanto que el Pci es el empleado

usualmente en Europa.

Como se ha señalado, los poderes caloríficos se obtienen mediante ensayos. Sin embargo, frecuentemente se suele usar la fórmula de Dulong (aproximada ya que, entre otras cosas, ignora los efectos de la disociación térmica), para obtener los valores caloríficos de antracitas y carbones bituminosos. Expresada en kJ/kg, es la siguiente:

Ecuaciones determinación poder calorífico superior

siendo C, H, O y S las fracciones másicas de carbono, hidrógeno, oxígeno y azufre en el carbón. Para carbones de peor calidad de los indicados, debido a su mayor contenido en materia volátil, la fórmula anterior subestima el poder calorífico superior.

Tabla 1, Análisis inmediato y cuantitativo de diversos carbones típicos

En la Tabla 1 se muestran los resultados de los análisis inmediato y cuantitativo de algunos carbones americanos típicos.