vignette|Flamme Le pouvoir calorifique ou chaleur de combustion ( ou ) d'une matière combustible est l'opposé de l'enthalpie de réaction de combustion par unité de masse dans les conditions normales de température et de pression, notée ΔH (< 0). C'est l'énergie dégagée sous forme de chaleur par la réaction de combustion par le dioxygène (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 kilojoules par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg), mais on rencontre également le pouvoir calorifique molaire (en kilojoules par mole, kJ/mol) ou le pouvoir calorifique volumique (en kilojoules par litre, kJ/L). Pour le gaz naturel, il est exprimé en kilowatts-heures par normo mètre cube (noté kWh/Nm).
Définition Selon la norme NF EN ISO 15112, le pouvoir calorifique inférieur (PCI) d'un gaz est :
La température de référence est .. On utilise aussi le pouvoir calorifique supérieur (PCS), la différence avec le PCI est qu'alors l'eau produite par la réaction est considérée comme liquide. Cette définition correspond à une réaction à pression constante, donc le pouvoir calorifique correspond à l'opposé de l'enthalpie de la réaction de combustion .
Pour un hydrocarbure contenant uniquement les éléments carbone et hydrogène, la réaction est : + (+/4) → + /2 .
Types Il existe deux types de pouvoir calorifique : pouvoir calorifique supérieur (PCS) : c'est l’énergie thermique libérée par la 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 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 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 fission de l'uranium enrichi) et avec des techniques avancées (chaudière à condensation, réaction de fission par neutrons rapide (surgénération)).
Pouvoir calorifique moyen de quelques combustibles
+ PCS et PCI de quelques combustibles usuels à 25 °C Combustibles PCS PCI Dihydrogène 141,80 286 119,9633,32 Méthane 55,50 890 50,0013,89 Éthane 51,90 1560 47,6213,23 Propane 50,35 2220 46,3512,88 Butane 49,50 2877 45,7512,71 Pentane 48,60 3509 45,3512,60 Paraffine 46,00 41,5011,53 Kérosène 46,20 43,0011,94 Gazole 44,80 43,412,06 Essence 41.11,39 Essence E10 39,510,97 Charbon (anthracite) 32,50 Bois 21,70 Charbon (lignite) 15,00 Tourbe (sèche) 15,00 Tourbe (humide) 6,00
Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de composés organiques purs (à )
Combustible Alcanes (anciennement paraffines) méthane 50,03 --- 803,3 éthane 47,794 --- propane 46,357 --- butane 45,752 --- n-pentane 45,357 28,17 n- 44,752 29,51 n-heptane 44,566 30,47 n-octane 44,427 31,10 n-nonane 44,311 31,24 n-décane 44,240 31,45 n-undécane 44,194 32,54 n-dodécane 44,147 32,91 Isoparaffines isobutane 45,613 --- isopentane 45,241 28,01 2-méthylpentane 44,682 29,04 2,3-diméthylbutane 44,659 29,30 2,3-diméthylpentane 44,496 30,75 2,2,4-triméthylpentane 44,310 30,57 Naphtènes cyclopentane 44,636 32,94 méthylcyclopentane 44,636 --- cyclohexane 43,450 33,83 méthylcyclohexane 43,380 --- Alcènes (anciennement oléfines) éthylène 47,195 --- propylène 45,799 --- but-1-ène 45,334 --- 45,194 --- --- 45,124 --- --- isobutène 45,055 --- pent-1-ène 45,031 --- 2-méthylpent-1-ène 44,799 --- --- hex-1-ène 44,426 --- Diènes (anciennement dioléfines) buta-1,3-diène 44,613 --- isoprène 44,078 --- Dérivés nitrés nitrométhane 10,513 --- 641,71 nitropropane 20,693 --- Acétyléniques acétylène 48,241 --- méthylacétylène (propyne) 46,194 --- but-1-yne 45,590 --- pent-1-yne 45,217 --- --- Composés aromatiques benzène 40,170 35,08 toluène 40,589 34,98 o-xylène 40,961 36,04 --- m-xylène 40,961 35,22 --- p-xylène 40,798 35,08 --- éthylbenzène 40,938 35,48 1,2,4-triméthylbenzène 40,984 --- --- 41,193 --- --- cumène 41,217 --- Alcools méthanol 19,937 15,77 638,81 éthanol 28,865 22,77 n-propanol 30,680 24,54 isopropanol 30,447 23,90 n-butanol 33,075 --- isobutanol 32,959 --- tertiobutanol 32,587 --- n-pentanol 34,727 --- --- Éther-oxydes (anciennement éthers) méthoxyméthane 28,703 --- éthoxyéthane 33,867 --- propoxypropane 36,355 --- butoxybutane 37,798 --- Aldéhydes et cétones méthanal 17,259 --- 518,21 éthanal 24,156 --- propanal 28,889 --- butanal 31,610 --- acétone 28,548 --- Autres espèces carbone (graphite) 32,808 --- 394,04 dihydrogène 120,971 --- 241,942 oxyde de carbone 10,112 --- 283,23 ammoniac 18,646 --- 317,55 soufre 9,163 --- 587,34
Carburant Densité énergétiquespécifique() Densité énergétiquevolumétrique() produit par combustion() Carburants liquides d'origine biologiqueHuile de pyrolyse17,521,35(En estimant que le contenu en carbone est 23 % wt + masse) : 0,84Méthanol (CH3-OH)19,9 – 22,715,91,37Éthanol (CH3-CH2-OH)23,4 – 26,823,41,91Butanol (CH3-(CH2)3-OH)36,029,22,37Graisse37,6731,68 [Composition moyenne à insérer ici]Biodiesel37,833,3 – 35,7~2,85Huile de tournesol (C18H32O2) 39,4933,18(12 % (C16H32O2) + 16 % (C18H34O2) + 71 % AL + 1 % ALA) : 2,81Huile de ricin (C18H34O3) 39,533,21(1 % PA + 1 % SA + 89,5 % ROA + 3 % OA + 4,2 % AL + 0,3 % ALA) : 2,67Huile d'olive (C18H34O2)39,25 - 39,8233 - 33H(15 % (C16H32O2) + 75 % (C18H34O2) + 9 % LA + 1 % ALA) : 2,80 Carburants gazeuxMéthane (CH4)55 – 55,7(liquéfié) 23,0 – 23,3(Le méthane est un gaz à effet de serre.) 2,74Dihydrogène ()120 – 142(liquéfié) 8,5 – 10,1 (Production et liquéfaction de l'hydrogène) 0,0 Carburants d'origine fossileCharbon29,3 – 33,539,85 - 74,43(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,59Pétrole41,86828 – 31,4(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,4Essence45 – 48,332 – 34,8(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,30Gazole (Diesel)48,140,3(En ne comptant pas : CO, NOx, sulfates et particules) : ~3,4Gaz naturel38 – 50(liquéfié) 25,5 – 28,7(Éthane, propane et butane N/C : CO, NOx et sulfates) : ~3,00Éthane (CH3-CH3)51,9(liquéfié) ~24,02,93
Notes et références
Voir aussi Bibliographie .
Articles connexes Carburant Enthalpie Pouvoir calorifique supérieur Pouvoir calorifique inférieur
Liens externes
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