Combustia și poluarea apei și a randamentului

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Despre ardere și apă ...

Rémi Guillet (The 03 / 03 / 2012)

Prețul carburanților și al altor combustibili nu a terminat „flambă”, inducând reluarea dezbaterilor recurente (vezi Wikipedia) ca cea legată de o credință a unora într-un efect mai mult sau mai puțin misterios al „dopajului”. "apă" (sau alt efect rezultat din instalarea pe motoare sau pe alt arzător al unui dispozitiv mai mult sau mai puțin "opac" în care apa suferă transformări "libere" în planul energetic, devenind ea însăși combustibil!) ne aduce înapoi la trei informații despre care credem că sunt esențiale despre „combustie și apă”, informații din teza noastră ” Combustia umedă și performanțele sale » (thèse présentée en 2002 à l’université de Nancy 1 – Henri Poincaré – et directement accessible en version intégrale en utilisant l’adresse électronique .

1- L’eau arrivant dans une zone où se développe une combustion (dans une machine thermique: moteur à combustion interne ou externe, chaudière etc. – et que cette eau soit amenée sous forme vapeur ou liquide, par l’air comburant, par le carburant, injectée séparément -) a toutes les chances d’améliorer la « qualité » de la combustion (du carburant identifié comme tel !). Pouvant intervenir sur l’atomisation de gouttelettes d’un carburant liquide (hydrocarbures lourds) autant que sur les multiples réactions chimiques « intermédiaires » développées durant la combustion, cette eau « additionnelle » permet dans certains cas à des combustions « difficiles » d’approcher davantage (si cela est chimiquement possible), leur complétude, donc de rejeter moins de particules et autres imbrûlés. De plus, et dans tous les cas, la présence d’eau additionnelle réduit la formation des NOx, car une combustion approchant la perfection, surtout en cas de stœchiométrie, est avec ce « ballast thermique » d’eau additionnelle comparativement plus « froide » donc toujours moins propice à la formation d’oxydes d’azote. (Cf. références signalées dans la thèse déjà mentionnée).

2- Ainsi, la présence d’eau dans la chambre de combustion d’une machine thermique modifie la dynamique physico-chimique de la combustion et si l’amenée d’eau est maîtrisée, cet ajout d’eau, seul, va suffire, via une combustion améliorée, à justifier les meilleures performances enregistrées par ladite machine thermique : meilleur rendement mécanique pour un moteur, voire plus de puissance « nominale » notamment pour certaines turbines à gaz… Et une plus grande « discrétion écologique » !

De notre point de vue, il n’y a rien d’autre à invoquer pour « comprendre » ce qui se passe avec certains moteurs « dopés » par addition d’eau. Donc, partant d’un moteur « brûlant » mal son carburant, donc nécessairement peu performant, l’eau ajoutée a toutes les chances d’améliorer la combustion et donc, concomitamment, de réduire la « consommation » dudit moteur. Évidemment, plus la machine concernée est initialement sous performante et plus le bénéfice lié à l’introduction d’eau additionnelle peut s’avérer significatif ! (Cf. les exemples souvent pris sur de vieux moteurs diesel, sur des moteurs deux temps …)



A contrario, rien à attendre de bien spectaculaire d’un moteur en bon état de marche. Á noter que la quantité d’eau introduite doit toujours être maîtrisée et ne pas dépasser un certain seuil, sinon on peut s’éloigner de l’effet recherché, d’autres pollutions peuvent alors apparaître, notamment avec la formation de CO… (Sans oublier que l’eau en grande quantité étouffe ou « éteint » le feu !).

3- Maintenant, imaginant une machine thermique initialement exemplaire du point de vue de la combustion, reste que l’eau peut permettre au thermodynamicien d’envisager des cycles (de récupération, régénératifs, combinés etc.) qui peuvent augmenter très fortement le rendement mécanique du système (par comparaison au moteur traditionnel, en cycle « ouvert » ; voir la thèse qui présente largement ces cycles).

Par ailleurs, revenant sur la combustion, une autre chose est à rappeler. Il s’agit de l’exploitation des changements de phase de l’eau issue de la combustion. Ainsi sa condensation (si elle est effectivement réalisée dans un récupérateur ad hoc) devient source de récupération « ultime » de l’énergie de combustion. On évoque là les générateurs de chaleur à condensation pour les installations de chauffage « basse température » (cas des installations de chauffage de logement avec radiateurs surdimensionnés, à chauffage par le sol dont la température reste très inférieure à 60°C…). Mais on évoque aussi le cycle* « pompe à vapeur d’eau » qui permet d’élargir le champ d’application desdits générateurs à condensation au cas des chauffages à plus haute température, donc au dessus de 60°C, soit le cas des chauffages collectifs ou autres installations thermiques du tertiaire…). Ces dernières pompes à vapeur d’eau (ou échangeur thermique et massique en produits de combustion avant rejet et air comburant) menant de facto vers une forme de « combustion humide » avec ses vertus écologiques spécifiques garanties (notamment celle du bas NOx…). On pourra à nouveau s’en référer à la thèse souvent citée ou à l’ouvrage « Du diagramme hygrométrique de combustion aux pompes à vapeur d’eau » ou aux articles récents** (écrits en anglais) apparaissant sur la fiche auteur de Rémi Guillet chez l’harmattan en rubrique articles contributions comme « The water vapor pump cycle underlines the wet combustion advantages »

4 - (a adăugat 14-10-2015) Dans le cas des moteurs alternatifs on peut aussi rappeler le (anciennement bien connu) pouvoir « anti-détonant » de l’eau, élément a priori inerte qui (si injecté en phase liquide en s’évaporant, diminuera la température de fin de compression du mélange), pourra alors amener le thermodynamicien à tirer profit de cette injection d’eau additionnelle pour augmenter le taux de compression du cycle et ainsi améliorer le rendement mécanique de la machine, voire sa puissance (affaire de balance entre la diminution de la puissance énergétique introduite dans le cylindre et le gain du rendement mécanique du cycle). (Cf. le rappel dans le résumé du titre « Wet way combustion » https://www.amenza.ma/wet-way-combustion.html paru en 2001 chez Elsevier)…

Citește mai mult:
"Arderea umedă" explicată de R.Guillet cu privire la forums
Descărcați rezumatul: Combustia umedă și performanțele sale

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Comentariu 1 despre "Combustie și apă, poluare și eficiență"

  1. "Explicații suplimentare ale autorului articolului, Rémi Guillet

    1 - Primul principiu al termodinamicii ne învață că suma de lucru + căldura schimbată cu exteriorul unui „sistem” depinde doar de starea inițială și de starea finală. Astfel, valoarea calorică a unui combustibil care a fost complet ars nu depinde de „calea urmată” (indiferent dacă există reciclare, reacție intermediară sau nu!).

    2 - În ceea ce privește singura producție de lucru (care este obiectivul vizat de un motor termic, parametrii „mecanici” ai ciclului motor sunt decisivi (rata de compresie în special, care acționează asupra temperaturilor în sfârșitul compresiei și sfârșitul relaxării.) De aici interesul potențial al unei ape suplimentare care permite creșterea raportului de compresie ...).

    (Comentariu scris pe 26 mai 2016) »

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