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  figure 1 | 1 Caractéristiques des gaz brûlés | |
Dans une future présentation du fonctionnement des résonateurs, il sera mis en évidence que les caractéristiques thermodynamiques recherchées des gaz brûlés sont : - la masse volumique et - g qui est le coefficient de compression adiabatique. Comme cette masse volumique évolue avec la température et la pression. Ces deux derniers paramètres sont aussi à connaître pour établir leurs influences sur l'accord du résonateur. Lorsque la combustion est totalement réalisée dans un moteur à glow-plug, la réaction du méthanol avec l'oxygène de l'air crée les gaz selon la réaction suivante : 2 CH3OH + 3 O2 + 12 N2 Þ 2 CO2 + 4 H2O + 12 N2 + chaleur avec : CH3OH : méthanol O2 : dioxygène de l'air N2 : azote de l'air CO2 : gaz carbonique H2O : eau sous forme de vapeur La chaleur qui est une énergie, s'exprime en Joule avec le symbole J. La chaleur dégagée par la réaction ci-dessus est de 20 kJ/g de méthanol une fois que tous les gaz sont revenus à la température ambiante. Pour un usage destiné aux moteurs thermiques, le bilan de chaleur extraite est différent de celui habituellement rencontré dans des tables qui présentent la chaleur d'une réaction. En effet la chaleur de réaction est celle obtenue lorsque l'eau s'est condensée et revenue, ainsi que les gaz, à la température ambiante. Or pour un moteur cette chaleur obtenue lors du refroidissement est perdue lors de l'échappement des gaz brûlés. La chaleur de 20 kJ/g tient compte de la chaleur nécessaire pour vaporiser le méthanol mais pas celle récupérée par le refroidissement des gaz et de la vapeur d'eau. Ce bilan thermique sera détaillé un peu plus loin. L'air est en grande partie constitué de 80% d'azote ( N2 ) et de 20 % d'oxygène ( O2 ). L'azote est un gaz neutre et par conséquence ne participe pas à la réaction. Le méthanol ( CH3OH ) est introduit sous forme liquide puis est vaporisé dans le carter et le cylindre lors de l'admission. Un bref rappel de chimie est nécessaire pour la suite de la présentation. La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12. Une mole d'un gaz quelconque occupe un volume identique de 22,4 L C.N.T.P. ( Litre dans les Conditions Normales de Température (0°C = 273°K ) et de Pression ( 1 atmosphère = 1013 hPa) ). Ce volume augmente avec la température et diminue lorsque la pression augmente selon la loi des gaz parfaits : P x V = n x R x T avec :P étant la pression en Pascal (1 atmosphère = 1013 hPa) V le volume en m3 n le nombre de moles de gaz R la constante des gaz parfaits égale à 8,314 T la température absolue en en °Kelvin (0°C = 273°K) Exemple : le volume d'une mole C.N.T.P. (Conditions Normales de Température et de Pression ) est de : V = R x T / P = 8,314 x 273 / 101 300 soit 22,4 L Ainsi, lorsqu'il rentre dans le moteur 17 moles ( 2 de méthanol, 3 de dioxygène et 12 d'azote), il en ressort 18 moles ( 2 de dioxyde de carbone, 4 de vapeur d'eau et 12 d'azote). Pour simplifier les calculs : - la vapeur d'eau est assimilée à un gaz parfait, - l'huile de ricin qui est ajoutée au méthanol dans des proportions de l'ordre de 12%, est négligée. En effet, l'huile de ricin qui a une densité équivalente à celle du méthanol représenterait 0,24 ( = 2 x 0,12 ) mole de gaz à la sortie. Ce qui est faible à comparer aux 18 moles qui sortent ... D'après le principe de l'illustre physicien LAVOISIER où "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme", la masse du mélange qui rentre dans le moteur reste la même à la sortie. Seul le volume a changé ainsi que la température. Après avoir réalisé des mesures à l'aide de l'outil décrit dans le MRA 690, la pression dans le résonateur reste proche de la pression atmosphérique. Suivant l'altitude, elle se situe entre 993 et 1013 hPa ( soit 0 à 30 hPa de pression relative ). La masse de 18 moles de gaz d'échappement est de : m =(2 x MoleCO2) + (4 x MoleH2O) + (12 x MoleN2) = 88 + 72 + 336 = 496 g = 0,496 kg Le volume de ces 18 moles est de : V18 = 18 x R x T / P = 150 x T / P. La masse volumique r = m / V18 = (0,496 x P) / (150 x T). Pour les C.N.T.P., la masse volumique est de r = (0,496 x 105) / (150 x 273) = 1,21 kg/m3. Ainsi, La masse volumique est très proche de celle de l'air (1,3 kg/m3). La masse volumique varie essentiellement avec la température comme l'illustre le tableau de la figure 1. Ce tableau est obtenu à partir de la formule : r = (0,496 x P) / (150 x T).  Ainsi, la réaction génère beaucoup de vapeur d'eau. Cela signifie que lorsque le moteur est arrêté, cette vapeur d'eau contenue dans le cylindre va se condenser lors du refroidissement du moteur.Il est donc fortement conseillé de nettoyer le moteur avec du pétrole et quelques goutte d'huile en fin de journée pour mettre le moteur en stockage. De même, le piston sera mis en position haute pour limiter le volume de gaz emprisonné dans le cylindre lors du stockage. | ||
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 | masse volumique et coefficient de compression | |
Avec un mélange à base de nitrométhane, la masse volumique des gaz d'échappement se calcule de la même façon que pour le méthanol. m =(2 x MCO2) + (3 x MoleH2O) + (7 x MoleN2) = 88 + 54 + 196 = 338 g = 0,338 kg Le volume de ces 12 moles est de : V12 = 12 x R x T / P = 100 x T / P. La masse volumique r = m / V12 = (0,338 x P) / (100 x T). Pour les C.N.T.P.(conditions normales de température et de pression) la masse volumique est de : r = (0,338 x 105) / (100 x 273) = 1,24 kg/m3. La masse volumique est pratiquement équivalente à celle des gaz brûlés issus de la combustion avec le méthanol seul : 1,21 kg/m3 C.N.T.P. Cet écart est négligeable. Comme pour le méthanol, la masse volumique varie essentiellement avec la température comme l'illustre le tableau de la figure 1. Les gaz d'échappement sont donc essentiellement constitués de : - N2 : azote qui est un gaz diatomique, - CO2 : dioxyde de carbone et - H2O : vapeur d'eau qui sont des gaz triatomiques. Le coefficient de compression adiabatique g est environ égal à : - 7/5 ( = 1,4 ) pour les gaz diatomiques et - 4/3 ( = 1,33 ) pour les gaz triatomiques. Avec les proportions de ces gaz issus de la combustion avec le méthanol, le coefficient g prend la valeur approximative de : 1,38 = ((12 x 1,4) + (6 x 1,33)) / 18. Si la combustion avait eu lieu avec du nitrométhane pur, ce coefficient deviendrait : 1,37 = ((7 x 1,4) + (5 x 1,33)) / 12. L'écart avec une combustion au méthanol est faible. Ainsi la valeur de g à retenir pour les calculs de résonateur sera de 1,38. | ||
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bientôt sur les pistes pour de bons vols ...