COMBUSTION. Le comburant est l air atmosphérique dont la composition est la suivante :

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1 Page 1 1. Définition La combustion peut être définie comme la réaction chimique qui a lieu lors de la combinaison entre l'oxygène et une matière combustible. Cette réaction est globalement exothermique, c'est-à-dire qu'elle se produit avec un dégagement de chaleur. Dans le cas du bâtiment, cette chaleur est essentiellement utilisée pour maintenir une température de confort. 1.1 Comburant Le comburant est l air atmosphérique dont la composition est la suivante : Oxygène : O Dioxyde de carbone : CO Azote : N Gaz rares : Néon, Krypton En combustion, pour déterminer les quantités d air théoriques, on utilise les pourcentages suivants : % en Masse % en Volume O 4 1 N Combustibles Les combustibles sont multiples (gaz, pétrole, bois, charbon,...) mais ils ont un point commun : celui de contenir principalement des hydrocarbures, c'est-à-dire des combinaisons multiples de carbones et d'hydrogènes. On distingue les combustibles suivants accompagnés de leurs compositions générales : SOLIDE LIQUIDE GAZ Hydrocarbures Combustibles courants Charbons, Anthracites, Bois FOD Fiouls Lourds n 1 et Gaz naturels, Butane et Propane commerciaux, Air propané

2 Page. Physico-chimie de la combustion.1 Nombre de moles - Masse Molaire - Volume Molaire : Relations Désignations Unités m n = M n : Nombre de moles m : Masse du corps M : Masse molaire du corps [mol] [g] [g/mol] n = V V m n : Nombre de moles [mol] V : Volume du corps [l] ou [m 3 ] V m : Volume molaire du corps [l/mol] A 0 C, sous la pression atmosphérique normale de 10135Pa, le volume molaire des gaz est égal à : V m =.4 litres/mol. Caractéristiques chimiques des composants : NATURE DU CORPS OXYGENE SYMBOLE CHIMIQUE MASSE MOLAIRE [kg/kmol] O 3 AZOTE N 8 HYDROGENE H 1 CARBONE C 1 SOUFRE S 3 GAZ CARBONIQUE MONOXYDE DE CARBONE VAPEUR D EAU CO CO H O

3 Page 3 Nous savons que la combustion d un hydrocarbure (combustible) s obtient en le faisant réagir avec l oxygène (comburant). Par commodité et économie, plutôt que d employer de l oxygène pur, on utilise l air qui en contient près de 1%. L azote contenu dans l air ne participe pas à la combustion. Carbone + oxygène Hydrogène + oxygène gaz carbonique eau Que l on écrit chimiquement : C + (O N ) CO N H +!! (O N ) H O N Nous commencerons l étude détaillée de la combustion des hydrocarbures par celle des gaz naturels, c est-à-dire de leur principal constituant : le méthane. 3. Combustion neutre du méthane Ecrire, ci-dessous, l équation bilan de la combustion complète du méthane (CH 4 ). CH 4 + (O N ) CO + H O N 3.1 Le pouvoir comburivore Il désigne la quantité d air strictement nécessaire et suffisante qu il faut fournir pour assurer la combustion neutre de l unité de combustible. Notation : Va Unités : [m3(n) d air / m3(n) de combustible] [m3(n) d air / kg(n) de combustible]

4 Page 4 Va = V N Relation : O + V Avec : V O = Volume d oxygène nécessaire V N = Volume d azote Pour le méthane : Va = + ( x 3.76) = 9.5 m3(n) d air / m3(n) de méthane 3. Les Pouvoirs Fumigènes C est la quantité de fumées qui résulte de la combustion neutre de l unité de combustible. Il existe deux types de pouvoirs fumigènes : Le pouvoir fumigène SEC Le pouvoir fumigène HUMIDE Notation : Unités : Pouvoir fumigène SEC : Vfs Pouvoir fumigène HUMIDE :Vfh [m 3 (n) de fumées (sec ou humide) / m 3 (n) de combustible] [m 3 (n) de fumées (sec ou humide) / kg(n) de combustible] Pouvoir Fumigène SEC Pouvoir Fumigène HUMIDE Vfs = V N + V = V N + VCO + V O CO Vfh H Pour le méthane : Vfs = = 8.5 m 3 (n) de fumées sec / m 3 (n) de méthane Vfh = = 10.5 m 3 (n) de fumées humide / m 3 (n) de méthane

5 Page Les proportions des constituants Elles représentent le rapport entre la quantité du constituant choisi et la quantité totale des fumées, découlant de la combustion neutre de l unité de combustible. Ayant deux pouvoirs fumigènes, on définira donc, pour chaque constituant, deux pourcentages. Teneur en CO dans les fumées: Notation : γ CO Unité : [%] Relations : γ CO VCO V CO 100 et γ ' = Vfs Vfh = CO 100 Teneur en O dans les fumées: Notation : γ O Unité : [%] Relations : γ O VO = 100 = 0 et γ ' O Vfs VO = 100 Vfh = 0 Dans la combustion neutre il n y a pas présence d oxygène dans les fumées!!!! Pour le méthane : γ CO = γ' CO =!!.!"!!".!" x 100 = % x 100 = 9.51 %

6 Page 6 4. Combustion réelle. La combustion neutre ou (stœchiométrique) est la base des calculs théorique en combustion. Les résultats d une combustion réelle, d un combustible, vont permettre de la définir précisément, par comparaison avec les résultats de la combustion neutre. Ainsi, par rapport à la théorie, on pourra définir : La combustion en excès d air, La combustion en défaut d air. En pratique, c est l analyse des fumées sur site qui donnera les renseignements techniques nécessaires à la définition de la combustion réelle. 4.1 Le facteur d air Généralement noté n, mais les analyseurs de combustion indiquent λ (lambda). C est le rapport entre le volume d air réel (R) qui passe dans le brûleur et le pouvoir comburivore (Va). n =!!" Exemple : Un brûleur au gaz consomme m 3 (n) d air par m 3 (n) de gaz. Son pouvoir comburivore est de 9.9 m 3 (n). Calculer son facteur d air. n =!!.!!!.! n = 1. L analyseur affichera 1. λ.

7 Page 7 Si le facteur d air : n = 1 : la combustion est neutre n > 1 : la combustion est en excès d air n < 1 : la combustion est en défaut d air. 4. Manque d air Il n y a pas assez d air, donc d oxygène. Que se passe-t-il? Toutes les molécules de carbone ne sont pas oxydées, et cela entraine la formation d autres produits, tels que le monoxyde de carbone et la suie. Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz toxique (mortel selon la concentration et la durée d exposition). La suie se dépose sur les surfaces d échange de la chaudière entrainant son encrassement prématuré. 4.3 Excès d air Pour éviter la formation de produits dangereux et toxiques, c est-à-dire que pour être sûr que, dans tous les cas, toutes les particules du combustible soient oxydées, on ajoute une quantité d air plus grande que nécessaire.

8 Page 8 VALEURS PRATIQUES CO en % O en % Excès d air CO* en ppm Gaz naturel 9 à à 4.5 <10 Indice de noircissement Propane <10 Fioul domestique 1 à à 4.7 < *mesure du CO ambiant

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