Quantité d'air pour la combustion du gaz naturel : formules et exemples de calculs

L'efficacité de tous les équipements à gaz dépend de la qualité du processus de combustion. La quantité d'air pour la combustion du gaz naturel, qu'il n'est pas difficile de calculer, influence directement celle-ci. Pourquoi ne pas vous soucier de l'efficacité de la consommation de carburant et de l'amélioration du rendement de l'équipement en effectuant les calculs nécessaires vous-même, n'est-ce pas ?

Mais comment faire correctement et où trouver les données pour les calculs ? Pour comprendre ce sujet, examinons dans le cadre de notre article la théorie de la consommation d'air pour la combustion du gaz, découvrons les formules les plus simples pour calculer le volume d'air nécessaire. Et parlons également de l'utilité pratique de ces calculs.

Théorie de la consommation d'air pour la combustion du gaz

La procédure d'obtention de l'énergie thermique influence directement la durée d'exploitation, la périodicité des travaux d'entretien des équipements utilisant du gaz. Il faut comprendre que le mélange gaz-air optimal est la clé de la sécurité. Parlons plus en détail de la consommation d'air pour la combustion du gaz.

Pour la combustion d'une molécule de méthane, qui est le principal composant du gaz naturel, il faut exactement 2 molécules d'oxygène. Si l'on traduit en volumes compréhensibles, pour oxyder un mètre cube de ce carburant, il faudra utiliser deux fois plus d'oxygène.

Mais dans des conditions réelles, c'est plus complexe. En effet, l'oxydant utilisé pour le processus physico-chimique de combustion est l'air, dans lequel l'oxygène nécessaire à la combustion ne représente qu'un cinquième. Plus précisément, 20,93% — c'est ce pourcentage qui est généralement utilisé pour tous les calculs techniques. Ainsi, il faudra 9,52 fois plus d'air.

Pour tout calcul technique de la quantité de gaz, on prend comme base 100% de ce carburant. Bien que son composant principal — le méthane (CH4) — puisse représenter au maximum 75% de sa composition.

On peut obtenir ce chiffre en effectuant 2 opérations :

1. Division 100/21. Cette opération permet de déterminer que, dans tout volume, l'air est 4,76 fois plus abondant que l'oxygène.
2. Multiplier 4,76 par 2, ce qui donne 9,52 — c'est exactement le nombre de fois qu'il faudra consommer plus d'air pour brûler tout volume de gaz naturel.

Mais il y a une mise en garde importante : la quantité d'air calculée nécessaire à une combustion efficace du gaz est un débit théorique. En pratique, il en faudra davantage. La raison est que le calcul a été effectué pour des conditions idéales, alors qu'en réalité, il existe presque toujours un certain nombre de facteurs qui apportent des corrections significatives.

Parmi ceux-ci :

• la composition et la qualité des réactifs (air, gaz) ;
• le type d'équipement utilisé pour l'acheminement du vecteur énergétique ;
• l'état de l'équipement ;
• le mode d'alimentation en gaz et en air, ainsi qu'une série d'autres éléments.

Si une précision particulière est requise, il est parfois possible de prendre en compte les particularités énumérées ci-dessus. Par exemple, la composition exacte du gaz peut être déterminée auprès du bureau de service du gaz le plus proche. Mais lorsque la précision n'est pas nécessaire, la valeur obtenue de 9,52 est simplement multipliée par ce que l'on appelle le coefficient d'excès d'air. Sa valeur se situe généralement entre 1,1 et 1,4.

L'oxygène est l'oxydant du gaz. C'est-à-dire qu'il ne brûle pas lui-même, mais qu'il soutient activement ce processus en présence dudit combustible. Mais comme l'oxygène ne représente pas plus de 20,93% de l'air, on considère qu'il faut presque 5 fois plus d'air pour la combustion du gaz.

Lorsque le calcul doit être aussi précis que possible, il faut diviser la quantité d'air réellement utilisée par son débit théorique. Mais dans la plupart des cas, il est plus simple d'utiliser une valeur moyenne du coefficient d'excès d'air. Il faut multiplier cette valeur par 9,52 et on obtiendra ainsi la quantité exacte d'air consommée nécessaire pour assurer la combustion du gaz.

Ainsi, s'il est égal à :

• 1,1 — la masse d'air nécessaire sera 10,472 fois plus élevée ;
• 1,4 — il faudra utiliser 13,328 fois plus d'air.

C'est-à-dire que pour brûler chaque mètre cube de vecteur énergétique, il faudra jusqu'à 13,328 m³ d'air.

Formules et exemples de réalisation du calcul

La valeur nécessaire dans chaque cas particulier peut être obtenue en utilisant une formule spéciale ou des valeurs moyennes. Nous allons parler de ces méthodes plus en détail.

Méthode n°1 — calcul à l'aide d'une formule

Qui stipule que le volume horaire d'air (V_tch ) nécessaire à la combustion sera égal à :

V_tch = 1,1 × K_{exc. d'air} × V_t× V_gaz/h× (273 + t)/273,

Où :

• K_{exc. d'air} — coefficient d'excès d'air ;
• V_t — quantité d'air théoriquement nécessaire ;
• V_gaz/h — débit horaire de gaz de l'équipement ;
• t — la valeur de la température dans la pièce où se trouve l'équipement à gaz.

Le débit horaire de gaz nécessaire aux calculs est indiqué dans la fiche technique de tout appareil à gaz.

C'est-à-dire, si cette valeur est égale à 10, et que :

• la température ambiante est, par exemple, de 18 °C ;
• le coefficient d'excès d'air est de 1,1.

Ensuite, on effectue les opérations mathématiques indiquées ci-dessus, à savoir :

1,1 x 1,1 x 9,52 x 10 x (273 + 18) / 273 = 122,1

Il en résulte que, dans ce cas particulier, pour brûler du gaz, il faudra 122,1 m³ d'air par heure.

Le calcul de la quantité d'air est nécessaire pour garantir un fonctionnement efficace et sûr de tout équipement au gaz, y compris les cuisinières, les chauffe-eau et les chaudières de chauffage utilisés dans les foyers.

Méthode n°2 — calcul à l'aide de données moyennes

Si vous ne souhaitez pas effectuer ce calcul de l'air nécessaire à la combustion d'une quantité donnée de gaz, vous pouvez suivre les recommandations de nombreux fabricants et spécialistes.

Celles-ci indiquent que le processus sera efficace si, pour chaque kilowatt de puissance, au moins 1,6 m³ d'air est apporté chaque heure.

Si la méthode de calcul utilisant une formule vous semble compliquée, vous pouvez recourir à une méthode moins précise et simplement moyenne, mais très simple et donc accessible. Il suffit de multiplier la puissance de l'appareil à gaz concerné par 1,6, ce qui permet d'obtenir le volume d'air approximatif qu'il faudra apporter chaque heure pour une combustion complète du gaz.

Autrement dit, le calcul s'effectue en une seule opération. Pour cela, il faut multiplier la valeur de puissance de l'appareil à gaz extraite de la notice par 1,6. Le résultat correspond à la quantité d'air nécessaire pour une combustion efficace.

Par exemple, si la puissance de la chaudière à gaz est de 40 kW, alors cette valeur doit être multipliée par 1,6 :

40 x 1,6 = 64

On obtient 64 m³ d'air qu'il faudra apporter chaque heure à l'appareil à gaz.

Importance pratique du calcul de la consommation d'air

Les compétences pour effectuer de tels calculs peuvent être nécessaires pour améliorer le rendement des équipements à gaz, ainsi que pour éliminer les causes de leur mauvais fonctionnement.

Prévention des pannes et de la baisse du rendement de l'équipement

Par exemple, la connaissance de la quantité optimale d'oxydant sera nécessaire lorsque les surfaces intérieures des conduits de fumée, ainsi que les éléments de construction des équipements (échangeurs de chaleur, brûleurs, etc.) se couvrent rapidement de dépôts de suie et d'autres produits de combustion.

Si le nettoyage des salissures ne donne pas l'effet escompté, pas plus que d'autres mesures (réglage, remplacement de pièces ou d'ensembles d'unités). Cela indique la présence de ce que l'on appelle une sous-combustion du vecteur énergétique, due à une quantité d'air insuffisante.

La procédure de combustion du gaz est considérée comme une réaction complexe. En conséquence, si l'oxydant, c'est-à-dire l'air, n'est pas en quantité suffisante, cela affectera l'état, le fonctionnement et le bon fonctionnement de tout l'équipement à gaz. Et dans certains cas, les défauts ne pourront être éliminés qu'après avoir identifié et ajusté la quantité d'air participant à la réaction.

De plus, la connaissance du débit d'air nécessaire sera requise dans les situations suivantes :

• Un excès de gaz a été constaté, qui ne peut être éliminé par des réglages ou d'autres manipulations. Car la cause peut être une sous-combustion mécanique. C'est-à-dire un processus où une trop grande quantité d'air est apportée, ce qui conduit également à une combustion incomplète du gaz.
• Un changement fréquent de la couleur du combustible « bleu » pendant la combustion a été observé — par exemple, en orange, blanc, rouge, jaune. Ce sont des cas plus complexes que les précédents, car la cause peut être aussi bien un excès d'air qu'une quantité insuffisante.
• D'un processus de combustion du gaz instable. Par exemple, si tous les orifices de travail du brûleur, du brûleur de la chaudière à gaz, etc. ne sont pas utilisés. Et le nettoyage des éléments de structure mentionnés n'a pas conduit à une amélioration, car dans de telles situations, il faudra exactement apporter beaucoup plus d'air.

Malgré l'existence de différentes causes, le calcul est effectué de la même manière, selon la méthode décrite ci-dessus.

Avantages des calculs pour l'aménagement d'une chaufferie

Les calculs de la quantité d'air nécessaire à l'oxydation efficace du gaz sont nécessaires dans les cas d'aménagement de la salle de chauffe, d'installation, de remplacement d'équipement à gaz et autres cas similaires.

Il faut toujours se rappeler que les calculs théoriques ne sont bons que lorsque leur exactitude est confirmée par la pratique. Et dans le cas de la quantité d'air, par les représentants des services du gaz avec des analyseurs de gaz.

Et les calculs sont effectués, mais la situation dans chaque cas mentionné est compliquée par le fait que pour obtenir toutes les données nécessaires, il faut effectuer une série de calculs supplémentaires.

Parmi lesquels figurent les calculs :

• de la consommation d'air totale — il faut fournir de l'air dans la pièce avec équipement à gaz non seulement pour la combustion, mais aussi pour la ventilation (dans le SNiP II-35-76, il est clairement indiqué que dans les locaux utilisés comme chaufferies, 3 volumes d'air doivent être renouvelés chaque heure) ;
• de la section du conduit d'évacuation ;
• de la (des) section(s) de(s) orifice(s) des canaux d'entrée ;
• du tirage naturel dans le conduit d'évacuation prévu ;
• de la vitesse réelle des masses d'air dans les sections des futurs conduits d'air ;
• des pertes de charge dues à diverses résistances locales ;
• de la taille de la fenêtre requise dans la pièce avec l'équipement à gaz.

Outre la bonne mise en place de la ventilation de la chaufferie, il peut être nécessaire d'effectuer encore d'autres procédures, par exemple, un calcul aérodynamique.

Lors de l'exécution du calcul, il faut se rappeler que toute manipulation du gaz présente un danger important. Il est donc préférable de confier cette tâche à des spécialistes.

Ensuite, toutes les informations obtenues doivent servir de base au projet de remplacement, d'installation d'équipement, de réaménagement, qui est soumis à l'approbation du service local du gaz. Où, si des erreurs sont détectées, le document peut être renvoyé à son auteur.

Autrement dit, l'ensemble des procédures de calcul de toutes les valeurs nécessaires est assez complexe. Par conséquent, dans le cas d'une installation, d'un remplacement ou d'un déplacement d'équipement, seuls quelques-uns parviennent à accomplir cette tâche. La plupart des propriétaires de locaux trouveront plus simple de faire appel à des spécialistes. Ceux-ci non seulement effectueront les calculs mathématiques nécessaires, mais adapteront également les calculs aux exigences de la législation relatives à l'aménagement des chaufferies, des systèmes de ventilation, d'évacuation des fumées, et de tous les autres. Ces exigences sont énoncées dans le SNiP II-35-76, ainsi que dans le SNiP 2.04.08-87 et dans d'autres documents spécialisés moins sollicités.

Si dans un cas particulier il n'est pas nécessaire d'établir un projet, alors les calculs effectués par un spécialiste élimineront tout danger pour la vie et la santé du propriétaire de l'équipement à gaz, de ses proches et des personnes vivant à proximité.

En outre, ils permettront d'éviter des actions qualifiées par la législation de raccordement non autorisé à des gazoducs. Pour lesquelles l'art. 7.19 du Code des infractions administratives de la Fédération de Russie prévoit des sanctions sous forme d'amende, dont le montant est de 100 à 150 €. Par exemple, cela peut se produire si le propriétaire du local, après avoir effectué les calculs, apporte des modifications à la structure du système de chauffage.

Il ne faut pas oublier qu'un calcul infructueux de la quantité d'air ou de tout autre élément peut faire d'une personne un contrevenant. Ce pour quoi elle devra payer, au moins financièrement. Par exemple, si des actions ou des omissions entraînent une violation des règles visant à garantir l'utilisation sécurisée de tout équipement à gaz, alors l'amende à payer sera comprise entre 10 et 300 €. Cela est stipulé à l'art. 9.23 du KoAP.

Après les calculs, il ne faut pas prendre de décision inconsidérée quant au remplacement de l'équipement à gaz, surtout avec une puissance différente. Si cela arrive, il convient d'informer les représentants du service du gaz des actions effectuées. Cela permettra d'éviter des amendes.

Il ne faut pas non plus mettre en œuvre les calculs théoriques effectués au prix de violations des règles et normes énoncées dans le SNiP II-35-76, qui régit le domaine de l'aménagement des locaux destinés à l'utilisation d'équipements à gaz. Car selon l'art. 9.23 du KoAP, même pour les infractions les plus mineures, il faudra débourser 10 à 20 €.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo ci-jointe ci-dessous permettra de détecter un manque d'air lors de la combustion du gaz sans aucun calcul, c'est-à-dire visuellement.

Vous pouvez calculer la quantité d'air nécessaire à la combustion efficace de tout volume de gaz en quelques minutes. Les propriétaires de biens équipés d'appareils à gaz doivent s'en souvenir. Car en cas de moment critique, lorsque la chaudière ou tout autre appareil fonctionne mal, savoir calculer la quantité d'air nécessaire à une combustion efficace vous aidera à identifier et à résoudre le problème. Cela améliorera également la sécurité.

Souhaitez-vous compléter le matériel ci-dessus avec des informations et des recommandations utiles ? Ou avez-vous des questions sur le calcul ? Posez-les dans la section des commentaires, écrivez vos observations, participez à la discussion.