Thermodynamique

[Remy3]

Bonjour,

Je me permet de vous solliciter pour un problème de dimensionnement de conduit de cheminée d'un four à chaux (donc pas de dimension standard).

Le four fait 9m de hauteur, ouverture en haut 2m de diamètre et en bas 70cm de diamètre (les pierres son cuit au charbon). La distance entre le haut du four et le toit est de 7,2m

Je dois concevoir une capsule avec un conduit de cheminée qui viendra fermer le haut du four. Il me reste à déterminer la dimension du conduit de cheminée pour avoir un débit d'air optimal. Est ce que quelqu'un aurai des notions en thermodynamique / dynamique des fluides pour m'aider à trouver la dimension du conduit ?
-----

[sunyata]

Bonjour,
Tout dépend du mode de fonctionnement du four, il faut connaitre le débit d'air nécessaire pour
alimenter la chambre de combustion avec le comburant nécessaire à la combustion, et atteindre
le niveau de température requis.
Il faut savoir si le four fonctionne avec une ventilation naturelle, où bien avec une ventilation forcée,
c'est à dire mécanique.
Si on fonctionne en ventilation naturelle, l'appel d'air va dépendre de la différence de température
entre le foyer, et l'air froid extérieur je suppose...

[Remy3]

Bonjour, (et merci pour votre réponse)
En effet le four fonction avec une ventilation naturelle et un foyer à 900°C. En revanche je ne connais pas le débit d'aire ...

[sunyata]

Bonjour,

Concernant l'alimentation en air, il faut prévoir un excés d'air
qui est de l'ordre de 20% sur des chaudières au fuel, pour
le charbon je ne sais pas.

La combustion du charbon doit avoir ses spécificités car c'est
une combustion lente.

Il faut une dimension de la cheminée en rapport avec la dimension
du registre d'admission d'air.
Normalement vous devriez connaitre le débit maximum, et les dimensions
du registre d'admission de l'air frais, cela donnera déjà l'ordre de grandeur, de la conduite
d'évacuation...
A voir aussi, si cet air est réfrigéré ou non, car un air réfrigéré, sera plus riche
en oxygène.
Il faudrait donc savoir si la température de l'air frais est régulée ou non...

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[sunyata]

Bonjour,

Il faut connaitre la puissance du four :

Sachant que le production d'1 tonne de chaux requière 35 Kw/heure.

Le charbon de bonne qualité contient environ 80% de carbone ayant un PCi (Pouvoir calorifique ) de 8,2 kw/kg

En divisant le taux de carbone par le Pci on obtient le carbone/KWh :
0,8/8,2 = 0,097 gr de carbone/KWh

Sachant que l'oxygène de masse atomique 16 pèse 2,67 fois plus que le carbone,

On déduit la masse de dioxygène pour la combustion soit 0,097x2,67 = 259 gr/kwh d'O²

Sachant que l'oxygène de l'air est 21 % on déduit la masse d'air requise soit 259/0,21 = 1233 gr/kw/h soit 1,23 kg/kw/h

Sachant qu'1 tonne de chaux requière 35 kw/heure, il faut donc 35x1,23 = 43 kg d'air/ tonne de chaux.

Sachant que la masse volumique de l'air est de 1,292 Kg/m3, On en déduit le volume d'air/tonnes de chaux est de 33 m3 d'air par tonne de chaux produite.

Pour une bonne combustion, il faut pour le charbon 50% d'excès d'air,(à vérifier) il faudra donc 49 m3 d'air par tonne de chaux produite.

Connaissant la puissance du Four, on peut déduire le débit d'air nécessaire, puis en déduire le diamètre requis de la conduite d'évacuation.

Cordialement

[sunyata]

Bonsoir,

Je viens de m'apercevoir d'une erreur dans mon calcul :

J'ai calculé le volume d'air à la température ambiante, c'est valable pour l'admission d'air frais, mais
sachant que les gaz de combustion sont à 900 degrés, cela change complètement la donne pour les gaz de combustion, il faut diviser les 43 kg d'air requis par 0,3 la masse volumique de l'air à 900 degrés, ce qui donne 143 m3 de gaz de combustion à évacuer par la cheminée par tonne de chaux produite...

Cordialement,

[sunyata]

Pour finir, on peut en déduire le dimensionnement de la conduite d'évacuation :

Puisque l'air frais arrive à 20 degrés et que les fumées évacuent à 900 degrés les 43 kg d'air occupent 33 m3 à 20 degrés et 143 m3 à 900 degrés.
Pour évacuer les gaz brulés, il faut donc une conduite d'évacuation 143/33 = 4,3 fois plus grosse que celle d'arrivée d'air.

[sunyata]

Désolé pour le multipostage,

Juste pour préciser qu'on peut retrouver très facilement le diamètre de la conduite d'évacuation en divisant la masse volumique de l'air à 20 degrés par la masse volumique de l'air à 900 degrés soit 1,292/0,3 = 4,3 .
On retombe sur le fait que la cheminée doit être 4,3 fois plus grosse que le registre d'admission d'air.

Le four fait 9m de hauteur, ouverture en haut 2m de diamètre et en bas 70cm de diamètre (les pierres son cuit au charbon). La distance entre le haut du four et le toit est de 7,2m

Donc ça fait 0,7 x 4,3 = 3 mètres de diamètre

Cordialement

[sunyata]

Décidément j'ai encore fais une erreur :
Le facteur de 4,3 concerne le rapport des débits d'air d'entrée er de sortie.
Donc si on prend en considération le diamètre de l'ouverture, il faut
prendre la 4,3^(1/3) ( La racine cubique du rapport des volumes) ce qui donne k= 1,63

Donc pour un diam d'entrée de 70 cm il faut un diam de sortie de 0,7 × 1,63 = 1,14 m

cordialement

[Remy3]

Bonjour

Je vous remercie beaucoup pour votre aide et le temps que vous avez consacré à ma problématique !
Je vais étudier vos calcules/résultats pour voir si cela pourrait aller.

Cordialement

[sunyata]

Bonjour,

- La quantité de chaux à traiter par unité de temps détermine la puissance du four
et le débit d'air frais nécessaire.

- La diamètre de l'entrée d'air, détermine le diamètre de la cheminée d'évacuation...

[Remy3]

Bonjour,

Je me permet de vous déranger pour plus d'information sur vos calcules (étant donné que j'aimerai les comprendre et non les recopier).

Pendant la combustion du charbon (1 tonnes par jours), une grande quantité de C02 est rejeté. Faut il le prend en compte ? (cela peut-il influer ou non sur le débit d'aire sortant et donc le diamètre de la cheminée ?)

Et je voulais également vous demander ou aviez vous trouvées les données pour vos calcules ?

Cordialement

[sunyata]

Bonjour,

Je me permet de vous déranger pour plus d'information sur vos calcules (étant donné que j'aimerai les comprendre et non les recopier).

Pendant la combustion du charbon (1 tonnes par jours), une grande quantité de C02 est rejeté. Faut il le prend en compte ? (cela peut-il influer ou non sur le débit d'aire sortant et donc le diamètre de la cheminée ?)

Et je voulais également vous demander ou aviez vous trouvées les données pour vos calcules ?

Cordialement

Bonjour,

J'ai trouvé des informations sur ce site :

http://www.verslautonomieenergetique...-combustibles/

Pendant la combustion du charbon (1 tonnes par jours), une grande quantité de C02 est rejeté. Faut il le prend en compte ? (cela peut-il influer ou non sur le débit d'aire sortant et donc le diamètre de la cheminée ?)

En effet c'est un point à considérer que je n'ai pas pris en compte dans mes calculs :
A savoir la réaction de combustion produit-t-elle un volume de gaz plus important que l'air comburant qui entre dans le four...

La réaction chimique à prendre en compte pour le charbon est C + O² -> CO² .
Le volume molaire d'un gaz étant toujours de 24 litres dans les conditions STP, la réaction de combustion ne va pas ajouter plus de volume de gaz au processus. Ce qui va changer bien évidemment c'est la composition, étant donné que le dioxygène va se combiner avec le carbone pour former du CO²au cours de la réaction exothermique.

Donc je ne crois pas me tromper en disant que le volume des gaz brulés sera conditionné par le débit massique d'air entrant, élevé à la température de 900 °C .

La différence de température entre l'air entrant et la température des gaz me semble être le principal paramètre à prendre
en compte pour connaitre le débit de la cheminée...

Cordialement,

[sunyata]

Un autre piste ....

Le DTU 24.1 dit simplement qu’il doit être calculé selon la norme NF EN 13384-1. Concernant les inserts et les foyers, le diamètre du conduit de fumées doit également être calculé à l’aide de cette norme. Mais il existe en plus un minimum de 150 mm et de 180 mm pour les appareils pouvant fonctionner porte ouverte.

Le calcul donné par la norme est relativement complexe (une centaine de pages avec des équations de mécanique des fluides). Par contre, il existe des logiciels pour le calculer. Pour faire bref, il s’agit d’un côté de recenser les forces d’aspiration (poussée d’Archimède), que l’on obtiendra en calculant la température moyenne des fumées. De l’autre côté, il s’agit de déterminer les forces qui s’opposent au tirage (pertes de charge).

https://www.natureetfeu.fr/installat...uit-de-fumees/