- Chaleur de combustion
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Pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique ou chaleur de combustion (noté ΔcH0, en anglais Heating Value) d'un matériau combustible est l'enthalpie de réaction de combustion par unité de masse. C'est l'énergie dégagée sous forme de chaleur par la réaction de combustion par l'oxygène (autrement dit la quantité de chaleur). Le plus souvent, on considère un hydrocarbure réagissant avec le dioxygène de l'air pour donner du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur.
Elle est exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg-1), mais on rencontre également le pouvoir calorifique molaire (en kilojoule par mole, kJ/mol) ou le pouvoir calorifique volumique (en kilojoule par litre, kJ/L). Pour le gaz naturel, il est exprimé en kilowattheure par normaux mètre cube (noté kWh/Nm³).
Il existe 2 types de pouvoir calorifique :
- pouvoir calorifique supérieur (PCS) : C'est l’énergie thermique libérée par la réaction de combustion d'un kilogramme de combustible. Cette énergie comprend la chaleur sensible, mais aussi la chaleur latente de vaporisation de l'eau, généralement produite par la combustion. Cette énergie peut être entièrement récupérée si la vapeur d'eau émise est condensée, c'est-à-dire si toute l'eau vaporisée se retrouve finalement sous forme liquide.
- pouvoir calorifique inférieur (PCI) : C'est l’énergie thermique libérée par la réaction de combustion d'un kilogramme de combustible sous forme de chaleur sensible, à l'exclusion de l’énergie de vaporisation (chaleur latente) de l'eau présente en fin de réaction.
Le rendement d'une chaudière s'exprime comme le rapport entre la chaleur récupérée par la chaudière et la chaleur libérée par le combustible consommé. Or, le PCI est, par définition, toujours inférieur au PCS. Ceci explique pourquoi il est possible d'entendre parler de rendements de chaudières à condensation supérieurs à 100 %. Dans ce cas, le rendement est calculé à partir du PCI, ce qui "gonfle" artificiellement le rendement affiché. Ce procédé, permet de réellement comparer tous les types de chaudières (à condensation ou non) sur un pied d'égalité. Par contre, le calcul du rendement à partir du PCI n'est pas des plus honnêtes et une valeur supérieure à 100 % n'a aucun sens physique. Le rendement calculé sur PCS - qui est toujours inferieur à 100 % - devrait être utilisé pour évaluer les rendements de toutes les chaudières.
Par extension, il est possible de parler de PCS pour tout matériau pouvant libérer de l'énergie sous forme de chaleur, même si la réaction libérant cette énergie n'est pas une réaction de combustion, en particulier, pour les matières radioactives utilisées pour la production de chaleur (on parle aussi, par extension, de combustible nucléaire). Dans ce cas PCI et PCS désignent respectivement l'énergie thermique théoriquement récupérable avec des techniques classiques (chaudière simple, réaction de fusion de l'uranium enrichi) et avec des techniques avancées (chaudière à condensation, réaction de fusion par neutrons rapide (surgénération)).
Pouvoir calorifique de quelques combustibles
Pouvoir calorifique moyen Combustible MJ/kg kJ/L BTU/lb kJ/mol Dihydrogène 141,79 12,75 61 000 286 Essence 47,3 35 475 20 400 --- Gazole (carburant Diesel) 44,8 38 080 19 300 --- Éthanol 29,7 21 300 12 800 1 300 Propane 50,35 2 219 Butane 49,51 20 900 2 800 Bois 15 --- 6 500 --- Charbon 15-27 --- 8 000 - 14 000 --- Pouvoir calorifique inférieurs de composés organiques purs (à 25 °C)
Pouvoir calorifique inférieur Combustible MJ/kg kJ/L BTU/lb kJ/mol Paraffines Méthane 50,01 --- 21 499,86 802,27 Éthane 47,794 --- --- --- Propane 46,357 --- --- --- Butane 45,752 --- --- --- Pentane 45,357 --- --- --- Hexane 44,752 --- --- --- Heptane 44,566 --- --- --- Octane 44,427 --- --- -208 Nonane 44,311 --- --- --- Décane 44,240 --- --- --- Undécane 44,194 --- --- --- Dodécane 44,147 --- --- --- Isoparaffines Isobutane 45,613 --- --- --- Isopentane 45,241 --- --- --- 2-Méthylpentane 44,682 --- --- --- 2,3-Diméthylbutane 44,659 --- --- --- 2,3-Diméthylpentane 44,496 --- --- --- 2,2,4-Triméthylpentane 44,310 --- --- --- Naphtènes Cyclopentane 44,636 --- --- --- Méthylcyclopentane 44,636 --- --- --- Cyclohexane 43,450 --- --- --- Méthylcyclohexane 43,380 --- --- --- Oléfines Éthylène 47,195 --- --- --- Propylène 45,799 --- --- --- But-1-ène 45,334 --- --- --- (Z)-But-2-ène 45,194 --- --- --- (E)-But-2-ène 45,124 --- --- --- Isobutène 45,055 --- --- --- Pent-1-ène 45,031 --- --- --- 2-Méthylpent-1-ène 44,799 --- --- --- Hex-1-ène 44,426 --- --- --- Dioléfines Buta-1,3-diène 44,613 --- --- --- Isoprène 44,078 --- --- --- Dérivés nitrés Nitrométhane 10,513 --- --- --- Nitropropane 20,693 --- --- --- Acétyléniques Acétylène 48,241 --- --- --- Méthylacétylène 46,194 --- --- --- But-1-yne 45,590 --- --- --- Pent-1-yne 45,217 --- --- --- Aromatiques Benzène 40,170 --- --- --- Toluène 40,589 --- --- --- o-Xylène 40,961 --- --- --- m-Xylène 40,961 --- --- --- p-Xylène 40,798 --- --- --- Éthylbenzène 40,938 --- --- --- 1,2,4-Triméthylbenzène 40,984 --- --- --- Propylbenzène 41,193 --- --- --- Cumène 41,217 --- --- --- Alcools Méthanol 19,937 --- --- --- Éthanol 28,865 --- --- --- n-propanol 30,680 --- --- --- Isopropanol 30,447 --- --- --- n-Butanol 33,075 --- --- --- Isobutanol 32,959 --- --- --- Tertiobutanol 32,587 --- --- --- n-Pentanol 34,727 --- --- --- Ethers Méthoxyméthane 28,703 --- --- --- Éthoxyéthane 33,867 --- --- --- Propoxypropane 36,355 --- --- --- Butoxybutane 37,798 --- --- --- Aldéhydes et cétones Méthanal 17,259 --- --- --- Éthanal 24,156 --- --- --- Propanal 28,889 --- --- --- Butanal 31,610 --- --- --- Acétone 28,548 --- --- --- Autres espèces Carbone (graphite) 32,808 --- --- --- Hydrogène 120,971 --- --- --- Oxyde de carbone 10,112 --- --- --- Ammoniac 18,646 --- --- --- Soufre 4,639 --- --- --- Référence
"Carburants et moteurs", J-C Guibet, Publication de l'Institut Français du Pétrole, ISBN 2-7108-0704-1
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