Weishaupt enfin du nouveau en chaufferie

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1 Weishaupt enfin du nouveau en chaufferie La présentation de la copie et la clarté des explications prendront une part importante dans l évaluation. Durée 1h 20. Documents non autorisés. Calculatrice autorisée. Voici la révolution attendue! Plus d'une décennie après l'automobile, les constructeurs de bruleurs et de chaudières réagissent. Augmenter le rendement et diminuer les émissions polluantes. Pour cela, Weishaupt propose 4 systèmes majeurs : A/ La combustion du fioul en «flamme bleue» (nommée purflam chez Weishaupt), B/ La combustion du fioul avec une puissance modulée, C/ La condensation des sur du fioul. D/ La régulation d'o 2 sur les de la combustion du gaz (nommée SCOT), Pour chaque partie, nous discuterons de la pertinence du système et pour les parties A, B et C, nous effectuerons un calcul de combustion. Ces parties ne sont pas indépendantes entre elles, mais vous pourrez tout de même répondre aux dernières questions même si vous n avez pas pu répondre parfaitement aux questions précédentes. A/ Combustion en «Flamme bleue» E. Marchand Page : 1

2 D'après le fabricant, ce brûleur se distingue par ses faibles émissions de NO x, de CO et de suie. A-1/ En quoi le fait de faire recirculer les gaz brûlés (recirculation interne) dans la zone de combustion diminue la quantité de NO x produit? A-2/ En vous aidant de la recirculation externe des gaz de combustion, expliquer pourquoi les émissions de suie et de CO diminuent (pour un même réglage initial sur l'excès d'air). Précisez alors pourquoi la flamme passe du jaune au bleue. A-3/ Le fabricant précise que «la chambre assure une grande stabilité de la flamme». C'est que la recirculation des gaz doit entraîner des décrochages de flamme... a) Pourquoi une flamme est stable ou instable? b) Quelle caractéristique de la flamme est modifiée dans notre cas pour que la flamme soit normalement moins stable lorsque les gaz frais sont mélangés avec des gaz neutres (les gaz brûlés). La composition élémentaire du FOD utilisé est la suivante : C = 85 % H = 13,5 % O = 1% S = 0,5 % (Rappel M S = 32 g/mol) On brûle ce FOD avec un excès d air de 20 %... A-4/ Calculer le pouvoir comburivore V a. A-5/ Calculer les pouvoirs fumigènes humide V f et sec V f. A-6/ Déterminer la teneur maximale en CO 2 soit α 0. B/ Combustion du fioul avec une puissance modulée miniturbine La circulation des gaz brûlés provoque la vaporisation du fioul E. Marchand Page : 2

3 B-1/ Sur le schéma, on voit qu'une partie des est redirigée au niveau de l'injecteur du fioul afin de vaporiser le liquide en gaz par transfert thermique. Le gaz est ensuite mélangé avec l'air par l'intermédiaire de la «miniturbine» pour se consumer au niveau du brûleur cylindrique. Quels avantages la combustion d'un gaz a t-elle sur celle d'un liquide aux regards des émissions polluantes? B-2/ La documentation constructeur précise que «le temps de fonctionnement est optimisé par rapport à un brûleur traditionnel 1 ou 2 allures». Expliquer en quoi une puissance modulante permet d'améliorer le rendement global de l'installation. On effectue des mesures sur les. L excès d air est toujours de 20 %. On trouve les résultats suivants : V CO2 = 1,2 m 3 N/kg de fioul V CO = 0,005 m 3 N/kg de fioul B-3/ Utiliser le diagramme de combustion du fioul donné en annexe. Placer le point de fonctionnement sur le diagramme. En déduire la quantité de H 2 évacuée dans les, et trouver la teneur réelle en CO 2 soit α. B-4/ A partir de la question précédente et de la question A-5, déterminer la quantité d eau maximale condensable (en kg eau / kg de fioul). Expliquer. C/ Condensation des fioul E. Marchand Page : 3

4 C-1/ Pourquoi le constructeur utilise des tubes en céramique au niveau du condenseur? C-2/ Calculer le PCI et en déduire le PCS du fioul précédent. Données : PCI carbone = kj/kg PCI hydrogène = kj/kg PCI soufre = kj/kg La vaporisation de l eau consomme kj/kg On prendra à partir de maintenant m eau condensable = 1,2 kg/kg de fioul C-3/ Calculer les pertes par les avec la formule de Siegert. Commenter le résultat. Données : T ambiant = 17 C, T = 62 C, Teneur en CO 2 = 9,5% On prendra à partir de maintenant PCI Fioul = kj/kg P (%) T = k T α ambiant 100. m eau ( ,3. T ( C) ) PCI( kwh / kg) Combustible k Gaz naturel 0,47 Propane 0,51 Fuel domestique 0,57 Fuel lourd 0,59 Charbon gras 0,67 Charbon maigre 0,71 Coke 0,71 Bois (moyen) 0,77 D/ Régulation d'o 2 sur les des chaudières gaz à condensation. Une électrode (SCOT) placée directement dans la flamme mesure un courant électrique variable. Le manager corrige le débit de gaz pour retrouver le rapport idéal air/gaz. D-1/ Expliquer pourquoi cette résistance électrique diminue en présence d'une flamme. D-2/ Expliquer l évolution du rendement lorsque la quantité d O 2 dans les s éloigne de manière supérieure puis inférieure à la valeur idéale. E. Marchand Page : 4

5 NOM étudiant : E. Marchand Page : 5