Lernzettel: Combustibles et propriétés énergétiques

📋 Plan du Cours

1. Familles et origine des combustibles
2. Raffinage du pétrole
3. Grandeurs et unités du SI
4. Températures et pouvoirs caractéristiques
5. Pouvoirs calorifiques et comburivore
6. Transformation des combustibles liquides
7. Applications et calculs énergétiques

📖 1. Familles et origine des combustibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Origine des combustibles : L’origine des combustibles liquides et gazeux est la décomposition de matière organique végétale et animale sous l’action de la chaleur, de la pression et de certaines bactéries, formant des hydrocarbures composés de carbone et d’hydrogène.

★ À maîtriser

• Les trois familles de combustibles sont:
  • les combustibles solides
  • les combustibles liquides
  • les combustibles gazeux

📌 Un gisement contenant peu de gaz et beaucoup de molécules liquides est un gisement de pétrole, tandis qu’un gisement contenant davantage de gaz est un gisement de gaz naturel.

Compléments

📌 Les combustibles solides sont peu favorisés par leur bas pouvoir calorifique, leur température maximale de combustion de 1500 °C et les difficultés de mise en forme, de transport, de stockage et d’automatisation.

• Les combustibles solides comprennent notamment:
  • le bois
  • le charbon de bois
  • la houille

💡 Astuce mémo

Solides difficiles à automatiser, liquides transportables, gazeux propres mais exigeants au stockage

📖 2. Raffinage du pétrole

★ À maîtriser

• Le pétrole brut est raffiné par distillation, cracking et désulfurisation afin d’en extraire des combustibles utilisables.

• La distillation sépare les hydrocarbures du pétrole en les chauffant selon leurs températures d’ébullition différentes, liées à la longueur de leurs chaînes.

• La désulfurisation fait passer les hydrocarbures sous un courant d’hydrogène afin d’extraire une grande partie du soufre et de limiter la formation incontrôlée de pluies acides.

Compléments

• Le cracking thermique chauffe les hydrocarbures à environ 700 °C sous une pression de l’ordre de 50 bars.

💡 Astuce mémo

Distiller, cracker, désulfuriser

📖 3. Grandeurs et unités du SI

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : la masse d’un volume de matière et s’exprime en kilogrammes par mètre cube

★ À maîtriser

• La masse volumique du fuel est de 880 kg/m³ et sa densité est de 0,88.

📐 Formule — La puissance est une dépense d’énergie par unité de temps : $P = \frac{Q}{T}$, et un watt équivaut à un joule par seconde.

📐 Formule — L’énergie nécessaire pour chauffer une matière vérifie $Q = m \times C \times (t_2 - t_1)$.

Compléments

• Un bar vaut 100000 Pa, une calorie vaut 4,18 joules et un wattheure vaut 3600 joules.

📐 Formule — La conversion des degrés Celsius en degrés Fahrenheit suit la relation $T_{°F} = 1{,}8 \times t_{°C} + 32$.

📖 4. Températures et pouvoirs caractéristiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Point trouble : la température à partir de laquelle des cristaux de paraffine commencent à se former dans le fuel ; il est fixé à +2 °C pour le fuel

★ À maîtriser

📌 Le point éclair est la température de dégagement de vapeurs inflammables, tandis que le point de combustion est la température à laquelle la combustion amorcée s’entretient par réaction en chaîne.

• La température d’inflammation spontanée est de 380 °C pour l’essence et de 280 °C pour le gasoil.

Compléments

• Le point éclair est de 12 °C pour l’essence et de 54 °C pour le gasoil.

💡 Astuce mémo

Point éclair : vapeurs inflammables ; point de combustion : combustion entretenue

📖 5. Pouvoirs calorifiques et comburivore

🔑 Notions clés & Définitions

• Pouvoir calorifique : la chaleur dégagée par la combustion complète de l’unité de masse ou de volume d’un combustible
• Pouvoir comburivore : la quantité d’air nécessaire et suffisante pour assurer la combustion complète de l’unité de masse ou de volume d’un combustible

★ À maîtriser

📌 Le PCS récupère l’énergie des vapeurs d’eau en les condensant, tandis que le PCI considère comme perdue l’énergie contenue dans ces vapeurs.

📐 Formule — La relation entre les pouvoirs calorifiques est $PCS = PCI + \text{chaleur latente d’évaporation}$.

Compléments

• Les pouvoirs calorifiques inférieurs indiqués sont:
  • 12 kWh/kg pour le F.O.D.
  • 11,6 kWh/kg pour les huiles de vidange
  • 10,60 kWh/m³ pour le gaz naturel

💡 Astuce mémo

Condensation des vapeurs d’eau → PCS supérieur au PCI

📖 6. Transformation des combustibles liquides

★ À maîtriser

• La vaporisation fait s’évaporer le combustible liquide dans une chambre fermée et chauffée, puis récupère les vapeurs par un tube.

• 🔄 La pulvérisation mécanique consiste à:

  1. aspirer le fioul dans un réservoir
  2. le refouler sous pression vers un gicleur
  3. le pulvériser

Compléments

• La caléfaction forme une couche de vapeur entre une goutte de combustible et une plaque chauffée, puis les vapeurs s’élèvent.

• La gazéification transforme en vapeur la surface du combustible liquide dans une chambre ouverte et chauffée, puis les vapeurs s’élèvent.

📌 La pulvérisation par coupelle rotative projette le fioul sur une coupelle tournante qui frappe la goutte, tandis que la pulvérisation par fluide auxiliaire mélange le fioul à un fluide gazeux sous pression.

💡 Astuce mémo

Chauffer, vaporiser ou pulvériser pour favoriser la combustion

📖 7. Applications et calculs énergétiques

★ À maîtriser

📐 Formule — La puissance produite par un combustible peut être calculée par $P = PCI \times \text{débit}$ ou $P = PCS \times \text{débit}$, avec le pouvoir calorifique en kWh/kg et le débit en kg/h.

• Pour comparer les brûleurs, 14 400 kcal/h équivalent à environ 16,72 kW, tandis que 14,4 J/s équivalent à 14,4 W ; les brûleurs n° 1 et n° 2 sont donc les plus puissants.

Compléments

• Pour chauffer 50 litres d’eau de 18 à 50 °C, l’énergie calculée est de 6688 kJ, soit environ 1,85 kWh.

📊 Tableaux de synthèse

Températures caractéristiques

Caractéristique	Gasoil	Essence
Point trouble	2 °C	Néant
Point éclair	54 °C	12 °C
Point de combustion	70 à 90 °C	17 °C
Inflammation spontanée	280 °C	380 °C