Le point d’éclair - Flash Point

Le point d’éclair est la température la plus basse à laquelle un produit peut être chauffé et à laquelle les vapeurs dégagées peuvent encore s’enflammer en présence d’une flamme.

Le point d’éclair est déterminé en laboratoire, dans un vase clos (appareil de Pensky-Martens). Le point d’éclair détermine la limite de sécurité pour l’utilisation de combustibles liquides.

Dans la pratique, nous pouvons considérer qu’en-dessous d’une température de 60°C , les combustibles liquides (à l’exception du pétrole lampant) ne présentent en principe aucun danger pendant leur manutention, leur transport et leur stockage.

Lorsque du gasoil est absorbé par des matériaux combustibles (bois, torchons, papier, etc.), il y a vraiment un danger grave d’incendie.

C’est pourquoi les services de l’Inspection du Travail interdisent la présence de matières inflammables dans les lieux de stockage pour combustibles liquides et dans les chaufferies. Par conséquent, les combustibles stockés et les combustibles présents dans les conduites ne peuvent jamais être chauffés à une température supérieure au point d’éclair.

Le classement en produits légèrement inflammables, inflammables et combustibles s’effectue sur base du point d’éclair (voir tableau):

L’appareil de Pensky-Martens

a) Brûleur

b) Combustible liquide

c) Acier

d) Ouverture

e) Veilleuse f ) Thermomètre

Point d’éclair Produit P

Essence VP < 21°C P1

Kérosène 21°C < VP < 55°C P2 Gasoil, diesel 55°C < VP < 100°C P3 Huile de graissage VP > 100°C P4

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2.2.4 La viscosité cinématique (symbole = ν)

La viscosité cinématique du gasoil de chauffage est sa capacité à être plus ou moins fluide, en d’autres termes sa capacité à offrir plus ou moins de résistance au pompage ou à l’écoulement dans un orifice ou une conduite.

La viscosité cinématique est mesurée en laboratoire à l’aide d’un viscosimètre. Une quantité de gasoil soigneusement déterminée est envoyée dans un tube capillaire (un tube très fin). Le temps néces-saire pour traverser le tube détermine la viscosité cinématique.

Dans le système international d’unités (SI), la viscosité cinématique est exprimée en mm²/s, ce qui correspond à l’ancienne dénomina-tion cSt (Centistokes). Avant l’introducdénomina-tion du système internadénomina-tional d’unités, on utilisait encore d’autres unités , comme les degrés Engler, Saybolt, Redwood ou Oswald.

La température joue un rôle important dans le mesurage de la visco-sité. A des températures plus élevées, le gasoil de chauffage devient plus fluide et sa viscosité cinématique diminue. Un gasoil plus froid, par contre, va s’épaissir et sera moins fluide, tandis que sa viscosité cinématique augmente.

La viscosité cinématique du gasoil est très importante pour le brûleur.

Dans un brûleur à pulvérisation, le combustible doit être aussi fluide que possible, car un combustible très fluide se pompe plus facile-ment et permet une meilleure pulvérisation. Une pulvérisation plus fine améliore le mélange de l’air et du gasoil, et favorise de ce fait la combustion. Dans un brûleur à gazéification, par contre, le débit du gasoil diminue au fur et à mesure que la viscosité cinématique augmente.

Certains brûleurs à pulvérisation sont équipés d’un préchauffeur qui réchauffe le gasoil de manière à stabiliser la viscosité cinématique.

Table de conversion des viscosités cinématiques (en annexe)

Graphique de la viscosité en fonction de la température

Thomas De Jongh

2.2.5 Le pouvoir calorifique

Le pouvoir calorique d’un combustible est la quantité d’énergie thermique qui se libère lors de la combustion complète d’un kilo-gramme de combustible liquide ou solide ou d’un mètre cube de gaz. Le pouvoir calorifique est exprimé en kilojoule (kJ) par kilo-gramme ou par mètre cube de combustible.

On distingue deux pouvoirs calorifiques, qui sont déterminés en laboratoire au moyen d’une bombe calorimétrique ou par un calcul basé sur une analyse aanpassenen phase gazeuse.

Le pouvoir calorifique supérieur

Le pouvoir calorifique supérieur d’un combustible est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg de combus-tible; les produits de combustion sont alors ramenés à la température initiale et la vapeur d’eau qui s’est formée pendant la combustion retourne à l’état liquide.

Le pouvoir calorifique inférieur

Le pouvoir calorifique inférieur est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 1 kg de combustible; ici, toutefois, la vapeur d’eau qui s’est formée ne se condense pas tandis que les produits de combustion sont ramenés à la température initiale. La chaleur de vaporisation latente n’est donc pas récupérée .

La différence entre la valeur calorifique supérieure et la valeur calo-rifique inférieure d’un combustible est par conséquent la conden-sation de la vapeur d’eau qui s’est formée lors de la combustion. La chaleur de la vapeur d’eau dégagée par la combustion de 1 kg de gasoil est d’environ 814 W/kg ou 2.931 kJ/kg.

Valeurs :

• Le pouvoir calorifique d’un type de combustible reste très constant.

• L’unité du pouvoir calorifique était autrefois la kilocalorie (kcal).

L’unité internationale est désormais le joule (J).

Notez bien que:

• La perte d’eau latente par évaporation se situe entre 2.500 et 2.930 kilojoules par kilogramme (kJ/kg) de combustible liquide (entre 700 et 814 W/kg), soit environ 6%.

Les pouvoirs calorifiques:

• s’utilisent pour calculer le rendement utile d’une chaudière. Il convient de rappeler ici que, pour le calcul du rendement d’une chaudière, le pouvoir calorifique inférieur ne s’utilise que quand l’eau qui s’était transformée en vapeur d’eau pendant la combus-tion s’échappe avec les gaz de combuscombus-tion;

• permettent de déterminer le débit de l’injecteur monté sur le brûleur, en fonction de la puissance de l’appareil de chauffage;

• permettent de comparer le prix de l’énergie des différents com-bustibles ;

• permettent de calculer la consommation de combustible pour un bâtiment donné et pour la préparation de l’eau chaude sanitaire.

D’un point de vue pratique, c’est le pouvoir calorifique inférieur qui est le plus important. Dès que de l’eau se forme dans la flamme, par liaison de l’hydrogène présent dans le gasoil et de l’oxygène présent dans l’air, elle est absorbée en chaleur de vaporisation. Cette chaleur ne peut plus être utilisée pour réchauffer le caloporteur (sauf avec les chaudières à condensation, où une partie de cette chaleur de vapori-sation est récupérée).

(*) Pour le gaz naturel, il y a lieu de tenir compte de l’origine, de la pression et de la température de livraison pour déterminer son pouvoir calorifique . Source: ARGB – Cerga

(**) Source: Febupro

Combustible Chaleur de combustion

par kg, litre ou Nm³ Pouvoir calorifique inférieur

par kg, litre ou Nm³

kilocalorie kilojoule kilowattheure kilocalorie kilojoule kilowattheure

Pétrole lampant 11082 kcal/kg 46398 kJ/kg 12,888 kWh/kg 10332 kcal/kg 43260 kJ/kg 12,016 kWh/kg

8900 kcal/l 37262 kJ/l 10,351 kWh/l 8295 kcal/l 34730 kJ/l 9,647 kWh/l Gasoil de chauffage 10900 kcal/kg 45636 kJ/kg 12,677 kWh/kg 10200 kcal/kg 42705 kJ/kg 11,863 kWh/kg

9150 kcal/l 38309 kJ/l 10,641 kWh/l 8550 kcal/l 36000 kJ/l 9,945 kWh/l Gasoil extra – EN 590 10900 kcal/kg 45636 kJ/kg 12,677 kWh/kg 10200 kcal/kg 42705 kJ/kg 11,863 kWh/kg

9150 kcal/l 38309 kJ/l 10,641 kWh/l 8550 kcal/l 36000 kJ/l 9,945 kWh/l

Fioul lourd 10350 kcal/kg 43333 kJ/kg 12,037 kWh/kg 9800 kcal/kg 41022 kJ/kg 11,397 kWh/kg

9729 kcal/l 40733 kJ/l 11,315 kWh/l 9210 kcal/l 38561 kJ/l 10,711 kWh/l

Fioul extra-lourd 10175 kcal/kg 42601 kJ/kg 11,833 kWh/kg 9700 kcal/kg 40604 kJ/kg 11,281 kWh/kg

8852 kcal/l 37061 kJ/l 10,295 kWh/l 8439 kcal/l 35332 kJ/l 9,814 kWh/l

Cokes 7100 kcal/kg 29726 kJ/kg 8,260 kWh/kg 6500 kcal/kg 27214 kJ/kg 7,560 kWh/kg

Anthracite 7800 kcal/kg 32657 kJ/kg 9,071 kWh/kg 7500 kcal/kg 31401 kJ/kg 8,722 kWh/kg

Propane (**) 24174kcal/Nm³ 101200 kJ/Nm³ 28,11 kWh/Nm³ 22360 kcal/Nm³ 93600 kJ/Nm³ 26,00 kWh/ Nm³ Butane (**) 31940 kcal/Nm³ 133700 kJ/Nm³ 37,14 kWh/Nm³ 29532 kcal/Nm³ 123600 kJ/Nm³ 34,34 kWh/ Nm³

Electricité – – - 860 kcal/kWh 3600 kJ/kWh 1 kWh

Gaz naturel L (*) (Slochteren) 8754,8 kcal/Nm³ 32168 kJ/Nm³ 10,18 kWh/Nm³ 7903,4 kcal/Nm³ 33084 kJ/Nm³ 9,19 kWh/Nm³

Gaz naturel H(*) (gaz) 9847 kcal/Nm³ 41220 kJ/Nm³ 11,45 kWh/Nm³ 8892,4 kcal/Nm³ 37224 kJ/Nm³ 10,34 kWh/Nm³

2.2.6 La teneur en soufre

La réglementation relative à la lutte contre la pollution atmosphé-rique est devenue beaucoup plus sévère depuis quelques dizaines d’années en en Belgique comme dans les pays voisins. Le contrôle de l’application de la législation et de l’emploi correct du combustible correct à teneur en soufre conforme dans les installations préconi-sées est donc très important.

Les phénomènes de corrosion qui peuvent survenir dans l’installa-tion sont souvent la conséquence de la teneur en soufre des gaz de fumée combinée à une température défavorable de ces gaz. C’est pourquoi nous devons veiller à ce que la température des gaz de fumée se situe au-dessus du point de rosée acide, sauf pour les chau-derse de condensation.

2.2.7 L’eau et les sédiments

Les combustibles ne peuvent contenir qu’une infime quantité d’eau et quelques traces de sédiments. L’eau peut être présente sous forme dissoute. En cas de baisse de la température, le pouvoir séparateur de l’eau dans le gasoil diminue, les gouttelettes microscopiques s’agglo-mèrent et se séparent du gasoil sous la forme d’eau.

Dans certaines circonstances, les gouttelettes microscopiques peuvent former une émulsion stable avec les sédiments et se précipi-ter dans le fond du réservoir pour y constituer une masse.

Un peu d’eau provient de la condensation de l’humidité de l’air.

Quand la chaudière consomme du gasoil, le volume correspondant est remplacé par de l’air et l’eau va se condenser sur les parois. Les particules en suspension précipitent dans le mazout et finissent par se déposer dans le fond du réservoir. Lors de la livraison suivante, les gouttelettes se détachent des parois et s’accumulent sur le fond du réservoir .

Dès que l’eau atteint le niveau de la conduite d’admission de com-bustible, elle est aspirée et cause des dérangements dans le brûleur mais aussi des dégâts à la pompe du brûleur.

D’après les spécifications légales, le mazout ne peut pas contenir plus de 0,05% d’eau. Cela représente un demi-litre d’eau par mille litres de mazout . Ces normes s’appliquent à la livraison de gasoil.

Mais la plus grande partie de l’eau et des sédiments proviennent de l’eau qui s’infiltre dans les réservoirs enterrés peu étanches.

Nous partons de l’hypothèse que l’utilisateur (propriétaire) fait régu-lièrement contrôler son réservoir (règlement VLAREM en Flandre) à controler et le fait nettoyer si nécessaire.

2.2.8 Le résidu Conradson

La détermination du carbone résiduel, obtenu après évaporation et pyrolyse d’un produit pétrolier, donne des informations sur la ten-dance qu’a ce produit à déposer des résidus de carbone sur les brû-leurs et les chambres de combustion. Pour le gasoil, la détermination s’effectue sur la fraction distillée à 90-100°C. Un échantillon d’environ 10 grammes est déposé dans un appareil composé d’une suite de trois creusets emboîtés.

L’échantillon est chauffé à 550°C pendant environ 30 minutes. Les vapeurs qui se dégagent sont brûlées et le produit est pyrolysé. Une fois refroidi, le résidu est pesé.

Le carbone Conradson est exprimé en pourcentage de la masse de l’échantillon initial, qui représente pour sa part 10% du gasoil examiné.

2.2.9 L’influence des basses températures sur les combustibles liquides

• Point de trouble (cloud point)

• Point de filtrabilité (CFPP)

• Point d’écoulement (pour point)

Le point de trouble

Le gasoil devient trouble en refroidissant. La température caracté-ristique à laquelle ce phénomène se produit est appelée point de trouble (cloud point). C’est la température en-dessous de laquelle de minuscules cristaux de paraffine se forment et rendent le gasoil moins transparent. Plus la température descend et moins le gasoil de chauffage est transparent.

Le point de trouble est donc le premier signal d’alarme.

Quand le point de trouble est atteint, le gasoil de chauffage s’écoule en outre plus difficilement du fait de son propre poids (gravité) car sa viscosité (résistance à l’écoulement) est devenue nettement plus forte que dans des circonstances normales .

En pareil cas, si la chaudière à mazout est équipée d’un brûleur à gazéification, le débit au régulateur de niveau diminue également, ce qui influence évidemment la quantité de chaleur émise par la chaudière.

Appareil de mesure du point d’écoulement (di-mensions en millimètre) 1. 1. Thermomètres 2. 2. Bouchon de liège 3. 3. Manchon 4. 4. Tube de verre standardisé 5. 5. Etanchéité 6. 6. Bain de refroidissement 7. 7. Disque

Thomas De Jongh

Le point de filtrabilité (cold filter plugging point - CFPP) Si la température du gasoil continue à descendre, les cristaux de paraffine vont s’agglomérer et former des cristaux de plus en plus gros. On voit apparaître une masse compacte blanchâtre qui res-semble à de la vaseline. A partir du point de filtrabilité, les filtres et les conduites risquent de se boucher et d’empêcher l’écoulement du combustible. La température limite de filtrabilité est alors atteinte . Ce second point, particulièrement critique, indique de manière très correcte les conditions pratiques réelles de fluidité au-dessous desquelles nous ne pouvons pas descendre si nous voulons garantir l’approvisionnement normal en combustible des installations de chauffage.

La température limite de filtrabilité peut être déterminée par une méthode qui détermine à quelle température maximale un volume donné de gasoil cesse de s’écouler en un temps donné dans un ap-pareil de filtration spécifié avec précision.

L’échantillon est placé dans un bain de refroidissement et aspiré dans un filtre en gaze métallique de 15 mm de diamètre et à mailles de 45 microns.

L’opération est répétée à une température qui baisse chaque fois de 1°C jusqu’à ce que le gasoil ne parvienne plus à traverser le filtre. Le point de filtrabilité est la température relevée au moment où com-mence la dernière filtration.

Le point d’écoulement (pour point)

Le point d’écoulement est la température la plus basse à laquelle le combustible s’écoule encore après avoir été refroidi dans des condi-tions spécifiques. Cette température influence le choix du lieu de stockage et détermine la possibilité de pomper le gasoil.

Pour caractériser le point d’écoulement, on verse une quantité don-née de gasoil dans une éprouvette fermée munie d’un thermomètre.

L’éprouvette est placée dans un bain de refroidissement de manière à ce que le combustible refroidisse progressivement. A chaque baisse de 3°C de la température, la surface libre du produit est étudiée en tenant l’éprouvette à l’horizontale. Si plus aucun mouvement n’est détecté dans le produit pendant cinq secondes, c’est que le point d’écoulement est atteint. Le point d’écoulement nominal s’obtient en remontant de 3°C la température relevée en dernier lieu.

La fiche de données de sécurité des produits est en quelque sorte une fiche d’identification du combustible (ou d’un autre produit), sur laquelle figurent toutes les informations nécessaires pour les per-sonnes qui manipulent ou transforment fréquemment le combus-tible, ou pour le personnel médical en cas d’accident.

Elle comprend:

1. l’identification du produit et de la compagnie;

2. la composition et des informations sur les composants du ga-soil: hydrocarbures minéraux;

3. les risques pour la santé et l’environnement;

4. des conseils en cas de contact avec les yeux ou la peau, et en cas d’inhalation ou d’ingestion du produit;

5. les mesures de lutte contre l’incendie;

6. les mesures à prendre en cas de dispersion accidentelle du produit;

7. la manipulation et le stockage;

8. les mesures en vue d’éviter une exposition et la protection indi-viduelle à assurer;

9. les caractéristiques physiques et chimiques;

10. la stabilité et la réactivité;

11. les informations toxicologiques;

12. les informations écologiques;

13. des instructions pour l’élimination;

14. des informations concernant le transport;

15. les informations réglementaires;

16. d’autres informations.

La fiche de données de sécurité, également appelée fiche d’infor-mations de sécurité ou MSDS (Material Safety Data Sheet), s’obtient gratuitement auprès du fournisseur du produit et contient toutes les informations permettant de travailler en toute sécurité avec le produit.

Spécifications du gasoil (en annexe)

2.3 La fiche de données de sécurité

Comme pour toutes les installations de chauffage, une combustion correcte est essentielle pour une installation de chauffage au mazout.

Lorsqu’il règle le brûleur, le technicien doit tenir compte de différents facteurs: la teneur en CO2- , l’indice de fumée, la température des gaz de combustion, le rendement, une amenée suffisante d’air frais dans la chaufferie, etc.

Dans la pratique, le contrôle des émissions de NOx, SO2 et CO peut encore s’y ajouter. Le technicien doit donc avoir à sa disposition les appareils de mesure nécessaires pour contrôler la qualité de la combustion.

La combustion peut être décrite comme la réaction chimique entre l’oxygène et une substance inflammable, qui produit un dégagement de chaleur.

Une loi chimique l’affirme: “dans toute réaction chimique, le poids total des composants qui participent au processus reste inchangé. En outre, la liaison entre les différents composants a toujours lieu à une même composition de masse” (loi de conservation de la masse). Dans le cas présent, nous parlons de poids moléculaire .

Une molécule est la particule la plus petite d’une matière qui pos-sède encore les propriétés de cette matière. Une molécule est tellement infime qu’il est impossible de la voir, même avec le micros-cope le plus puissant . Or, une molécule est elle-même composée de particules plus petites: les atomes. Ces atomes sont désignés par des symboles. Quelques exemples:

3.1 Généralites

3. LA COMBUSTION DU MAZOUT

Elément Symbole Masse

atomique Masse

moléculaire

Carbone C 12 12 (C)

Oxygène O 16 32 (O₂)

Azote N 14 28 (N₂)

Soufre S 32 32 (S)

Hydrogène H 1 2 (H₂)

Comme les molécules d’hydrogène, d’oxygène ou d’azote sont composées de deux atomes, elles sont désignées par les symboles suivants : H₂, O₂, N₂.

Quand des molécules se lient entre elles pour former une molécule composée, on parle de réaction chimique. L’hydrogène et l’oxygène réagissent comme suit:

ou

2 H₂ + O₂ = 2H₂O

En termes de masse moléculaire, cela donne 4 grammes d’hydro-gène + 32 grammes d’oxyd’hydro-gène = 36 gr d’eau. Une molécule d’eau se compose donc de 2 atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.

H₂

H₂ O₂ 2H₂O

3.2 Composition de l’air pur

Une combustion ne se produit qu’en présence d’une quantité d’oxygène (air) suffisante pour mener à bien la réaction chimique. Le tableau ci-dessous reprend les principaux composants de l’air et leurs proportions.

Outre ces (principaux) éléments, l’air contient encore des gaz tels que l’hélium (He), le néon (Ne), le méthane (CH4), le krypton (Kr), le monoxyde d’azote (N2O), le monoxyde de carbone (CO), etc. Ces éléments ne se retrouvent qu’en très petites fractions.

Elément Formule

chimique Pour-cent de

volume Pour-cent de masse

Azote N₂ 78,08 75,52

Oxygène O₂ 20,95 23,1

Argon Ar 0,93 1,29

Dioxyde de arbone CO₂ 0,034 0,052

La combustion du gasoil de chauffage est une puissante réaction exotherme. Cela veut dire qu’elle dégage de la chaleur, contrai-rement à une réaction endotherme qui soustrait de la chaleur à l’environnement.

3.3.1 La combustion complète

Lorsque la combustion est complète, le carbone se lie entièrement avec l’oxygène présent dans l’air. Après avoir réagi avec les molécules d’oxygène, le carbone présent dans le combustible se transforme en dioxyde de carbone. La réaction se présente comme suit:

C + O₂  CO₂

Cette réaction dégage une chaleur d’environ 33,830 MJ par kg de carbone brûlé. Une combustible complète nécessite que deux conditions soient réunies. Avant tout, il faut une quantité suffisante d’oxygène (air) et, en second lieu, le combustible et l’air comburant doivent être mélangés dans une juste proportion.

La combustion de l’hydrogène est également une réaction exo-therme qui dégage une quantité considérable de chaleur.

Cette réaction se présente comme suit: 2 H₂ + O₂  2 H₂O Pour chaque kg d’hydrogène, elle dégage environ 141,890 MJ de chaleur.

3.3.2 La combustion incomplète

S’il n’y a pas assez d’oxygène (manque d’air), le carbone brûlera quand même mais cette réaction libérera du monoxyde de carbone.

Il s’agit d’un gaz incolore et inodore mais toxique.

En outre, cette combustion incomplète est une réaction qui dégage nettement moins de chaleur qu’une combustion complète: environ 30% par kg de carbone brûlé. Cela représente une perte d’énergie potentielle de 33,83 MJ - 10,22 MJ = 23,61 MJ par kg de carbone brûlé.

Cette énergie s’échappe par la cheminée sous forme de monoxyde de carbone. La réaction se présente comme suit:

C + 1/2 O₂  CO.

3.3.3 La combustion destructive

La combustion destructive se caractérise par des flammes lumi-neuses jaunes et se produit quand de l’air comburant est ajouté au combustible pendant que ce dernier brülle.. La flamme d’une

La combustion destructive se caractérise par des flammes lumi-neuses jaunes et se produit quand de l’air comburant est ajouté au combustible pendant que ce dernier brülle.. La flamme d’une

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