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1.3.- Poder calorífico de los combustibles.

Se conoce como poder calorífico, la energía que se desprende en la combustión completa de la unidad de masa o de volumen de un combustible. Se mide en kJ/kg o bien en kJ/m3 (N). Todavía se encuentra mucha literatura técnica a en la cual se mide en kcal/kg o en Nkcal/m3. Es fácil pasar de una expresión a otra teniendo en cuenta que 1 kcal = 4,187 kJ.

Como las combustiones tienen lugar a elevadas temperaturas el agua que se forma a partir del hidrógeno contenido en el combustible, lo hace en estado de vapor. El poder calorífico se denomina poder calorífico inferior PCI. Por el contrario, si los productos de la combustión se enfrían hasta conseguir que el vapor de agua se condense a agua líquida, al PCI habrá que sumar el calor de condensación del agua y, entonces su poder calorífico es mayor, denominándose poder calorífico superior PCS. La diferencia entre ambos es, naturalmente, el calor de condensación del agua. La cantidad de agua que podamos condensar va a depender del combustible, del porcentaje de átomos de hidrógeno que contenga, pero con bastante aproximación se puede decir que:

PCS = (PCI + 600) kcal/kg = (PCI + 2 500) kJ/kg

En la mayor parte de las calderas y hornos se produce la combustión sin condensación de vapor de agua, con lo que solamente se aprovecha el PCI. Sin embargo, la nueva normativa sobre calderas prácticamente obliga a utilizar calderas de condensación que aprovechan el PCS del combustible. En la siguiente tabla puedes ver los valores más habituales de distintos combustibles.

PCI y PCS de combustibles
Combustible PCI (kJ/kg) PCS (kJ/kg)
Turba 21 300 22 500
Lignito 28 400 29 600
Hulla 30 600 31 400
Antracita 34 300 34 700
Fuelóleo 40 600 42 695
Gasóleo 42 275 43 115
Gasolina 43 950 46 885
Propano 46 350 50 450
Butano 45 790 49 675
Gas natural 39 900 44 000

Condiciones normales de presión y temperatura: 0 ºC y 1 atm. A veces se indica antes de la unidad. Por ejemplo: N kJ/m3

Ejercicios Resueltos

1.- Calcular el agua condensada a la hora en una caldera de condensación a gas natural, de 30 kW de potencia nominal, si se producen 155 g de agua por cada kWh de energía funcionando a su potencia nominal.

2.- Una caldera calienta el agua que llega a 18 ºC hasta los 82 ºC. El combustible empleado tiene un PCI de 52 678 kJ/kg. El caudal de agua suministrada es de 5 m3/h. Si el rendimiento nominal de la caldera es del 89 %, determina el consumo de combustible en kg/h.

3.- Te han encargado que determines los rendimientos de una caldera de calefacción central. Para ello, colocamos un caudalímetro que funciona por ultrasonidos en la salida de agua caliente (el caudal másico de la ida y del retorno se suponen iguales). También disponemos de dos termómetros que nos indican la temperatura de salida y de retorno del agua de la caldera. Por otro lado, una sonda en el depósito de gasóleo nos indica el consumo con un error del 1,5 %. El error de medida de los caudalímetros no supera el 2% y el de los termómetros el 1%.  Se pone en marcha la caldera hasta su potencia nominal y registramos medidas durante intervalos de 5 minutos a lo largo de dos horas, dando como media los siguientes valores:

qcombustible =    12,64 kg/h

qimpulsión =  120 l/m

Timpulsión= 68,64 ºC

Tretorno=  59,2 ºC

Si el gasóleo tiene un PCI de 8 840 kcal/kg, con una variación del 1%, se trata de calcular la potencia nominal útil de la caldera y su rendimiento a plena carga