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SYST016 ANALYSE EXERGETIQUE DES SYSTEMES INDUSTRIELS 13/10/00Perte d’exergie : combustion irréversible du carboneConsidérons, à présent, le cas où le carbone (graphite) est soumis à une combustion viveisobare en présence d'un excès d'air de 50%. L'équation chimique de cette combustion rapportée àun atome gramme de carbone s'écrit :C + 1,5 O2 + 5,64 N 2 = CO 2 + 0,5 O2 + 5,64 N 2 + 395,5 kJEn l'absence d'échange calorifique pendant la combustion, la totalité de la chaleur dégagée parcelle-ci, se retrouve sous la forme d'enthalpie des produits de la réaction. On en déduit comme suitla température adiabatique de combustion.La suite du tableau examine l’effet d’une combustion irréversible, où le comburant est de l’air(assimilé à 79% N2 et 21% O2) éventuellement en excès. L’air de combustion est éventuellementpréchauffé. La cellule C44 définit le rapport air/air nécessaire. En F44, on donne la température depréchauffe. En F45 on donne une estimation de la température de combustion adiabatique.A la ligne 48, on calcule H et S pur le graphite dans les conditions de l’ambiance (référencede l’exergie).Les lignes 50-51 permettent le calcul du nombre de moles de O2 et N2 en fonction de laquantité de C et de l’excès d’air spécifié. On en déduit les fractions molaires et les enthalpies etentropies molaires à la température de combustion estimée. A la ligne 52, on lit l’enthalpie etl’entropie de l’air préchauffé, ainsi que la valeur de la fonction E=H-To S.On calcule les mêmes fonctions dans les conditions de référence de l’exergie aux lignes 54-56. L’exergie disponible dans l’air préchauffé est obtenu par différence entre les cellules K52 etK56.Les lignes 60-64 reprennent les propriétés des fumées à la température de combustionestimée. La colonne C évalue les débits des différentes substances dans les fumées. Les fractionsmolaires sont évaluées à la colonne E. Les enthalpies et entropies aux colonnes I et J, et les chaleursspécifiques en L. On calcule les fonctions H, S et E des fumées à la ligne 64, ainsi que la capacitécalorifique des fumées (somme des N i c pi = dérivée de l’enthalpie totale par rapport à latempérature).Aux lignes 66 à 70, on évalue de même les propriétés des fumées dans l’état de référenceexergétique. L’exergie des fumées s’obtient par différence entre les cellules K64 et K70.La ligne 76 permet de vérifier le bilan thermique. L’enthalpie des réactifs est indiquée en H76 :c’est la somme de H pour le combustible (cellule I48) et de H pour l’air (cellule I52). L’enthalpiedes produits est en I76 (c’est le report de la cellule I64). Si la température de combustion est bienestimée, le bilan entrée-sortie doit être vérifié, et l’écart J76 doit être nul. Sinon, il faut corrigerl’estimation de la température de combustion. On remarque que le terme “entrée” est indépendantde cette température, et que la dérivée du terme “sortie” par rapport à la température a été évaluéen L64. Il suffit donc d’ajouter à la température estimée le quotient J76/L64 pour obtenir unemeilleure estimation. Comme les Cp dépendent peu de la température, ce processus itératifconverge en 2 ou 3 itérations (en fait, nous utilisons l’algorithme de Newton pour résoudre uneéquation non linéaire).La perte par irréversibilité de la combustion s'obtient par différence entre l'exergie ducombustible et de l’air et celle des gaz brûlés. Le bilan exergétique est repris dans les lignes 79-81.Chapitre II EXERGIE ET REACTIONS CHIMIQUES II.11