Il potere calorifico di un combustibile è la quantità massima di energia che può essere ottenuta dalla combustione completa di una quantità unitaria di combustibile in condizioni standard.
I combustibili sono sostanze solide, liquide o gassose che sono in grado di produrre energia termica a seguito di una reazione di combustione.
Tale reazione di ossidoriduzione è quindi di tipo esotermico ed avviene in presenza di ossigeno con sviluppo di gas. Poiché i combustibili tradizionali, che a loro volta sono suddivisi in naturali e artificiali, contengono generalmente idrogeno e ossigeno, danno luogo alla formazione di CO2 e di H2O. Se la combustione avviene in eccesso di ossigeno ovvero se la combustione è completa.
Misura
Può essere misurato tramite:
- una bomba calorimetrica detta anche bomba di Mahler adatta a combustibili solidi
- il calorimetro di Junkers adatto a combustibili gassosi.
Nel caso che il combustibile sia solido o liquido il quantitativo unitario è generalmente riferito alla massa e quindi esso è generalmente espresso in J/Kg; se il combustibile è gassoso il quantitativo unitario è generalmente riferito al volume e quindi è espresso generalmente in J/m3. Si distinguono due tipi di potere calorifico: il potere calorifico superiore HHV e il potere calorifico inferiore LHV.
Potere calorifico superiore e inferiore
Il potere calorifico superiore è determinato portando tutti i prodotti della combustione alla temperatura originaria prima della combustione con conseguente condensazione del vapore prodotto. Ciò corrisponde al calore di combustione in quanto la variazione di entalpia è relativa alla temperatura dei composti prima e dopo la combustione: in tal caso il vapore acqueo prodotto dalla combustione viene condensato in un liquido, quindi cedendo il suo calore latente di vaporizzazione. Pertanto se non è recuperato il calore di condensazione dell’acqua il calore generato diminuisce.
Il potere calorifico inferiore è determinato sottraendo al calore specifico superiore il calore di vaporizzazione dell’acqua formatosi durante la combustione.
Pertanto quello inferiore è uguale alla differenza tra il potere calorifico superiore e circa 2300 kJ per ogni chilogrammo di acqua formatasi.
Poiché l’idrogeno ha un potere calorifico maggiore rispetto al carbonio il potere calorifico di un combustibile aumenta all’aumentare del contenuto percentuale di idrogeno.
I combustibili gassosi hanno generalmente un potere calorifico maggiore rispetto a quelli solidi. Sebbene l’idrogeno abbia un elevato potere calorifico, a causa della sua bassa densità il calore sviluppato per unità di volume è piuttosto bassa.
Potere calorifico dall’entalpia di formazione
Il potere calorifico può anche essere calcolato dalle entalpia di formazione.
Ad esempio sapendo che le entalpie di formazione dell’acetilene, dell’anidride carbonica e dell’acqua si può conoscere l’entalpia della combustione dell’acetilene ovvero il calore generato dalla reazione. esse valgono rispettivamente:
CH2CH2 (g) = 226.73 kJ/mol
CO2(g) = – 393.5 kJ/mol
H2O(l) = – 285.8 kJ/mol
Per la reazione:
C2H2(g) + 5/2 O2(g) → 2 CO2(g) + H2O(l)
Poiché ΔH°= Σ ΔH°prodotti – ΔH°reagenti si ha:
ΔH°= 2( – 393.5) + (- 285.8) – 226.73 = – 1390.5 kJ
Il calore di combustione di 1 mole di benzene è quindi pari a 1390.5 kJ