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Definiciones y Unidades de Medida

Energía Específica

Consumo Específico de Combustible

Unidades de Medida

Poderes Caloríficos Inferior y Superior

Medición del Contenido de Energía de un Combustible

El Convertidor de Energía Específica y Calor de Combustión por Volumen sirve para convertir unidades de varias cantidades físicas con las que se cuantifica la energía en varias aplicaciones.

Definiciones y Unidades de Medida

Energía Específica

La cantidad de energía almacenada en un sistema o región por unidad de volumen, o contenido de energía de combustibles por unidad de volumen, es descrita por la densidad energética Cuando hablamos de la energía por unidad de masa, se denomina energía específica.

Por tanto, la densidad energética, la energía específica y el calor de combustión caracterizan una sustancia o un sistema termodinámico. Sin embargo, la densidad energética y la energía específica pueden usarse para describir un sistema en el cual no se quemen combustibles. Por ejemplo, la energía puede almacenarse en una batería no recargable de litio, o en una batería recargable de iones de litio, en forma de energía química, o en un supercondensador, o incluso en un transformador eléctrico en forma de la energía del campo electromagnético.

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Los transformadores eléctricos y condensadores pueden almacenar energía durante periodos cortos y pueden caracterizarse según su densidad energética

Consumo Específico de Combustible

Por otro lado, el consumo específico de combustible, o consumo específico, es una medida de la eficiencia del uso de combustibles de cualquier motor que queme combustible para producir potencia, como un motor de automóvil (consumo específico al frenado) o empuje, como un motor a reacción aeronáutico (consumo específico al empuje). La palabra “frenado” en el término “consumo específico al frenado” indica que este se determina con un dinamómetro de absorción, el cual se emplea para mediciones de torque y potencia de frenado. La parte principal del dinamómetro es un aparato de frenado.

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El término de ingeniería “consumo específico al empuje” describe la eficiencia de uso de combustible de cualquier motor que queme combustible para producir empuje; por ejemplo, turboventiladores (en la imagen), turborreactores, estatorreactores, pulsorreactores, estatorreactores de combustión supersónica y otros tipos de motores. Ten en cuenta que la eficiencia de los motores de turbohélice y turboeje usados en aeronaves la especifica su consumo específico al frenado

El consumo específico por volumen se mide en unidades de la velocidad volumétrica de consumo de combustible por unidad de energía. Algunos ejemplos son el litro por kilovatio-hora y el galón por caballo de fuerza-hora. Para convertir unidades de consumo específico por masa, puedes usar nuestro Convertidor de Consumo Específico por Masa. Por ejemplo, un consumo específico de 100 g/kW∙h significa que, para generar una potencia de 1 kilovatio, un motor consume 100 gramos de combustible por hora. El propio valor de 100 g/kW∙h significa además que el mismo motor consume 100 g de combustible para realizar un trabajo útil de un kilovatio-hora.

Unidades de Medida

La densidad volumétrica de energía se mide en unidades de energía por unidad de volumen; por ejemplo, en julios por metro cúbico (J/m ³) o en BTU por pie cúbico (Btu/ft³).

En correspondencia con lo anterior, las unidades como J/m³, J/L, kcal/m³, BTU/ft³ se usan para medir varias cantidades físicas que tienen mucho en común. Estas se usan para medir

  • el contenido de energía específica de un combustible por unidad de volumen;
  • el calor de combustión por volumen;
  • la densidad volumétrica de energía en un sistema termodinámico.

Los combustibles reaccionan con el oxígeno del aire y producen una cantidad relativamente grande de calor. La cantidad de energía generada durante la quema de un combustible depende del tipo de combustible, de las condiciones en que ocurre la combustión, y de la masa o el volumen del combustible que se queme. Por ejemplo, un combustible parcialmente oxidado como el etanol (C₂H₅OH) es menos eficiente que los hidrocarburos puros como el queroseno (composición aproximada C₁₀H₂₂) o la gasolina. La energía normalmente se mide en julios (J), calorías (cal), o unidades térmicas británicas (BTU). La energía específica o el calor de combustión de un combustible es la energía que se obtiene cuando se quema una unidad de volumen o unidad de masa de dicho combustible.

El poder calorífico de un combustible puede expresarse con las siguientes cantidades:

  • energía/mol de combustible; por ejemplo, kJ/mol
  • energía/masa de combustible; por ejemplo, BTU/lb
  • energía/volumen de combustible; por ejemplo, kcal/m³

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¿Puedes adivinar que tienen estas dos imágenes en común? El valor energético de los alimentos y los combustibles se mide usando el mismo método: quemándolos en un calorímetro

Las mismas unidades y cantidades, e incluso métodos de medición (bomba calorimétrica) se usan para medir el valor energético de los alimentos; en cuyo caso, el poder calorífico es la cantidad de calor liberado durante la combustión de una porción específica de alimento. Ten en cuenta que este convertidor se usa para convertir solo cantidades volumétricas.

Poderes Caloríficos Inferior y Superior

El calor de combustión medido depende de lo que le ocurre al agua producida durante la combustión. Recuerda que necesitamos mucho calor para evaporar el agua, y la misma cantidad de calor se liberará cuando este vapor se condense. Si el agua permanece como vapor, entonces no puede liberar calor durante su transmisión a la fase líquida. Entonces, se mide el calor de combustión neto (o inferior) Si de alguna manera el agua se condensa a la temperatura original del combustible, entonces se mide el calor de combustión superior El motor de combustión interna no puede utilizar la energía adicional disponible cuando el vapor se condensa nuevamente en agua. Por tanto, el calor de combustión neto o inferior es más apropiado y muchos fabricantes de motores evalúan el consumo de combustible de sus motores según su poder calorífico inferior (neto). Sin embargo, los fabricantes estadounidenses a menudo evalúan sus motores según poder calorífico superior. La diferencia entre el poder calorífico superior e inferior normalmente es de un 10%. Esto no es mucho, pero puede resultar confuso si el método de medición no se define en las especificaciones del motor.

Ten en cuenta que los valores de poder calorífico superior e inferior solo son apropiados para combustibles con hidrógeno, como la gasolina y el diésel. Para la combustión de carbón puro o monóxido de carbono no se pueden definir valores de poder calorífico superior e inferior, porque estos no contienen hidrógeno y, en consecuencia, no se forma agua durante su proceso de combustión.

Cuando el combustible se quema dentro del motor, la cantidad real de trabajo mecánico obtenida a partir del combustible, depende en gran medida del motor. Los motores de gasolina son menos eficientes que los motores diésel. Los motores diésel de los coches de ferrocarril normalmente tienen una eficiencia energética de un 30 a un 40%, y los motores de gasolina, de solo un 20 a un 30%.

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Medición del Contenido de Energía de un Combustible

El calor de combustión de un combustible es útil cuando es necesario comparar distintos combustibles. En la mayoría de los casos, el contenido de energía del combustible o alimento se obtiene en una bomba calorimétrica de oxígeno de volumen constante. El calor de combustión o poder calorífico de una masa determinada de una muestra se define como la cantidad de calor liberado por unidad de masa de dicha muestra, cuando se quema con oxígeno en una cámara de volumen constante.

Estos calorímetros contienen un recipiente presurizado llamado bomba, el cual se llena de oxígeno puro presurizado y una muestra del combustible cuyo contenido de energía se desea a medir. La cantidad de oxígeno excede la necesaria para quemar totalmente la muestra. El recipiente presurizado puede soportar la elevada presión que se generan los productos de la combustión dentro del aparato durante la quema del combustible. Durante la combustión, todo el carbono y el hidrógeno del combustible quemado reaccionan con el oxígeno y forman dióxido de carbono y agua. Si la combustión no es completa, se liberan monóxido de carbono (CO) y combustible sin quemar o parcialmente quemado, lo cual resulta en un menor contenido de energía.

La energía liberada durante la quema de una muestra de combustible en el recipiente presurizado se absorbe dentro del calorímetro y, entonces, se mide la variación de temperatura resultante dentro del medio de absorción del calorímetro (normalmente agua). El calor de combustión se calcula usando esta variación de temperatura y los resultados de las pruebas de calibración con un material estandarizado.

Las bombas calorimétricas contienen varias partes esenciales:

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Bomba calorimétrica

  • bomba o recipiente metálico presurizado de paredes gruesas, en el cual ocurre la reacción química (4);
  • cubeta calorimétrica: un recipiente con un acabado exterior muy pulido, dentro del cual la bomba se coloca en agua (5); el acabado pulido es necesario para reducir el intercambio de calor entre el calorímetro y el entorno del laboratorio;
  • un mecanismo de agitación;
  • una camisa aislante, que protege el la cubeta calorimétrica con la bomba de los cambios de temperatura del exterior (7);
  • un sensor de temperatura o termómetro, que mide los cambios de temperatura dentro de la cubeta calorimétrica (1);
  • encendedor eléctrico con un cable fusible y electrodos (6) para prender el combustible en el vaso de muestra (3) instalado en el recipiente a presión (4); y
  • entrada de oxígeno (O₂) (2).

Debido a que las reacciones de la combustión en una bomba calorimétrica de oxígeno generan altas presiones en un corto periodo, las mediciones pueden ser peligrosas. El calorímetro, sus válvulas, y los electrodos de ignición deben mantenerse en buenas condiciones en todo momento. El peso de la muestra no debe exceder el máximo permisible.

Contenido de Energía de Varios Combustibles en BTU/galón

CombustibleContenido de Energía, BTU/galón
Biodiésel117.000
Diésel129.000
Etanol76.000
Gasolina115.000
Hidrógeno113.000
Combustible de aviación119.000
Queroseno128.000
Gas natural licuado (GNL)75.000
Gas licuado del petróleo, propano (GLP)84.000

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El consumo específico al empuje es una medida de la eficiencia de consumo de combustible de cualquier motor que queme combustible para producir empuje, como el motor del transbordador espacial Atlantis.

Este artículo fue escrito por Anatoly Zolotkov.

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Calculadoras de equivalencias de unidades en línea Termodinámica — Calor

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Termodinámica — Calor

La termodinámica es la rama de la física que trata del calor y su relación con otras formas de energía y trabajo. Esta define las variables termodinámicas (como la temperatura, la entropía y la presión, que también se conocen como variables macroscópicas) que describen las propiedades medias de los cuerpos materiales y la radiación, y explica cómo se relacionan y por medio de qué leyes cambian con el tiempo.

Convertidor de Energía Específica y Calor de Combustión (por Volumen)

La energía específica (por volumen) se define como la energía por unidad de volumen. Normalmente se expresa en J/m³ o cal/cm³. El concepto de energía específica se aplica a un modo particular (p. ej. la transportación) o teórico de extraer energía útil del combustible.

Utilización del Convertidor de Energía Específica y Calor de Combustión (por Volumen) Conversor

Esta calculadora de equivalencia de unidades en línea permite la conversión rápida y exacta entre muchas unidades de medida, de un sistema a otro. La página de conversión de unidades proporciona una solución para los ingenieros, los traductores y para cualquier persona cuyas actividades requieran trabajar con cantidades medidas en diferentes unidades.

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Nota: Los enteros (números sin punto decimal ni exponente de notación) se consideran precisos hasta de 15 dígitos y el número máximo de dígitos después del punto decimal es 10.

En esta calculadora, la notación E se utiliza para representar los números que son demasiado pequeños o demasiado grandes. La notación E es un formato alternativo de la notación científica a · 10x.Por ejemplo: 1.103.000 = 1.103 · 106 = 1.103E+6. Aquí la E (de exponente) representa "· 10^ ", que es" elevado diez veces a la potencia de". La notación E se utiliza comúnmente en calculadoras y por científicos, ingenieros y matemáticos.

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Author: Fredrick Kertzmann

Last Updated: 01/25/2023

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