Propriedades térmicas da madeira. Estudo das propriedades termofísicas da turfa
Não específica, mas a capacidade térmica total, no sentido físico geralmente aceito, é a capacidade de uma substância se aquecer. Pelo menos é o que qualquer livro de física térmica nos diz - é definição clássica capacidade calorífica (formulação correta). Na verdade, esta é uma característica física interessante. Pouco conhecido por nós na vida cotidiana "lado da moeda". Acontece que quando o calor é fornecido do lado de fora (aquecimento, aquecimento), nem todas as substâncias reagem igualmente ao calor ( energia térmica) e aquecer de forma diferente. A capacidade do PEAT de receber, aceitar, reter e acumular (acumular) energia térmica é chamada de capacidade calorífica do PEAT. E a capacidade de calor de uma turfeira em si é uma característica física que descreve as propriedades termofísicas do combustível de turfa. Ao mesmo tempo, em diferentes aspectos aplicados, dependendo de um caso prático específico, uma coisa pode vir a ser importante para nós. Por exemplo: a capacidade de uma substância receber calor ou a capacidade de acumular energia térmica ou “talento” para mantê-la. No entanto, apesar de alguma diferença, no sentido físico, as propriedades que precisamos serão descritas pela capacidade calorífica da turfeira.
Um pequeno, mas muito "problema" de natureza fundamental reside no fato de que a capacidade de aquecer - a capacidade térmica de uma turfeira está diretamente relacionada não apenas à composição química, a estrutura molecular de uma substância, mas também com sua quantidade (peso, massa, volume). Devido a essa conexão "desagradável", a capacidade total de calor do combustível de turfa torna-se uma característica física muito inconveniente da substância. Desde então, um parâmetro medido descreve simultaneamente "duas coisas diferentes". Ou seja: realmente caracteriza as propriedades termofísicas da PEAT, porém, "de passagem" também leva em consideração sua quantidade. Formando uma espécie de característica integral, na qual a física térmica "alta" e uma quantidade "banal" de matéria (no nosso caso: turfeira) se conectam automaticamente.
Bem, por que precisamos de tais características termofísicas de uma turfeira, na qual a "psique inadequada" é claramente traçada? Do ponto de vista da física, a capacidade calorífica total do combustível de turfa (da maneira mais desajeitada) tenta não apenas descrever a quantidade de energia térmica capaz de se acumular em uma turfeira, mas também "de passagem para nos informar" sobre a quantidade de PEAT. Acontece absurdo, e não uma característica termofísica clara, compreensível, estável e correta do combustível de turfa. Em vez de uma constante útil adequada para cálculos termofísicos práticos, nos é dado um parâmetro flutuante, que é a soma (integral) da quantidade de calor recebida por PEAT e sua massa ou volume de uma turfeira.
Obrigado, é claro, por tal "entusiasmo", no entanto, posso medir a quantidade de combustível de turfa. Tendo recebido resultados de forma muito mais conveniente, "humana". Eu gostaria de não "extrair" a quantidade de PEAT por métodos matemáticos e cálculos usando uma fórmula complexa da capacidade total de calor de PEAT, mas descobrir o peso (massa) em gramas (g, g), quilogramas (kg) , toneladas (t), cubos (metros cúbicos, metros cúbicos, m3), litros (l) ou mililitros (ml). Especialmente desde pessoas pequenas há muito tempo surgiu com instrumentos de medição bastante adequados para esses fins. Por exemplo: balanças ou outros dispositivos.
Particularmente "incômoda é a natureza flutuante" do parâmetro: a capacidade total de calor da turfeira. Seu "humor" instável e mutável. Quando você altera o "tamanho ou dose da porção", a capacidade de calor do PEAT muda imediatamente. mais quantidade turfeira, quantidade física, o valor absoluto da capacidade calorífica de PEAT - aumenta. A quantidade de combustível de turfa é menor, a capacidade térmica da turfeira diminui. "Desgraça" alguns despeja! Em outras palavras, o que "temos" não pode de forma alguma ser considerado uma constante descrevendo as características termofísicas da PEAT. E é desejável que "tenhamos" um parâmetro de referência claro e constante caracterizando as propriedades térmicas do combustível de turfa, sem "referências" à quantidade (peso, massa de turfa, volume). O que fazer?
É aqui que um método muito simples, mas "muito científico" vem em nosso socorro. Não se resume apenas ao oficial de justiça "ud. - específico", antes quantidade física, mas a uma solução elegante envolvendo a exclusão da quantidade de matéria da consideração. Naturalmente, parâmetros "desconfortáveis, supérfluos": a massa da turfeira ou o volume de PEAT não podem ser descartados. Pelo menos pela razão de que, se não houver quantidade de combustível de turfa, não haverá "tema de discussão" em si. E a substância deve ser. Portanto, escolhemos algum padrão convencional para a massa ou volume de uma turfeira, que pode ser considerada uma unidade. Para o peso de PEAT, essa unidade de massa de combustível de turfa, conveniente no uso prático, acabou sendo 1 quilograma (kg).
Agora, aquecemos um quilograma de PEAT em 1 grau, e a quantidade de calor (energia térmica) que precisamos para aquecer o combustível de turfa em um grau é nosso parâmetro físico correto, que descreve bem, de maneira completa e clara, um dos propriedades termofísicas PEAT. Observe que agora estamos lidando com uma característica que descreve propriedade física substância da turfeira, mas não tentando "nos informar adicionalmente" sobre sua quantidade. Confortável? Não há palavras. É uma questão completamente diferente. A propósito, agora não estamos falando da capacidade térmica total do combustível de turfa. Tudo mudou. ESTA É A CAPACIDADE DE CALOR ESPECÍFICA DA TURFA, que às vezes é chamada de forma diferente. Como? Apenas MASSA CAPACIDADE DE CALOR DE TURFA. Específico (batidas) e massa (m) - neste caso: sinônimos.
Tabela 1. Calor específico PEAT (ud.). Capacidade térmica de massa de uma turfeira. Dados de referência para o combustível de turfa.
A turfa é o representante geologicamente mais jovem da classe humita, embora possa ser classificado apenas condicionalmente como um combustível fóssil sólido. Condensação insignificante de núcleos aromáticos, cadeias periféricas amplamente ramificadas, incluindo grupos funcionais complexos, são a razão para a capacidade calorífica muito alta da turfa em comparação com a capacidade calorífica de outros humitos.
O estudo das propriedades termofísicas da turfa ainda não recebeu o devido desenvolvimento. Sabe-se apenas que para turfa absolutamente seca à temperatura ambiente é de 0,47-0,48 kcal/(kg-°C) e depende fracamente do tipo de turfa (charneca, transição, planície) e do grau de decomposição.
Uma característica da turfa é sua umidade extremamente alta. Com o aumento da umidade, a capacidade de calor da turfa aumenta. Uma vez que foi estabelecido que a maior parte da água na turfa (mais de 90%) está na forma não ligada ou fracamente ligada e sua capacidade calorífica, portanto, é próxima de 1 kcal / (kg - ° C), na medida em que o A capacidade calorífica da turfa úmida pode ser calculada pela fórmula
Cy=0,475^1----- + kcal/(kg-°C), (V.1)
Onde Wp é o teor de umidade total da turfa, % da massa total.
Um estudo termográfico da turfa revela a presença de um efeito endotérmico significativo, cujo máximo cai a uma temperatura de 170-190 ° C. Em temperaturas acima de 250 ° C, ocorrem transformações termoquímicas da turfa com a liberação de calor, mais perceptíveis em as faixas de 270-380°C e 540-580°C. Um quadro semelhante - um máximo endotérmico e dois ou mais mínimos exotérmicos - também é observado no processo de pirólise da madeira (ver Capítulo XIII), que é totalmente explicado pela proximidade genética dos objetos.
V. CARVÃO MARROM
Apesar de a brasa ser uma valiosa matéria-prima energética e tecnológica, suas propriedades termofísicas não foram sistematicamente estudadas até recentemente.
Devido à conversão relativamente baixa da estrutura molecular, em particular, o núcleo condensado pouco desenvolvido e o alto teor de heteroátomos pesados nos grupos periféricos, a capacidade calorífica da lenhite é muito maior do que a capacidade térmica de carvões mal metamorfoseados. ver Tabela III.1).
De acordo com os dados de E. Rammler e R. Schmidt, com base nos resultados de um estudo de onze lenhosas, o calor específico médio da lenhite em termos de massa seca e livre de cinzas na faixa de 20 ° C-T (T ^ 200 ° C) pode ser calculado a partir da fórmula
Cy = 0,219+28,32-10~4(7°+5,93-104G, kcal/(kg-°C), (VI.1)
Tde d° - rendimento de resina, % em matéria orgânica seca; T - temperatura, °C.
A análise do efeito das inclusões minerais e da umidade livre sobre a capacidade calorífica da brasa permitiu aos autores derivar uma dependência generalizada que é válida em temperaturas de até 200 ° C:
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Onde Ts7r - umidade de trabalho; Ac - teor de cinzas de carvão,%.
Como E. Rammler e R. Schmidt usaram o método de mistura para determinar a capacidade calorífica, que, como observado acima, requer um tempo significativo para estabilizar a temperatura do sistema, naturalmente, seus resultados diferem um pouco dos dados obtidos durante o aquecimento dinâmico.
Assim, por exemplo, a partir da fórmula (VI.!) Segue-se que na faixa de 20-200 ° C, a capacidade calorífica média aumenta linearmente com o aumento da temperatura. Esta conclusão contradiz os resultados obtidos por A. A. Agroskin et al., na determinação da capacidade calorífica de um grupo de lenhosas domésticas de vários depósitos. As determinações foram realizadas de acordo com o método de casca diatérmica com amostras secas pré-trituradas até um tamanho de partícula inferior a 0,25 mm em uma corrente contínua de nitrogênio purificado a uma taxa de aquecimento de 10°C/min. Os resultados estão relacionados com a massa atual da amostra -
As características das amostras estudadas são apresentadas na Tabela.
VI. 1, e na fig. 26 mostra a dependência da capacidade calorífica efetiva com a temperatura.
Todas as curvas na faixa de temperatura de 20 a 1000 ° C têm um caráter semelhante e diferem apenas um pouco - 96
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Temperatura, ° С
Arroz. 26. Dependência da temperatura da capacidade calorífica efetiva das hulhas de alguns depósitos:
1-4 - depósitos, respectivamente, Irsha-Borodnskoye, Berezovskoye, Gusnnoozer-
Skoye, Yovo-Dmitrovskoe
Eles são separados uns dos outros de acordo com os valores absolutos da capacidade calorífica. Os máximos e mínimos observados nas curvas correspondem às mesmas temperaturas. A 20 ° C, a capacidade calorífica efetiva, coincidindo com a verdadeira, varia para vários carvões dentro de 0,27-0,28 kcal / (kg - ° C), o que está de acordo com os resultados obtidos pelas fórmulas (VI. 1) e (VI.2).
Tabela VI.!
A variação linear da capacidade calorífica efetiva (ver Fig. 26) ocorre apenas na faixa de 20-120°C. Com o aumento da temperatura, observa-se um aumento mais acentuado da capacidade calorífica, atingindo um máximo em 200°C igual a 0,47 -■
0,49 kcal/(kg-°C). Este primeiro máximo endotérmico é devido à remoção da umidade ligada e ao início das reações de pirólise de massa orgânica que prosseguem com a absorção de calor. O segundo máximo endotérmico de 0,42-0,49 kcal/(kg-°C) ocorre a uma temperatura de cerca de 550°C, o que indica a predominância de reações endotérmicas de destruição da massa orgânica e decomposição de parte das impurezas minerais . É característico que o maior em valor absoluto endotérmico - 7 Zach. 179 97 Esses picos são característicos do carvão do depósito de Novo-Dmitrovskoe, que difere de outros carvões pelo alto rendimento de substâncias voláteis.
O aquecimento adicional a 1000°C leva a uma diminuição gradual da capacidade calorífica para 0,07-0,23 kcal/(kg-°C) devido à ocorrência de reações exotérmicas de formação de uma estrutura de coque.
Uma comparação das curvas de variação da capacidade calorífica efetiva (ver Fig. 26) com os dados de um estudo termográfico de lenhite também revela algumas discrepâncias. O mais significativo deles é a presença nos termogramas de um terceiro corte endotérmico a uma temperatura de 700-715°C. efeito endotérmico, uma vez que o Sef neste intervalo permanece inferior à capacidade calorífica real. A razão para tais flutuações na capacidade calorífica efetiva, observada, aliás, mesmo em temperaturas altas reside na natureza complexa da formação da estrutura do coque.
A capacidade calorífica verdadeira (equilíbrio) de todos os carvões investigados aumenta monotonicamente com o aumento da temperatura (Tabela VI.2). Os valores mais baixos da capacidade calorífica real do carvão marrom do depósito Novo-Dmitrovsky em comparação com a capacidade calorífica de outros carvões são explicados pelo seu alto teor de cinzas.
O efeito térmico total [tab. (VI.3)] reações de pirólise de acordo com as fórmulas (1.13) e (1.14) é determinada pela diferença entre as áreas delimitadas pelo efetivo e
Tabela VI.2
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Verdadeira capacidade de calor de carvões marrons
Observação. O numerador é kJ / "kg K, o denominador é kcal / (kg ■ ° C). Tabela U1.3 Efeito térmico total das reações de pirólise de carvão marrom na faixa de 20-1000 ° C prn taxa de aquecimento 10 ° C / min |
Efeito térmico da pirólise
Campo
verdadeira capacidade térmica. Neste caso, a área localizada sob a curva de capacidade calorífica verdadeira caracteriza a exotermicidade, e a área acima desta curva caracteriza a endotermicidade das reações de pirólise.
Com o aumento da conversão da hulha, a capacidade calorífica desta diminui (Fig. 27).
VII. CARVÕES E ANTRACITES
Esses carvões são uma gama extremamente ampla de combustíveis fósseis sólidos em termos de propriedades físicas e tecnológicas, caracterizadas por um grau de conversão diferente, mas relativamente alto, do material de origem.
A capacidade calorífica do carvão depende do estágio de metamorfismo (ver Cap. II1.1), das condições de ocorrência, teor de cinzas, umidade e vários outros fatores, cuja influência será considerada no próximo capítulo.
Esta seção fornece dados de referência sobre a capacidade calorífica real e efetiva de carvões betuminosos de algumas bacias em temperaturas moderadas, bem como durante a decomposição térmica.
A tabela mostra as propriedades termofísicas de turfa e produtos de turfa dependendo da temperatura na faixa de -71 a 20°C. As seguintes propriedades da turfa são dadas: densidade aparente em kg/m 3 , condutividade térmica em W/(m graus) e kcal/(m h graus) e difusividade térmica em unidades de 10 8 m 2 /s e 10 4 m 2 / hora.
As propriedades são especificadas para turfa triturada, granulada, moída, briquetada e placas de turfa. Para densidade, condutividade térmica e difusividade térmica são dadas em temperaturas negativas. A densidade da turfa pode variar de 200 a 890 kg/m 3. A turfa briquetada tem uma alta densidade, ao contrário da turfa irregular leve. A densidade da turfa é indicada à pressão atmosférica.
A condutividade térmica da turfa varia na faixa de 0,06 a 0,45 W/(m graus). O mais termicamente condutor é a turfa briquetada e as lajes de turfa. A difusividade térmica da turfa está na faixa de 12.10-8 a 60.10-8 m2/s.
Densidade e condutividade térmica de turfa e lajes de turfa
A tabela mostra os valores de condutividade térmica de turfa e lajes de turfa com diferentes densidades dependendo da temperatura a 0, 50 e 100°C. A densidade da turfa e das placas é de 180 a 190 kg/m 3 . A dimensão da condutividade térmica no numerador em W / (m graus); no denominador - em kcal / (m hora deg). De acordo com a tabela, pode-se ver que quando a turfa e as lajes de turfa são aquecidas, sua condutividade térmica aumenta.
Condutividade térmica de chips de turfa
Os valores de condutividade térmica de lascas de turfa secas com densidade aparente diferente a uma temperatura de 20°C são indicados. A densidade dos cavacos de turfa varia de 77 a 250 kg/m 3 . Com o aumento da densidade aparente do miolo, sua condutividade térmica também aumenta e para o miolo mais denso pode atingir um valor de 0,076 W/(m graus).
A capacidade térmica total da rocha argilosa. Qual é o coeficiente "C": (sp.) capacidade calorífica específica da ARGILA. Como diferem esses tipos de características termofísicas do material terroso, por que é impossível conviver com um parâmetro físico que descreve as propriedades térmicas do solo argiloso e por que foi necessário introduzir o coeficiente "para multiplicar entidades, complicando a vida de pessoas normais"?Não específica, mas a capacidade térmica total, no sentido físico geralmente aceito, é a capacidade de uma substância se aquecer. Pelo menos é isso que qualquer livro de física térmica nos diz - esta é a definição clássica de capacidade de calor (formulação correta). Na verdade, esta é uma característica física interessante. Pouco conhecido por nós na vida cotidiana "lado da moeda". Acontece que quando o calor é fornecido do lado de fora (aquecimento, aquecimento), nem todas as substâncias reagem igualmente ao calor (energia térmica) e aquecem de maneira diferente. A capacidade do CLAY de receber, aceitar, reter e acumular (acumular) energia térmica é chamada de capacidade calorífica do CLAY. E a capacidade calorífica do próprio material argiloso é uma característica física que descreve as propriedades termofísicas da rocha argilosa. Ao mesmo tempo, em diferentes aspectos aplicados, dependendo de um caso prático específico, uma coisa pode vir a ser importante para nós. Por exemplo: a capacidade de uma substância receber calor ou a capacidade de acumular energia térmica ou “talento” para mantê-la. No entanto, apesar de alguma diferença, no sentido físico, as propriedades que precisamos serão descritas pela capacidade calorífica do material argiloso.
Um pequeno, mas muito "problema" de natureza fundamental é que a capacidade de aquecer - a capacidade térmica da rocha sedimentar argilosa, está diretamente relacionada não apenas à composição química, estrutura molecular da substância, mas também à sua quantidade (peso, massa, volume). Devido a essa conexão "desagradável", a capacidade total de calor do material argiloso torna-se uma característica física muito inconveniente da substância. Desde então, um parâmetro medido descreve simultaneamente "duas coisas diferentes". Ou seja: ele realmente caracteriza as propriedades termofísicas do CLAY, porém, "de passagem" também leva em consideração sua quantidade. Formando uma espécie de característica integral, na qual a física térmica "alta" e uma quantidade "banal" de matéria (no nosso caso: rocha sedimentar) se conectam automaticamente.
Bem, por que precisamos de tais características termofísicas da rocha, nas quais a "psique inadequada" é claramente traçada? Do ponto de vista da física, a capacidade calorífica total do solo argiloso (da maneira mais desajeitada) tenta não apenas descrever a quantidade de energia térmica que pode se acumular na rocha, mas também "de passagem para nos contar" sobre a quantidade de Argila. Acontece um absurdo, mas não uma característica termofísica clara, compreensível, estável e correta do material argiloso. Em vez de uma constante útil adequada para cálculos termofísicos práticos, nos é dado um parâmetro flutuante, que é a soma (integral) da quantidade de calor recebida pela argila e sua massa ou volume de rocha sedimentar.
Obrigado, claro, por tanto "entusiasmo", no entanto, posso medir a quantidade de CLAY por conta própria. Tendo recebido resultados de forma muito mais conveniente, "humana". Eu gostaria de não "extrair" a quantidade de CLAY por métodos matemáticos e cálculos usando uma fórmula complexa da capacidade calorífica total do CLAY, em diferentes temperaturas, mas descobrir o peso (massa) em gramas (g, g), quilogramas (kg), toneladas (toneladas), cubos (metros cúbicos, metros cúbicos, m3), litros (l) ou mililitros (ml). Além disso, pessoas inteligentes há muito inventam instrumentos de medição bastante adequados para esses propósitos. Por exemplo: balanças ou outros dispositivos.
Particularmente "irritante é a natureza flutuante" do parâmetro: a capacidade total de calor da rocha sedimentar. Seu "humor" instável e mutável. Ao alterar o "tamanho de uma porção ou dose", a capacidade calorífica do CLAY em diferentes temperaturas muda imediatamente. Mais argila, quantidade física, valor absoluto da capacidade calorífica solo de argila- aumenta. Menor quantidade de argila, o valor da capacidade térmica do solo argiloso diminui. "Desgraça" alguns despeja! Em outras palavras, o que "temos" não pode de forma alguma ser considerado uma constante descrevendo as características termofísicas do CLAY em diferentes temperaturas. E é desejável que “tenhamos” um coeficiente compreensível, constante, um parâmetro de referência que caracterize as propriedades térmicas da rocha, sem “referências” de quantidade (peso, massa, volume). O que fazer?
É aqui que um método muito simples, mas "muito científico" vem em nosso socorro. Trata-se não apenas do oficial de justiça "sp. - específico", diante de uma grandeza física, mas de uma solução elegante que envolve a exclusão da quantidade de substância da consideração. Naturalmente, parâmetros "desconfortáveis, supérfluos": é absolutamente impossível excluir a massa ou o volume do CLAY. Pelo menos pela razão de que, se não houver quantidade de material argiloso, não haverá “tema de discussão” em si. E a substância deve ser. Portanto, escolhemos algum padrão condicional para a massa ou volume do CLAY, que pode ser considerado uma unidade adequada para determinar o valor do coeficiente “C” que precisamos. Para o peso do CLAY, essa unidade de massa de rocha sedimentar, conveniente no uso prático, acabou sendo 1 quilograma (kg).
Agora, aquecemos um quilograma de CLAY em 1 grau, e a quantidade de calor (energia térmica) que precisamos para aquecer o solo argiloso em um grau é nosso parâmetro físico correto, o coeficiente "C", ok, descrevendo bastante completo e compreensível uma das propriedades termofísicas da ARGILA em várias temperaturas. Observe que agora estamos lidando com uma característica que descreve a propriedade física de uma substância argilosa, mas não tentando "nos informar adicionalmente" sobre sua quantidade. Confortável? Não há palavras. É uma questão completamente diferente. A propósito, agora não estamos falando da capacidade térmica total da argila, como uma rocha sedimentar. Tudo mudou. ESTA É A CAPACIDADE DE CALOR ESPECÍFICA DA ARGILA, que às vezes é chamada por outro nome. Como? Apenas MASSA CAPACIDADE DE CALOR DA ARGILA. Específico (sp.) e massa (m.) - neste caso: sinônimos, eles significam aqui o coeficiente "C" que precisamos.
Tabela 1. Coeficiente: capacidade calorífica específica da ARGILA (sp.). Capacidade térmica de massa do material argiloso. Dados de referência para rochas sedimentares.