ISO 18125 Biocombustibles sólidos: determinación del valor calorífico

La norma “ISO 18125 Biocombustibles sólidos - Determinación del valor calorífico” desarrollada por la Organización Internacional de Normalización (ISO) describe un método para determinar el valor calorífico bruto de un biocombustible sólido a volumen constante y a una temperatura de referencia de 25 grados en un calorímetro de bomba calibrado mediante la combustión de ácido benzoico certificado. El resultado obtenido es el poder calorífico superior de la muestra de análisis a volumen constante donde toda el agua de los productos de la combustión es agua líquida.

En la práctica, los biocombustibles se queman a presión constante (atmosférica) y el agua no está condensada (se elimina en forma de vapor con los gases de combustión) o está condensada. El calor de trabajo de combustión a utilizar en ambas condiciones es el valor calorífico neto del combustible a presión constante. También se puede utilizar el valor calorífico neto a volumen constante. Esta norma contiene fórmulas para calcular ambos valores.

En el texto principal se presentan los principios y procedimientos generales para calibraciones y pruebas de biocombustibles. Los relacionados con la utilización de un tipo específico de dispositivo calorimétrico se incluyen en los anexos de la norma (Anexos A a C). El Anexo D contiene listas de verificación para realizar experimentos de calibración y combustible utilizando tipos de calorímetros específicos. En el Apéndice E se ofrecen ejemplos para ilustrar algunos de los cálculos.

Para los efectos de esta norma, además de los términos y definiciones dados en “ISO 16559 Biocombustibles sólidos - Vocabulario”, se aplican las siguientes definiciones:

• El valor calorífico bruto a volumen constante expresa el valor absoluto de la energía específica de combustión en julios por unidad de masa de biocombustible sólido quemado en oxígeno en las condiciones especificadas en la bomba calorimétrica. Se supone que los productos de la combustión consisten en oxígeno gaseoso, nitrógeno, dióxido de carbono y dióxido de azufre, agua líquida saturada con dióxido de carbono en condiciones de reacción de bomba (en equilibrio con su vapor) y ceniza sólida.
• El valor calorífico neto a volumen constante expresa el valor absoluto de la energía específica de combustión en julios por unidad de masa de biocombustible quemado en oxígeno en condiciones de volumen constante. Toda el agua de los productos de reacción permanece en forma de vapor de agua, los demás productos permanecen como valor calorífico bruto.
• El valor calorífico neto a presión constante expresa el valor absoluto del calor específico de combustión en julios por unidad de masa de biocombustible quemado en oxígeno a presión constante. Toda el agua de los productos de reacción permanece en forma de vapor de agua, los demás productos permanecen como valor calorífico bruto.
• Como temperatura de referencia para valores caloríficos se acepta como temperatura de referencia la temperatura de referencia internacional para la termoquímica, de 25 grados. El valor calorífico de los biocombustibles tiene una pequeña dependencia de la temperatura.
• La capacidad calorífica efectiva del calorímetro expresa la cantidad de energía necesaria para provocar un cambio unitario en la temperatura del calorímetro.
• El aumento de temperatura corregido expresa el cambio en la temperatura del calorímetro resultante de los procesos que tienen lugar únicamente dentro de la bomba de combustión. El aumento de temperatura corregido es el aumento de temperatura total observado corregido por el intercambio de calor, la potencia de mezcla, etc. El cambio de temperatura se puede expresar en términos de otras unidades: la resistencia de un termómetro de platino o termistor, la frecuencia de un resonador de cristal de cuarzo, pero solo si se establece una relación funcional entre esta cantidad y un cambio de temperatura. La capacidad calorífica efectiva del calorímetro se puede expresar en unidades de energía por cada unidad arbitraria. Los criterios de linealidad y proximidad necesarios para las condiciones entre calibraciones y pruebas de combustible se dan en la norma.

Una porción pesada de la muestra de análisis de biocombustible sólido se quema en oxígeno a alta presión en un calorímetro de bomba bajo condiciones específicas. La capacidad térmica efectiva del calorímetro se determina mediante pruebas de calibración quemando ácido benzoico certificado en condiciones similares a las especificadas en el certificado. El aumento de temperatura corregido se determina a partir de observaciones de temperatura antes, durante y después de que se produzca la reacción de combustión. La duración y frecuencia de las observaciones de temperatura dependen del tipo de calorímetro utilizado. Inicialmente se agrega agua a la bomba para crear una fase de vapor saturado antes de la combustión, lo que garantiza que toda el agua de la muestra, que consiste en hidrógeno y humedad, se considere agua líquida.

El valor calorífico bruto se calcula a partir del aumento de temperatura corregido y la capacidad térmica efectiva del calorímetro, teniendo en cuenta las contribuciones de la energía de ignición, los efectos térmicos de la quema de fusibles y las reacciones secundarias como la formación de ácido nítrico. Además, se aplica una corrección para tener en cuenta la diferencia de energía entre el ácido sulfúrico acuoso formado en la reacción de la bomba y el dióxido de azufre gaseoso, es decir, el producto de reacción requerido del azufre en el biocombustible. El efecto energético correspondiente entre el ácido clorhídrico acuoso y gaseoso se puede despreciar debido al valor generalmente bajo de la corrección para biocombustibles sólidos.

El valor calorífico neto del biocombustible a volumen constante y el valor calorífico neto a presión constante se obtienen calculando el valor calorífico bruto a volumen constante determinado en la muestra de análisis. Para calcular el valor calorífico neto a volumen constante es necesario conocer el contenido de humedad e hidrógeno de la muestra de análisis. En principio, el cálculo del valor calorífico neto a presión constante también requiere información sobre el contenido de oxígeno y nitrógeno de la muestra analizada.

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