aurélie 04/ 02
BTS EEC : thermique

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chaudière à gaz à condensation

 

Puissance : 21 kW ; rendement par rapport au PCI : 105%

Données : le Gaz naturel est assimilé à du méthane pur.

Chaleur de combustion du méthane : 810 kJ.mol-1 (eau vapeur ) ; 890 kJ.mol-1 (eau liquide)

Volume molaire : V0 = 22,4 L mol-1.

Le dioxygène représente en volume 20% de l'air.

  1. Calculer le volume d'air nécessaire à la combustion complète d'un volume V = 1m3 de gaz naturel .
  2. Définir le pouvoir calorifique inférieur ( PCI) de ce combustible gazeux. Le calculer en k.J .m-3 puis en kWh.m-3.
  3. Quelle différence existe t-il entre le PCI et le PCS ? Pour quelle raison peut-on avoir dans le cas de cette chaudière , un rendement par rapport au PCI > 1 ?
  4. Quelle quantité de chaleur est fournie à l'eau de la chaudière par la combustion d'un volume de gaz naturel égal à 1 m3 (dans les CNTP )
  5. Calculer le débit en m3.h-1 puis en L.min-1 du gaz alimentant cette chaudière à condensation.
 


corrigé
Le Pci est le pouvoir calorifique inférieur, c'est à dire la quantité de chaleur libéré par une mole de combustibles ( En BTS on les donne en kJ.m-3 pour un combustible gazeux et en kJ .kg-1 pour un combustible solide où liquide) lorsque les produits de la réaction restent à l'état gazeux, alors que le Pcs est le pouvoir calorifique supérieur, c'est à dire la quantité de chaleur libérée par une mole de combustible lorsque l'eau est ramené à l'état liquide, chaudière à condensation, on récupère donc l'énergie libérée par la condensation de l'eau et Pcs>Pci .

on obtient Pcs = Pci + 2437 m (H2O)

dans le cas de cette chaudière, on peut avoir un rendement par rapport au PCI >1 :

Si un partie de l'eau dans l'état final est à l'état liquide, on récupére une partie de l'écart PCI -PCS.


CH4 + 2O2 donne CO2 (gaz) +2 H2O(gaz)

d'après les coefficients de cette équation :

pour 1 m3 de méthane il faut 2 m3 d'oxygène donc 10 m3 d'air.


volume molaire dans les CNTP : 22,4 L/mol

quantité de matière (mol) de méthane dans 1000 L = volume du gaz (L) */ volume molaire (L/mol)

1000 / 22,4 = 44,64 mol

énergie libérée par la combustion de 44,64 mol :

44,64 * 810 = 36 158 kJ pour 1 m3.

1 kWh = 3600 kJ donc 36 158 / 3 600 = 10,05 kWh.


énergie fournie à l'eau de la chaudière : multiplier 10,05 kWh par 1,05 :

10,05 *1,05 = 10,54 kWh = 37 966 kJ

puissance (kW) = énergie (kJ) / durée (s)

durée ( s) = 37 966 / 21 = 1808 s.

débit volumique :

1 m3 en 1808 s soit 1 / 1808 = 5,53 10-4 m3 /s ou 0,55 L /s.

ou 0,55*60 = 33 L / min ou 5,53 10-4 * 3600 = 1,98m3 /h.

 


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