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Bureau de Conseils et d’Etudes:Bureau de Conseils et d’Etudes:
GSM: 98321439
Email:: bce@planet.tnbce@planet.tn
7 Mars 20167 Mars 2016
Formation SOTACIB KairouanFormation SOTACIB Kairouan
•Une campagne de mesures complète avec mise en place des
points de mesures : débit gaz, débit poussière, température,
prélèvement matière,
• Un bilan thermique d’une ligne de cuisson, broyeur à cru,
• Un bilan massique de broyeur à cru, four, broyeur ciment
un bilan aéraulique
OBJECTIFS : Etre capable de réaliser
Déterminer et manipuler des flux
(Gazeux, matières, thermiques, ….)
FormationFormation
En trois modulesEn trois modules
• Module 1 (Mars): Données de base
• Module 2 (Avril): Bilan aéraulique
• Module 3 (Mai): Bilan thermique
Module 1: Données de baseModule 1: Données de base
• Gaz parfait
• Propriétés
• Notions de débits (volumique, massique)
• Loi de conservation de débit (masse)?
• Loi de Bernoulli
• Application
• Propriétés et caractéristiques de l’air
• Teneur en eau
• Mesures de débit
• Mesures des températures
ProgrammeProgramme
Les Gaz
Les propriétés et les régularitésLes propriétés et les régularités
• Les propriétés chimiques des gaz peuvent différer
grandement.
• Cependant, les propriétés physiques sont similaires.
Les propriétés et les régularitésLes propriétés et les régularités
a) Les gaz remplissent toujours leur contenant. Ils
n’ont ni de forme ni de volume propres.
b) Les gaz sont très compressibles.
c) Les gaz se diffusent, c’est-à-dire qu’ils se
déplacent spontanément pour occuper tout
l’espace disponible.
d) Les températures ont une influence sur le volume
et sur la pression d’un gaz.
Définition d’un gazDéfinition d’un gaz
• Un gaz se définit comme une substance qui occupe
tout l’espace de son contenant et en adopte la
forme, se diffuse rapidement et se mélange
facilement aux autres gaz.
• Qu’est ce qu’un gaz?
• Un gaz rare
• Un corps pur simple non métallique, forme élémentaire
• Un oxyde non métallique léger
• Un acide binaire léger
• L’ammoniac
• De quoi dépend le volume de gaz?
• Du nombre de mole Vgaz
• Directement proportionnelle de la température
• Inversement proportionnelle à la pression
N2, Ar, He
F2, Cl2,
CO2, CO, SO2, SO3, N2O, N2O3
V gaz?
n
Vgaz t
Vgaz P
Hcl, H2S , HF
NH3
- 273 0 100 t (°C)
0 273 300 T (°K)
273 °C
La pression : la loi de Boyle-MariotteLa pression : la loi de Boyle-Mariotte
P α
1
V
 Boyle 1662 PV = constant
La pression:La pression:
la loi de Boyle-Mariottela loi de Boyle-Mariotte
P1V1 = P2V2
PrVr = PnVn
(conditions réelles) (conditions normales)
N.B.: On ne peut additionner que des débits massiques ou normaux
P α
V
1662 PV = constant1
La température:La température:
la loi de Charlesla loi de Charles
• Selon la théorie cinétique moléculaire, la
température est proportionnelle à l'énergie
cinétique (c-à-d, énergie de mouvement) moyenne
des particules d’une substance.
• Plus la température est élevée, plus le nombre de
particules ayant une énergie cinétique augmente à
la moyenne.
La température : la loi de CharlesLa température : la loi de Charles
Charles 1787
Gay-Lussac 1802
V α T V = b T
La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles
• Quand on analyse la relation entre le volume d’un
gaz et sa température en kelvins, on constate qu’il
s’agit d’un rapport direct.
• D’après la loi de Charles, l’augmentation du volume
(V) est proportionnelle à l’augmentation de la
température (T).
La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles
• Lorsqu’un échantillon de gaz subit une variation de
température, le rapport prend la forme suivante:
V1 = V2 (loi de Charles)
T1 T2
• Cette équation se vérifie lorsque la pression et la
quantité de gaz restent constantes.
STPSTP
SStandartstandarts dede TTempératureempérature et deet de PPressionression
Les propriétés des gaz dépendent des
conditions (Températre, Pression, ..)
Définition des conditions standards de
température et de pression (STP).
P = 1 atm = 760 mm Hg = 101325 Pa
T = 273.15 K
t = 0°C
Vgaz = n R T
n = 1
R =8,32
T = 0°C
P = 1 atm
Vgaz ?
EXERCICE 1: Volume d’une mole dans les Conditions normales?
n = 1
R =8,31
T = 0°C
P = 1 atm
Vgaz (l) = 1 x 8,31 x 273 *1000 = 22,4 l
101325
La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles
• Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est
l'unité SI de température thermodynamique
degrés Celsius en kelvins : K = °C + 273,15
kelvins en degrés Celsius : °C = K - 273,15
Composition
O2 20,8%
N2 78,0%
H2O 0,2%
CO2 1,0%
100,0%
AIR
Pression 1013Pa
t 0°C
T 273
Masse molaire (g) ρ (kg/m3
)
32 0,297142857
28 0,975
18 0,001607143
44 0,019642857
1,293
EXERCICE 2
Le volume VN à la pression normale de 1013
mbar (millibar) = 1013 hPa (hecto Pascal) à
la température de 0 °C
c′ est-à-dire 273,15 °K est la référence à
laquelle est associé les conditions normales
d’un gaz.
La loi générale des gazLa loi générale des gaz
• Lorsqu’on combine la loi de Charles et celle de
Boyle-Mariotte, on obtient la loi générale des
gaz, qui définit les rapports entre le volume, la
température, et la pression de n’importe
quelle quantité donnée de gaz.
• D’après cette loi, le produit de la pression et
du volume d’un échantillon de gaz est
proportionnel à sa température absolue.
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
• Les lois sur les gaz que nous avons étudiées
jusqu’ici ne s’appliquent qu’aux gaz parfaits.
• Un gaz parfait est un gaz hypothétique qui obéit à
toutes les lois des gaz dans toutes les conditions,
c’est-à-dire qu’il ne se condense pas pour devenir
liquide lorsqu’on le refroidit, et que les graphiques
représentant ses variations de volume ou de
pression en fonction de la température sont des
lignes droites.
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
• Théoriquement, un gaz se compose de particules
de taille nulle qui ne s’attirent pas les unes les
autres.
• Une seule équation suffira donc pour décrire les
interrelations de la pression, de la température,
du volume et de la quantité de matière - (Les
quatre variables qui définissent un système
gazeux).
P1 V1
T1
x
=
P2 V2
T2
x
Loi de Boyle-Mariotte
• À température constante.
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
P1 V1
T
1
x
=
P2 V2
T
2
x
Loi de Charles
• À pression constante.
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
• D’après la loi d’Avogadro, le volume d’un gaz est
directement proportionnel à la quantité de matière:
• v α n (où n est le nombre de moles)
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
• V = nRT
P
• PV = nRT
• Cette dernière équation constitue la loi des gaz parfaits et
la constante R porte le nom de constante universelle des
gaz.
• P = Pression (kPa)
• V = Volume (L)
• n = nombre de mol (mol)
• T = Température (K)
• R= 8,314 (kPa • L) / (mol • K)
PV = nRT
C’est une formule de physique.
On utilise systématiquement les unités du système
international :
la température T en kelvin (K), la pression en pascal
(Pa), le volume en m3 ;
n en mol et R = 8,314 J.K-1.mol-1.
Attention aux unités.
La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
• P = nRT
V
V = nRT
P
• n = PV
RT
• T = PV
nR
MÉLANGE IDÉAL DE GAZ PARFAITS
Un mélange idéal de gaz parfaits est un mélange de gaz parfaits
tel qu’il peut être considéré lui-même comme un gaz parfait.
On a k constituants. Soit n le nombre total de moles gazeuses et
ni le nombre de moles de molécules d’un constituant i. On
appelle P la pression du mélange, V son volume et T sa
température.
a alors PV = nRT Un mélange idéal de gaz parfaits est un
mélange de gaz parfaits tel qu’il peut être considéré lui-même
comme un gaz parfait. On a k constituants. Soit n le nombre total
de moles gazeuses et ni le nombre de moles de molécules d’un
constituant i. xi : la fraction du gaz i dans le volume total
On appelle P la pression du mélange, V son volume et T sa
température. On a alors PV = n RT
n = somme (xi . ni)
Pour l’air : N2 : 78% ; O2 : 21% et Ar : 1% (traces
de CO2…).
Pour le calcul, on prend souvent : 80% et 20%.
Etude de cas 3:
La masse molaire de l’air vaut :
1 M = 0,80 x 28 + 0,20 x 32 = 29 g/mol
MASSSE VOLUMIQUE, DENSITÉ
La masse volumique d’un gaz parfait est :
ρ (kg/m3 ) = M
V
= MP
nRT
La masse volumique dépend de la pression et de la
température.
PrincipePrincipe
Réalisation du bilan gazeuxRéalisation du bilan gazeux
Température
Pression statique
Pression dynamique
Masse volumique ?
Calcul des débits gazeux
Débit normal (Nm3/h) = Débit réel (m3/h) x 273/ (273 +t °C) x P/1013
Débit réel (m3/h) = Vitesse moyenne x section x3600
Détermination de la vitesse
 Gaine ouverte: Mesure directe
 Gaine fermée: Mesures Pression différentielle (tube de pitôt)
P = Pd + Ps
V (m/s) = Coéf. X( 2 DP/Ro) ½
Dp = Pression différentiel mesurée
40
Tube de PitotTube de Pitot
Il est constitué de deux tubes coudés concentriques dont les
orifices, en communication avec le fluide dont on veut mesurer la
vitesse, sont disposés de façon particulière.
•L'un, placé orthogonalement, à une vitesse relative v égale à la
vitesse du fluide et une pression statique ps
égale à la pression
ambiante.
•L'autre, placé dans le sens de l'écoulement, a une vitesse relative
nulle et une pression totale pt
, somme de la pression dynamique
et de la pression statique.
Tube de PitotTube de Pitot
DéfinitionDéfinition
On appelle pression statique dans un écoulement fluide, la
pression que l’on mesure si l’on place un capteur parallèlement à
l’écoulement.
Pression totale dans un écoulement de fluide
Pression statique dans un écoulement de fluide
On appelle pression totale dans un écoulement fluide, la pression
que l’on mesure si l’on place un capteur perpendiculairement à
l’écoulement.
Pression dynamique dans un écoulement de fluide
On appelle pression dynamique, la pression engendré par la
vitesse du fluide. Elle est égale à la différence des deux pression
précédentes:
Pdy = P totale - Pstatique
Etude de cas 4Etude de cas 4
Densité Vitesse Q Vol. Q Mass. Q Vol.
Kg/m3 m/s m3/sec Kg/sec Nm3/s
0,899 14,3 8,1 7,3 5,66
Densité Vitesse Q Vol. Q Mass. Q Vol.
Kg/m3 m/s m3/sec Kg/sec Nm3/s
0,936 37,6 29,5 27,7 21,44
0,936 37,6 29,5 27,7 21,44
P5 N P5 S
330 °C 321 °C
-47 mbar -46 mbar
3,4%O2 4,0%O2
P1 N P1 S
325 °C 327 °C
-44 mbar -42 mbar
3,2%O2 3,6%O2
P1 bis N P1 bisS
335 °C 327 °C
-44 mmCE -43 mbar
3,3%O2 3,9%O2
P3 S
657 °C
P2 N -25 mmCE
494 °C 1,6%O2 P2 S
-37 mmCE 482 °C
2,7%O2 -38 mbar
P3 N 2,7%O2
Com bustible au four 674 °C
Gaz naturel 11169 Nm3/h -23 mmCE
PCI 9031 kcal/Nm3 1,6%O2
Cons. Specif. 675840 Kcal/kg cl
% Combustible au four 84,0%
P4 S
Gaz naturel 2127 Nm3/h P4 N 813 °C
PCI 9031 kcal/Nm3 805 °C -16 mbar
Cons. Specif. 128731 Kcal/kg cl -14 mmCE 1,0%O2
% Combustible au Precal. 16,0% 1,3%O2
P6 Cham bre melange
GAZ NATUREL PRECAL 813 °C
& -5,450 % O2
0,7%O2
FOUR
EXHAURE
P7 Boîte à fum ées
963 °C
-3 mmCE
2,3%O2
°C °C
m/s m/s
°C °C
m/s m/s
Com bustible au precal.
AIR
REFR
OIDIS
SEM
ENT
AIR PRIMAIRE
NOSERING (Joint
am ant)
C1
bisC1
C2
C4
Cham
bre
de
méla
nge
Four
Refroidisse
C
h
e
m
i
n
Boite à
C3
C1
bisC1
ALIMENTATIONFARINE
C2
LIGNE02 SUD
lIGNE 01 NORD COTE
MONTAGNE
C3
C4
C
C
EVS ENTREE TC 90 °C 138 °C
2 VENT TIRAGE EVS T°….. -519 mmCE -274 mmCE
PST… QM ; QM ;
QM ; QN : QN :
QN :
332 °C
-474 mmCE 130 °C
QM ; 81 °C -69 mmCE
QN : -69 mmCE QM ;
QM ; QN :
QN : nord sud
321 °C
-463 mmCE 84 °C
QM ; -519 mmCE
QN : QM ;
QN :
FIN CYC FIN CYC
313 °C 83 °C
-56 mmCE -371 mmCE
QM ; QM ;
QN : QN :
°C
mmCE
286 °C 289 °C QM ;
-64 mmCE -230 mmCE QN :
QM ; QM ;
QN : QN :
BILAN AERAULIQUE B CRU
LVT
DEGROS FINISS
P Fin ALI SILOS
P FIN ALI SILOS
T
C
VT
FILTRE A
MANCHE
VT BC
sdyn
CYC 1 CYC 3 CYC 4CYC 2
FOYER
By Pass T.C.SortieTours EVS
REF V T FINAL
STCREF. VENT. T CRU
S. LVT
ASP. VENT. T CRU
V. TIR. EVS
SUD
V. TIR. EVS
NORD
E LVT
E. COMP1 E. COMPT2
AIR FRAIS
REGISTRE
E. BY
(AVANT
DIVISION)
T (°C) T (°C) T (°C)
Pst (mmCE) Pst (mmCE) Pst (mmCE)
Pdy (mmCE) Pdy (mmCE) Pdy (mmCE)
D D D
T (°C)
T (°C) Pst (mmCE)
Pst (mmCE) Pdy (mmCE)
Pdy (mmCE) T (°C) D
D Pst (mmCE)
Pdy (mmCE)
D
T (°C)
Pst (mmCE)
Pdy (mmCE)
D
OBSERVATION Injection d'eau 1,57m3/h
Adjuvant 468ml/mn
Débit broyeur 105t/h
SEP.DYN.
sep.
stat.
Cal. Clk Gyp.
sep.
stat.
Filre
Sep.
sep.
stat.
Filre
Sep.
P1: Ent. Air Faux (EAFB)
Matière Première
BILAN AERAULIQUE BROYEUR CIMENT 1
P1
P2
P3
P4
P7
P5
P6
P3: Recirculation
Aspiration
P2: EntréeFiltreSep.
(Point d'équilibre)
P4: CheminéeFiltreSep.
P5: EntréeAirFrais
P7: CheminéeFiltre Broyeur
P6: Sortie Sep.Stat.Regist ArFf:
 Composition de l’air:
 O2: 21 %
 N2: 79 %
 RO (air) = %O2 * 32/22,4 + +N2 *28/22,4
 = 0,21* 32/22,4 + 0,79*28/22,4 = 1,29 g/Nm3
AirAir
Air de combustionAir de combustion
AirAir dede refroidissement cinkerrefroidissement cinker
Débit des fuméesDébit des fumées
Composition de l’airComposition de l’air
% vol
Oxygène O2 20
Azote N2 79
Argon Ar
Gaz carbonique CO2
Eau (vapeur) H2O
N2/O2 = 79/20 = 3,7
Composition chimique moyenne deComposition chimique moyenne de
l'atmosphèrel'atmosphère
N2 : 78 %
02 : 20 %
Ar : 0.1 %
C02 : 0.04 %
La composition de l'atmosphère
hormis l'ozone et l'H20 ne dépend
pas de l'altitude
Altitudes en m Pression en hPa
0 1013.25
1000 898.70
2000 795.00
3000 701.10
4000 616.40
5000 540.20
6000 471.80
7000 410.60
8000 356.00
9000 307.40
10 000 264.40
11 000 236.20
Combustion stpcheométriqueCombustion stpcheométrique
Gaz naturelGaz naturel
Composition du gaz naturelComposition du gaz naturel
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O
C2H6 + 7/2O2 --> 2CO2 + 3H2O
C3H8 + 5 O2 --> 3CO2 + 4H2O
C4H10 + 13/2 O2 --> 4CO2 + 5H2O
%VOL CO2 H2O N2 He CO2
CH4 86,16 1 x CH (%) 2 x CH (%) 3,76x Volume oxygène nécessaire=
3,76 x 2 x CH (%)
C2H6 6,11 2 x C2H6 (%) 3x C2H6 (%) 3,76 x 3,5 x C2H6 (%)
C3H8 1,48 3 x C3H8 (%) 4x C3H8 (%) 3,76 x5x C3H8 (%)
C4H10 0,56 4 x C4H10 (%) 5 x C4H10 (%) 3,76 x6,5 x C4H10 (%)
C5H12 0,14 5 x C5H12 (%) 6 x C5H12 (%) 3,76 x8 x C5H12 (%)
> C6H14 0,14 6 x C6H14 (%) 7 x C6H14 (%) 3,76 x7 x C6H14 (%)
He 0,08 0,08
N2 5,2 5,2
CO2 0,2 0,2 0,2
Pour 1 nm3 du gaz naturelPour 1 nm3 du gaz naturel
TABLEAU : CALCUL DES FUMEES NEUTRES
Consommation volumétrique en combustible : 87,91 Nm3 /T Clk
COMPOSITION ET DEBITS EN Nm3
/T Clk
Elements combustibles Fumées de combustion neutre
FOUR: 42,36 % Précalcinateur 57,34 %
Vol % Nm3/T Clk CO2 H2O N2 He CO2 H2O N2 He
C1 86,16 75,74 32,085 64,17 241,39 43,431 86,86 326,8
C2 6,11 5,371 4,551 6,826 29,957 6,1598 9,240 40,55
C3 1,48 1,301 1,6534 2,205 10,366 2,2381 2,984 14,03
C4 0,56 0,492 0,8341 1,043 5,0990 1,1291 1,411 6,902
C5 0,14 0,123 0,2607 0,313 1,5689 0,3529 0,423 2,124
C6 0,07 0,062 0,1564 0,156 0,6374 0,2117 0,212 0,863
CO2 0,2 0,176 0,0745 - - - 0,1008 - - -
N2 5,2 4,571 - - 1,9364 - - - 2,621 -
He 0,08 0,070 - - - 0,030 - - - 0,0403
TOTAL 100 87,91 39,615 74,71 290,95 0,02979 53,624 101,1 393,8 0,0403
CALCUL DES FUMEES NEUTRES
Fumées neutres sèches :
Four ( Nm
3
/T Clinker) 330,599
Précalcinateur (Nm
3
/T Clinker) 447,511
Fumées neutres humides :
Four (Nm
3
/T Clinker) 405,311
Précalcinateur (Nm
3
/T Clinker) 548,643
Air comburant théorique
Four (Nm3 / T Clinker) 368,297
Soit Nm3/Kg Clinker 0,368
Précalcinateur ( Nm3 / T Clinker) 498,540
Soit en Nm3/Kg Clinker 0,499
Air comburant stochiométrique total ( Nm
3
/ T Clinker) 866,837
Soit Nm
3
/Kg Clinker 0,867
TABLEAU : CALCUL DES FUMEES NEUTRES
Consommation volumétrique en combustible : 1,00 Nm3
COMPOSITION ET DEBITS EN Nm3
/T Clk
Elements combustibles Fumées de combustion neutre
COMBUSTION 100 %
Vol % Nm3 O2 nécessaireCO2 H2O N2 He
C1 86,16 0,86 1,72 0,862 1,72 6,48
C2 6,11 0,061 0,214 0,122 0,183 0,804
C3 1,48 0,015 0,074 0,0444 0,059 0,278
C4 0,56 0,006 0,1369 0,0224 0,028 0,1369
C5 0,14 0,001 0,0112 0,0070 0,008 0,0421
C6 0,07 0,001 0,0046 0,0042 0,004 0,0171
CO2 0,2 0,002 - 0,0020 - - -
N2 5,2 0,052 - - 0,0520 -
He 0,08 0,001 - - - 0,001
TOTAL 100 1,00 2,16 1,064 2,01 7,81 0,02979
Air comburant 10,40254 Nm3/nm3 gaz naturel
Fummées sèches 8,91 Nm3/nm3 gaz naturel
Fummées humides 10,91 Nm3/nm3 gaz naturel
1 bar = 105
Pa
1 atm = 1,01325 × 105
Pa
(valeur de la pression atmosphérique normale).
Savoir changer d’unitéSavoir changer d’unité
1 atmosphère = 1 atm = 105
Pa
1 bar = 105
Pa
1 mm H2O = 9,8 Pa
1 mm Hg = 133,3 Pa
1 bar = 760 mmHg
Modul1 j1-données de base

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  • 1. Dalila AMMARDalila AMMAR Bureau de Conseils et d’Etudes:Bureau de Conseils et d’Etudes: GSM: 98321439 Email:: bce@planet.tnbce@planet.tn 7 Mars 20167 Mars 2016 Formation SOTACIB KairouanFormation SOTACIB Kairouan
  • 2. •Une campagne de mesures complète avec mise en place des points de mesures : débit gaz, débit poussière, température, prélèvement matière, • Un bilan thermique d’une ligne de cuisson, broyeur à cru, • Un bilan massique de broyeur à cru, four, broyeur ciment un bilan aéraulique OBJECTIFS : Etre capable de réaliser Déterminer et manipuler des flux (Gazeux, matières, thermiques, ….)
  • 3. FormationFormation En trois modulesEn trois modules • Module 1 (Mars): Données de base • Module 2 (Avril): Bilan aéraulique • Module 3 (Mai): Bilan thermique
  • 4. Module 1: Données de baseModule 1: Données de base • Gaz parfait • Propriétés • Notions de débits (volumique, massique) • Loi de conservation de débit (masse)? • Loi de Bernoulli • Application • Propriétés et caractéristiques de l’air • Teneur en eau • Mesures de débit • Mesures des températures ProgrammeProgramme
  • 5.
  • 7. Les propriétés et les régularitésLes propriétés et les régularités • Les propriétés chimiques des gaz peuvent différer grandement. • Cependant, les propriétés physiques sont similaires.
  • 8. Les propriétés et les régularitésLes propriétés et les régularités a) Les gaz remplissent toujours leur contenant. Ils n’ont ni de forme ni de volume propres. b) Les gaz sont très compressibles. c) Les gaz se diffusent, c’est-à-dire qu’ils se déplacent spontanément pour occuper tout l’espace disponible. d) Les températures ont une influence sur le volume et sur la pression d’un gaz.
  • 9. Définition d’un gazDéfinition d’un gaz • Un gaz se définit comme une substance qui occupe tout l’espace de son contenant et en adopte la forme, se diffuse rapidement et se mélange facilement aux autres gaz.
  • 10. • Qu’est ce qu’un gaz? • Un gaz rare • Un corps pur simple non métallique, forme élémentaire • Un oxyde non métallique léger • Un acide binaire léger • L’ammoniac • De quoi dépend le volume de gaz? • Du nombre de mole Vgaz • Directement proportionnelle de la température • Inversement proportionnelle à la pression N2, Ar, He F2, Cl2, CO2, CO, SO2, SO3, N2O, N2O3 V gaz? n Vgaz t Vgaz P Hcl, H2S , HF NH3 - 273 0 100 t (°C) 0 273 300 T (°K) 273 °C
  • 11. La pression : la loi de Boyle-MariotteLa pression : la loi de Boyle-Mariotte P α 1 V  Boyle 1662 PV = constant
  • 12. La pression:La pression: la loi de Boyle-Mariottela loi de Boyle-Mariotte P1V1 = P2V2 PrVr = PnVn (conditions réelles) (conditions normales) N.B.: On ne peut additionner que des débits massiques ou normaux P α V 1662 PV = constant1
  • 13. La température:La température: la loi de Charlesla loi de Charles • Selon la théorie cinétique moléculaire, la température est proportionnelle à l'énergie cinétique (c-à-d, énergie de mouvement) moyenne des particules d’une substance. • Plus la température est élevée, plus le nombre de particules ayant une énergie cinétique augmente à la moyenne.
  • 14. La température : la loi de CharlesLa température : la loi de Charles Charles 1787 Gay-Lussac 1802 V α T V = b T
  • 15. La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles • Quand on analyse la relation entre le volume d’un gaz et sa température en kelvins, on constate qu’il s’agit d’un rapport direct. • D’après la loi de Charles, l’augmentation du volume (V) est proportionnelle à l’augmentation de la température (T).
  • 16. La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles • Lorsqu’un échantillon de gaz subit une variation de température, le rapport prend la forme suivante: V1 = V2 (loi de Charles) T1 T2 • Cette équation se vérifie lorsque la pression et la quantité de gaz restent constantes.
  • 17. STPSTP SStandartstandarts dede TTempératureempérature et deet de PPressionression Les propriétés des gaz dépendent des conditions (Températre, Pression, ..) Définition des conditions standards de température et de pression (STP). P = 1 atm = 760 mm Hg = 101325 Pa T = 273.15 K t = 0°C
  • 18.
  • 19. Vgaz = n R T n = 1 R =8,32 T = 0°C P = 1 atm Vgaz ? EXERCICE 1: Volume d’une mole dans les Conditions normales? n = 1 R =8,31 T = 0°C P = 1 atm Vgaz (l) = 1 x 8,31 x 273 *1000 = 22,4 l 101325
  • 20.
  • 21. La température: la loi de CharlesLa température: la loi de Charles • Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique degrés Celsius en kelvins : K = °C + 273,15 kelvins en degrés Celsius : °C = K - 273,15
  • 22. Composition O2 20,8% N2 78,0% H2O 0,2% CO2 1,0% 100,0% AIR Pression 1013Pa t 0°C T 273 Masse molaire (g) ρ (kg/m3 ) 32 0,297142857 28 0,975 18 0,001607143 44 0,019642857 1,293 EXERCICE 2
  • 23.
  • 24. Le volume VN à la pression normale de 1013 mbar (millibar) = 1013 hPa (hecto Pascal) à la température de 0 °C c′ est-à-dire 273,15 °K est la référence à laquelle est associé les conditions normales d’un gaz.
  • 25. La loi générale des gazLa loi générale des gaz • Lorsqu’on combine la loi de Charles et celle de Boyle-Mariotte, on obtient la loi générale des gaz, qui définit les rapports entre le volume, la température, et la pression de n’importe quelle quantité donnée de gaz. • D’après cette loi, le produit de la pression et du volume d’un échantillon de gaz est proportionnel à sa température absolue.
  • 26. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits • Les lois sur les gaz que nous avons étudiées jusqu’ici ne s’appliquent qu’aux gaz parfaits. • Un gaz parfait est un gaz hypothétique qui obéit à toutes les lois des gaz dans toutes les conditions, c’est-à-dire qu’il ne se condense pas pour devenir liquide lorsqu’on le refroidit, et que les graphiques représentant ses variations de volume ou de pression en fonction de la température sont des lignes droites.
  • 27. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits • Théoriquement, un gaz se compose de particules de taille nulle qui ne s’attirent pas les unes les autres. • Une seule équation suffira donc pour décrire les interrelations de la pression, de la température, du volume et de la quantité de matière - (Les quatre variables qui définissent un système gazeux).
  • 28. P1 V1 T1 x = P2 V2 T2 x Loi de Boyle-Mariotte • À température constante. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
  • 29. P1 V1 T 1 x = P2 V2 T 2 x Loi de Charles • À pression constante. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits
  • 30. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits • D’après la loi d’Avogadro, le volume d’un gaz est directement proportionnel à la quantité de matière: • v α n (où n est le nombre de moles)
  • 31. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits • V = nRT P • PV = nRT • Cette dernière équation constitue la loi des gaz parfaits et la constante R porte le nom de constante universelle des gaz. • P = Pression (kPa) • V = Volume (L) • n = nombre de mol (mol) • T = Température (K) • R= 8,314 (kPa • L) / (mol • K)
  • 32. PV = nRT C’est une formule de physique. On utilise systématiquement les unités du système international : la température T en kelvin (K), la pression en pascal (Pa), le volume en m3 ; n en mol et R = 8,314 J.K-1.mol-1. Attention aux unités.
  • 33. La loi des gaz parfaitsLa loi des gaz parfaits • P = nRT V V = nRT P • n = PV RT • T = PV nR
  • 34. MÉLANGE IDÉAL DE GAZ PARFAITS Un mélange idéal de gaz parfaits est un mélange de gaz parfaits tel qu’il peut être considéré lui-même comme un gaz parfait. On a k constituants. Soit n le nombre total de moles gazeuses et ni le nombre de moles de molécules d’un constituant i. On appelle P la pression du mélange, V son volume et T sa température. a alors PV = nRT Un mélange idéal de gaz parfaits est un mélange de gaz parfaits tel qu’il peut être considéré lui-même comme un gaz parfait. On a k constituants. Soit n le nombre total de moles gazeuses et ni le nombre de moles de molécules d’un constituant i. xi : la fraction du gaz i dans le volume total On appelle P la pression du mélange, V son volume et T sa température. On a alors PV = n RT n = somme (xi . ni)
  • 35. Pour l’air : N2 : 78% ; O2 : 21% et Ar : 1% (traces de CO2…). Pour le calcul, on prend souvent : 80% et 20%. Etude de cas 3: La masse molaire de l’air vaut : 1 M = 0,80 x 28 + 0,20 x 32 = 29 g/mol
  • 36. MASSSE VOLUMIQUE, DENSITÉ La masse volumique d’un gaz parfait est : ρ (kg/m3 ) = M V = MP nRT La masse volumique dépend de la pression et de la température.
  • 38. Réalisation du bilan gazeuxRéalisation du bilan gazeux Température Pression statique Pression dynamique Masse volumique ? Calcul des débits gazeux Débit normal (Nm3/h) = Débit réel (m3/h) x 273/ (273 +t °C) x P/1013 Débit réel (m3/h) = Vitesse moyenne x section x3600
  • 39. Détermination de la vitesse  Gaine ouverte: Mesure directe  Gaine fermée: Mesures Pression différentielle (tube de pitôt) P = Pd + Ps V (m/s) = Coéf. X( 2 DP/Ro) ½ Dp = Pression différentiel mesurée
  • 40. 40 Tube de PitotTube de Pitot Il est constitué de deux tubes coudés concentriques dont les orifices, en communication avec le fluide dont on veut mesurer la vitesse, sont disposés de façon particulière. •L'un, placé orthogonalement, à une vitesse relative v égale à la vitesse du fluide et une pression statique ps égale à la pression ambiante. •L'autre, placé dans le sens de l'écoulement, a une vitesse relative nulle et une pression totale pt , somme de la pression dynamique et de la pression statique.
  • 41.
  • 42. Tube de PitotTube de Pitot DéfinitionDéfinition On appelle pression statique dans un écoulement fluide, la pression que l’on mesure si l’on place un capteur parallèlement à l’écoulement. Pression totale dans un écoulement de fluide Pression statique dans un écoulement de fluide On appelle pression totale dans un écoulement fluide, la pression que l’on mesure si l’on place un capteur perpendiculairement à l’écoulement. Pression dynamique dans un écoulement de fluide On appelle pression dynamique, la pression engendré par la vitesse du fluide. Elle est égale à la différence des deux pression précédentes: Pdy = P totale - Pstatique
  • 43. Etude de cas 4Etude de cas 4 Densité Vitesse Q Vol. Q Mass. Q Vol. Kg/m3 m/s m3/sec Kg/sec Nm3/s 0,899 14,3 8,1 7,3 5,66
  • 44. Densité Vitesse Q Vol. Q Mass. Q Vol. Kg/m3 m/s m3/sec Kg/sec Nm3/s 0,936 37,6 29,5 27,7 21,44 0,936 37,6 29,5 27,7 21,44
  • 45. P5 N P5 S 330 °C 321 °C -47 mbar -46 mbar 3,4%O2 4,0%O2 P1 N P1 S 325 °C 327 °C -44 mbar -42 mbar 3,2%O2 3,6%O2 P1 bis N P1 bisS 335 °C 327 °C -44 mmCE -43 mbar 3,3%O2 3,9%O2 P3 S 657 °C P2 N -25 mmCE 494 °C 1,6%O2 P2 S -37 mmCE 482 °C 2,7%O2 -38 mbar P3 N 2,7%O2 Com bustible au four 674 °C Gaz naturel 11169 Nm3/h -23 mmCE PCI 9031 kcal/Nm3 1,6%O2 Cons. Specif. 675840 Kcal/kg cl % Combustible au four 84,0% P4 S Gaz naturel 2127 Nm3/h P4 N 813 °C PCI 9031 kcal/Nm3 805 °C -16 mbar Cons. Specif. 128731 Kcal/kg cl -14 mmCE 1,0%O2 % Combustible au Precal. 16,0% 1,3%O2 P6 Cham bre melange GAZ NATUREL PRECAL 813 °C & -5,450 % O2 0,7%O2 FOUR EXHAURE P7 Boîte à fum ées 963 °C -3 mmCE 2,3%O2 °C °C m/s m/s °C °C m/s m/s Com bustible au precal. AIR REFR OIDIS SEM ENT AIR PRIMAIRE NOSERING (Joint am ant) C1 bisC1 C2 C4 Cham bre de méla nge Four Refroidisse C h e m i n Boite à C3 C1 bisC1 ALIMENTATIONFARINE C2 LIGNE02 SUD lIGNE 01 NORD COTE MONTAGNE C3 C4 C C
  • 46. EVS ENTREE TC 90 °C 138 °C 2 VENT TIRAGE EVS T°….. -519 mmCE -274 mmCE PST… QM ; QM ; QM ; QN : QN : QN : 332 °C -474 mmCE 130 °C QM ; 81 °C -69 mmCE QN : -69 mmCE QM ; QM ; QN : QN : nord sud 321 °C -463 mmCE 84 °C QM ; -519 mmCE QN : QM ; QN : FIN CYC FIN CYC 313 °C 83 °C -56 mmCE -371 mmCE QM ; QM ; QN : QN : °C mmCE 286 °C 289 °C QM ; -64 mmCE -230 mmCE QN : QM ; QM ; QN : QN : BILAN AERAULIQUE B CRU LVT DEGROS FINISS P Fin ALI SILOS P FIN ALI SILOS T C VT FILTRE A MANCHE VT BC sdyn CYC 1 CYC 3 CYC 4CYC 2 FOYER By Pass T.C.SortieTours EVS REF V T FINAL STCREF. VENT. T CRU S. LVT ASP. VENT. T CRU V. TIR. EVS SUD V. TIR. EVS NORD E LVT E. COMP1 E. COMPT2 AIR FRAIS REGISTRE E. BY (AVANT DIVISION)
  • 47. T (°C) T (°C) T (°C) Pst (mmCE) Pst (mmCE) Pst (mmCE) Pdy (mmCE) Pdy (mmCE) Pdy (mmCE) D D D T (°C) T (°C) Pst (mmCE) Pst (mmCE) Pdy (mmCE) Pdy (mmCE) T (°C) D D Pst (mmCE) Pdy (mmCE) D T (°C) Pst (mmCE) Pdy (mmCE) D OBSERVATION Injection d'eau 1,57m3/h Adjuvant 468ml/mn Débit broyeur 105t/h SEP.DYN. sep. stat. Cal. Clk Gyp. sep. stat. Filre Sep. sep. stat. Filre Sep. P1: Ent. Air Faux (EAFB) Matière Première BILAN AERAULIQUE BROYEUR CIMENT 1 P1 P2 P3 P4 P7 P5 P6 P3: Recirculation Aspiration P2: EntréeFiltreSep. (Point d'équilibre) P4: CheminéeFiltreSep. P5: EntréeAirFrais P7: CheminéeFiltre Broyeur P6: Sortie Sep.Stat.Regist ArFf:
  • 48.  Composition de l’air:  O2: 21 %  N2: 79 %  RO (air) = %O2 * 32/22,4 + +N2 *28/22,4  = 0,21* 32/22,4 + 0,79*28/22,4 = 1,29 g/Nm3 AirAir Air de combustionAir de combustion AirAir dede refroidissement cinkerrefroidissement cinker Débit des fuméesDébit des fumées
  • 49. Composition de l’airComposition de l’air % vol Oxygène O2 20 Azote N2 79 Argon Ar Gaz carbonique CO2 Eau (vapeur) H2O N2/O2 = 79/20 = 3,7
  • 50. Composition chimique moyenne deComposition chimique moyenne de l'atmosphèrel'atmosphère N2 : 78 % 02 : 20 % Ar : 0.1 % C02 : 0.04 % La composition de l'atmosphère hormis l'ozone et l'H20 ne dépend pas de l'altitude
  • 51. Altitudes en m Pression en hPa 0 1013.25 1000 898.70 2000 795.00 3000 701.10 4000 616.40 5000 540.20 6000 471.80 7000 410.60 8000 356.00 9000 307.40 10 000 264.40 11 000 236.20
  • 52. Combustion stpcheométriqueCombustion stpcheométrique Gaz naturelGaz naturel Composition du gaz naturelComposition du gaz naturel CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O C2H6 + 7/2O2 --> 2CO2 + 3H2O C3H8 + 5 O2 --> 3CO2 + 4H2O C4H10 + 13/2 O2 --> 4CO2 + 5H2O
  • 53. %VOL CO2 H2O N2 He CO2 CH4 86,16 1 x CH (%) 2 x CH (%) 3,76x Volume oxygène nécessaire= 3,76 x 2 x CH (%) C2H6 6,11 2 x C2H6 (%) 3x C2H6 (%) 3,76 x 3,5 x C2H6 (%) C3H8 1,48 3 x C3H8 (%) 4x C3H8 (%) 3,76 x5x C3H8 (%) C4H10 0,56 4 x C4H10 (%) 5 x C4H10 (%) 3,76 x6,5 x C4H10 (%) C5H12 0,14 5 x C5H12 (%) 6 x C5H12 (%) 3,76 x8 x C5H12 (%) > C6H14 0,14 6 x C6H14 (%) 7 x C6H14 (%) 3,76 x7 x C6H14 (%) He 0,08 0,08 N2 5,2 5,2 CO2 0,2 0,2 0,2 Pour 1 nm3 du gaz naturelPour 1 nm3 du gaz naturel
  • 54. TABLEAU : CALCUL DES FUMEES NEUTRES Consommation volumétrique en combustible : 87,91 Nm3 /T Clk COMPOSITION ET DEBITS EN Nm3 /T Clk Elements combustibles Fumées de combustion neutre FOUR: 42,36 % Précalcinateur 57,34 % Vol % Nm3/T Clk CO2 H2O N2 He CO2 H2O N2 He C1 86,16 75,74 32,085 64,17 241,39 43,431 86,86 326,8 C2 6,11 5,371 4,551 6,826 29,957 6,1598 9,240 40,55 C3 1,48 1,301 1,6534 2,205 10,366 2,2381 2,984 14,03 C4 0,56 0,492 0,8341 1,043 5,0990 1,1291 1,411 6,902 C5 0,14 0,123 0,2607 0,313 1,5689 0,3529 0,423 2,124 C6 0,07 0,062 0,1564 0,156 0,6374 0,2117 0,212 0,863 CO2 0,2 0,176 0,0745 - - - 0,1008 - - - N2 5,2 4,571 - - 1,9364 - - - 2,621 - He 0,08 0,070 - - - 0,030 - - - 0,0403 TOTAL 100 87,91 39,615 74,71 290,95 0,02979 53,624 101,1 393,8 0,0403
  • 55. CALCUL DES FUMEES NEUTRES Fumées neutres sèches : Four ( Nm 3 /T Clinker) 330,599 Précalcinateur (Nm 3 /T Clinker) 447,511 Fumées neutres humides : Four (Nm 3 /T Clinker) 405,311 Précalcinateur (Nm 3 /T Clinker) 548,643 Air comburant théorique Four (Nm3 / T Clinker) 368,297 Soit Nm3/Kg Clinker 0,368 Précalcinateur ( Nm3 / T Clinker) 498,540 Soit en Nm3/Kg Clinker 0,499 Air comburant stochiométrique total ( Nm 3 / T Clinker) 866,837 Soit Nm 3 /Kg Clinker 0,867
  • 56. TABLEAU : CALCUL DES FUMEES NEUTRES Consommation volumétrique en combustible : 1,00 Nm3 COMPOSITION ET DEBITS EN Nm3 /T Clk Elements combustibles Fumées de combustion neutre COMBUSTION 100 % Vol % Nm3 O2 nécessaireCO2 H2O N2 He C1 86,16 0,86 1,72 0,862 1,72 6,48 C2 6,11 0,061 0,214 0,122 0,183 0,804 C3 1,48 0,015 0,074 0,0444 0,059 0,278 C4 0,56 0,006 0,1369 0,0224 0,028 0,1369 C5 0,14 0,001 0,0112 0,0070 0,008 0,0421 C6 0,07 0,001 0,0046 0,0042 0,004 0,0171 CO2 0,2 0,002 - 0,0020 - - - N2 5,2 0,052 - - 0,0520 - He 0,08 0,001 - - - 0,001 TOTAL 100 1,00 2,16 1,064 2,01 7,81 0,02979 Air comburant 10,40254 Nm3/nm3 gaz naturel Fummées sèches 8,91 Nm3/nm3 gaz naturel Fummées humides 10,91 Nm3/nm3 gaz naturel
  • 57.
  • 58. 1 bar = 105 Pa 1 atm = 1,01325 × 105 Pa (valeur de la pression atmosphérique normale).
  • 59.
  • 60. Savoir changer d’unitéSavoir changer d’unité 1 atmosphère = 1 atm = 105 Pa 1 bar = 105 Pa 1 mm H2O = 9,8 Pa 1 mm Hg = 133,3 Pa 1 bar = 760 mmHg

Notes de l'éditeur

  1. Air ambiant, air chaud, mélange de gaz, infiltration, excés d’air, produits de combustion, produit de matière,