Poder calorífico inferior e superior
O poder calorífico inferior (PCI) do gás natural da rede portuguesa fica entre 10,6 e 10,8 kWh/m³(n), derivado do poder calorífico superior publicado. É a energia libertada pela combustão completa quando a água formada na queima se mantém no estado de vapor, e não é uma grandeza que alguém publique lote a lote. O poder calorífico superior (PCS) é a mesma energia contando também o calor latente que essa água devolve ao condensar, entre 11,8 e 12,0 kWh/m³(n), pelo que o PCS é sempre o maior dos dois e é aquele sobre o qual assenta a faturação do gás natural em Portugal.
O poder calorífico é o que torna possível toda a conversão de unidades deste sítio. Sem ele, um metro cúbico de gás é apenas um volume; com ele, passa a ser uma quantidade de energia, e é essa quantidade que a fatura cobra. Existirem dois valores em vez de um não é uma inconsistência: são duas convenções de medida, escolhidas conforme o que se faz com o vapor de água no fim da combustão.
A diferença entre os dois números é a água
A diferença entre os dois números é inteiramente a água formada na combustão. Quando um hidrocarboneto arde, o hidrogénio da molécula combina-se com o oxigénio e produz água, que sai da chama como vapor. Vaporizar água consome energia; condensá-la devolve-a.
- PCI contabiliza a energia disponível com o vapor a sair pela chaminé. É a convenção usada em termodinâmica, em fichas técnicas de equipamento e na maior parte das tabelas internacionais de combustíveis.
- PCS contabiliza a energia total, incluindo a que só é recuperável se o vapor condensar. É a convenção usada na medição comercial do gás natural e na faturação portuguesa.
Como o gás natural é dominado pelo metano, cerca de 90% da sua composição, e o metano é a molécula com mais hidrogénio por átomo de carbono entre os hidrocarbonetos correntes, a distância entre o seu PCI e o seu PCS é proporcionalmente das maiores. É também a razão pela qual uma caldeira de condensação, que arrefece os gases de escape até condensar parte desse vapor, apresenta rendimentos superiores a 100% quando são calculados contra o PCI. Nenhuma energia foi criada: apenas foi recuperada energia que a convenção do PCI tinha decidido ignorar.
Qual dos dois usar em cada cálculo
Para escolher entre os dois, olhe para a origem do número com que vai trabalhar, não para o cálculo que quer fazer.
- Use o PCS sempre que o cálculo envolva uma fatura portuguesa de gás natural, um contador ou um fator de conversão. A energia faturada é Volume (m³) × PCS × Fcv.
- Use o PCI sempre que o cálculo envolva o rendimento declarado de um equipamento, uma comparação com tabelas técnicas de outros combustíveis ou um balanço energético industrial.
- Nunca misture os dois numa mesma conta. Um PCI de um combustível dividido por um PCS de outro não produz uma comparação, produz um erro de alguns pontos percentuais com aspeto credível.
No gás distribuído em Portugal, o PCS situa-se entre 11,8 e 12,0 kWh/m³(n), com mediana próxima de 11,9, e o valor mensal é a média aritmética dos valores diários publicados pelo operador da rede de transporte. Multiplicado pelo fator de correção de volume do distribuidor, 0,947944 ou 0,961288, dá o fator de conversão da fatura, entre 11,19 e 11,54 kWh/m³. A página Converter metros cúbicos em quilowatts-hora aplica esse fator, e a página Poder calorífico do gás natural apresenta o mesmo PCS em MJ e em kcal.
O poder calorífico inferior dos combustíveis correntes
O poder calorífico inferior dos combustíveis correntes é publicado por unidade de massa nos combustíveis sólidos e liquefeitos, e por unidade de volume nos líquidos vendidos ao litro. Os valores abaixo são PCI.
| Combustível | PCI | Em MJ | Em kcal |
|---|---|---|---|
| Gás natural da rede | 10,6 a 10,8 kWh/m³(n) | 38,2 a 38,9 MJ/m³(n) | 9 114 a 9 286 kcal/m³(n) |
| Propano | 12,93 kWh/kg | 46,5 MJ/kg | 11 118 kcal/kg |
| Butano | 12,78 kWh/kg | 46,0 MJ/kg | 10 989 kcal/kg |
| Gasóleo de aquecimento | 9,98 kWh/litro | 35,9 MJ/litro | 8 581 kcal/litro |
| Pellets | 5,23 kWh/kg | 18,8 MJ/kg | 4 497 kcal/kg |
As conversões entre colunas são definições e não variam: 1 kWh = 3,6 MJ = 859,845 kcal. O que varia é a linha de partida. A linha do gás natural é a única expressa por metro cúbico normal, e a única derivada: resulta do PCS publicado, não de uma medição do PCI. O gasóleo de aquecimento aparece por litro porque é assim que é vendido e cotado, e transpô-lo para kWh/kg exigiria a sua densidade. Os pellets dependem do teor de humidade e da espécie, e a lenha, pela mesma razão, não tem um único valor comparável: água na madeira é massa que não arde e que ainda consome energia a evaporar.
Porque é que o PCI do gás da rede é derivado e não publicado
O PCI do gás da rede é derivado e não publicado porque o operador da rede de transporte publica diariamente, lote a lote, o poder calorífico superior, e não o inferior. O PCI obtém-se a partir dele: corresponde a cerca de 90% do PCS, sendo a diferença o calor latente da água formada na combustão, que o PCI não contabiliza. Aplicada à banda publicada de 11,8 a 12,0 kWh/m³(n), essa proporção dá os 10,6 a 10,8 kWh/m³(n) indicados no início desta página.
A consequência prática é que o PCI carrega duas aproximações em vez de uma: a largura da própria banda do PCS, e o arredondamento da proporção de 90%, que depende da composição do lote que entrou na rede e é divulgada como média nacional apenas para efeitos de comparação. Quem precisa de um PCI para um cálculo de rendimento de equipamento deve tirá-lo da documentação técnica do equipamento ou da norma aplicável. Quem precisa de converter um consumo em energia usa o PCS, porque foi o PCS que gerou o número na fatura.
O erro mais comum: usar o PCI onde a fatura usa o PCS
O erro mais comum é pegar num PCI de tabela, aplicá-lo ao volume do contador e concluir que o comercializador cobrou energia a mais. O PCI é menor do que o PCS, logo produz sempre menos kWh para o mesmo volume, e a diferença aparece como se fosse uma cobrança indevida. Não é: é a comparação de duas convenções diferentes. A energia faturada em Portugal é construída sobre o PCS, e essa escolha está inscrita na própria fórmula da fatura.
O reverso do mesmo erro aparece na comparação entre combustíveis. Colocar o PCS do gás natural, 11,9 kWh/m³(n), ao lado do PCI do propano, 12,93 kWh/kg, e concluir que o propano rende mais é errado duas vezes: as convenções são diferentes e os denominadores também, um por metro cúbico e o outro por quilograma.
O poder calorífico termina sempre numa unidade composta, energia por unidade de combustível: kWh/m³(n) para o gás natural da rede, kWh/kg para os gases liquefeitos e os sólidos, kWh/litro para os líquidos vendidos ao volume. A unidade que acompanha o número diz qual das duas convenções está a ser usada com tanta clareza como a sigla que a precede.