COMBUSTION

-combustion

Combustion est le terme indiquant qu’un corps est dans des conditions lui permettant d’exprimer de la chaleur

-en Physique   la combustion consomme (transforme) des combustibles nucléaires, ce qui produit de la chaleur

-en  Chimie   la combustion est dite oxydo-réduction -ou redox- exothermique

En langage commun, c'est "le triangle du feu") dans lequel il y a association simultanée de 3 éléments :

1.un corps dit combustible qui va être réducteur(il va être oxydé, il va perdre des électrons et il va prendre des atomes d'oxygène)

C'est le cas du gaz de ville, du butane, des produits pétroliers, du bois, du papier, des plastiques...) On le nomme souvent carburant

2.un second corps dit comburant  qui va être réduit(c'est un oxydant, il va gagner des électrons et il va lâcher des atomes d'oxygène qui sont abondants dans sa formule chimique) C'est le cas de l'oxygène, l'ozone, l'eau oxygénée, les NO3, ClO3, KNO3, etc

3.un activateur d'ignition (apportant l'énergie d'activation du phénomène) qui va initier la réaction chimique entre carburant et comburant. Cet activateur peut être d'origine mécanique (frottement) ou électrique (arc) ou pré-calorifique (flamme, rayonnement...) ou chimique (décomposition, polymérisation...)

On a globalement (Corps carboné + O²) = CO² + H²O + éventuels corps azotés

 

-une combustion lente  exprime qu'il n' y a pas d'expression évidente d'élévation de chaleur (rouille, respiration...)

-une combustion vive  exprime qu'il y a expression rapide d'élévation de chaleur (incandescence, flammes...)

-une explosion est une combustion très rapide, dégageant une grosse chaleur, causant une surpression des éléments gazeux ambiants, ce qui provoquedislocation immédiate des solides adjacents.

-une combustion interne  exprime qu'un appareil (machine thermique) donne de l'énergie à partir de la combustion qui se produit dans son intérieur (moteurs à essence, diesel, à gaz, à réaction....)

-une combustion externe  exprime qu'un appareil (machine thermique) donne de l'énergie à partir de création de chaleur à l'extérieur de sa structure (machine à vapeur, moteur Stirling....) Il fait partie alors d'un système comportant une source chaude et une source froide extérieures et seul le circuit caloporteur implique l'appareil

 

Dans une combustion, une très grande partie de l'énergie de réaction est consommée dans les échanges moléculaires et la petite partie qui reste sert à produire la chaleur (que l'homme tient à récupèrer)

 

LE FEU (la FLAMME)  est la représentation visuelle d'une combustion vive

La 1° loi de Wien permet de déterminer la relation entre couleur émise lors d'un feu et la température du foyer : c'est l ~ 2,9.10-3 T   

l(m)= longueur d'onde correspondant au maximum d'intensité lumineuse perçue  et T(K) = température

Mais cette équation est théorique (car elle s'applique à un système fermé) Dans la pratique, il s'agit de systèmes ouverts (sur l'extérieur) et les températures sont très inférieures à celles de l’équation

Exemples :

-la température d'une bougie est de 1500° C, en base jusqu'à 700° C, en haut

la flamme est bleue en base, à cause de l'ionisation des corps et de la fluorescence électronique- plus haut elle est jaune, en combustion pas très complète, puis elle devient orangée (en loi de Wien)

-la température d'un feu de cheminée est de l'ordre de 1000° C en âtre jusqu'à 550° C en départ des fumées. On y distingue aussi des zones bleues, jaunes et rougeâtres

-la température d'un feu de charbon est d'environ 1200° C en foyer jusqu'à 600° C en départ des fumées

-la température d'un feu de forge est de l'ordre de 1500° C permettant de porter du fer au rouge cerise (~ 750° C), puis au blanc (~ 1300° C)

 

QUESTIONS ENERGETIQUES

-la chaleur de combustion (c’est une énergie)

provient d'une réaction chimique impliquant un combustible (réducteur) et un comburant (oxydant) et produisant donc de l’énergie surtout calorifique. Elle produit aussi des rayonnements, dont ceux émis en lumière visible (le feu)

Eq = q’p.m

avec Eq (J)= énergie calorifique dégagée par la combustion d’un corps

Eq est parfois exprimée en thermies (1Th = 4,185.106 J )

ou en kWh (1kWh = 3,6.10J)

q’p(J/kg)= pouvoir calorifique massique du corps

m(kg)= masse de corps consumée

 

-la chaleur molaire de combustion

est l'énergie calorifique produite (à conditions T.P.N) par la combustion de la mole d’un corps  E*c= Et / q

avec E*c(J/mol)= chaleur molaire de combustion d’un corps

Et (J)= énergie thermique produite par la combustion

q(mol)= quantité de matière impliquée dans cette combustion

 

-le pouvoir calorifique   est à voir au chapitre spécial sous ce nom

 

-le rendement de combustion

est une caractéristique utile pour une chaudière.C'est une fonction de la différence de température entre (celle des fumées) et (celle d'ambiance) et en outre est fonction d'un coefficient variable selon le combustible utilisé (bois, GOD, gaz) Les valeurs du rendement de combustion sont de:

--0,93 pour les chaudières à tubes d'eau

--0,87 pour celles à tubes de fumées

--0,54 à 0,75 pour les chaudières industrielles

 

INFLAMMABILITÉ

-l'inflammabilité est le coefficient (Ki) indiquant les conditions limites inférieures de début de combustion d’un corps >> K= yn.Té /100

où yn(nombre)= concentration (fraction) volumique du carburant

Té(K) est le point d’éclair du corps soumis à combustion (c'est à dire la température la plus

basse à laquelle ce combustible produit de la vapeur pouvant s'enflammer en présence

d'une flamme incitatrice)

Pour certains corps, l'inflammabilité est spontanée (par exemple la térébenthine à 253°C),

mais en général elle est comprise entre 2 limites de concentrations volumiques (pas d'inflammation en dessous de la plus basse et pas davantage d'inflammation au-dessus de la plus haute)

Pour un mélange de combustibles, l’inflammabilité est fonction de la moyenne des Téde

chaque composant

 

TAUX de COMPRESSION

Notion liée à la combustion dans les moteurs thermiques : ce taux définit les limites d’expansion volumique d’un carburant dans un moteur (rapport entre les volumes maxi et mini de la chambre de combustion) Ses valeurs pratiques vont de

5 à 12 pour les moteurs à essence et de 12 à 25 pour les moteurs diesels

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