Le GNV carburant

le GNV carburant

Caractéristiques

Le sigle désigne le gaz naturel pour véhicules ; le constituant principal en est le méthane (CH4), composé d'hydrogène et de carbone, de masse volumique à l'état liquide 550 kg/m3, à l'état gazeux 730 kg/m3) ; la composition chimique du GNV peut varier en fonction des lieux de gisement.

Deux modes de stockage lui sont associés :
• sous forme gazeuse, à température ambiante où P = 200 bars (GNC soit gaz naturel comprimé) ;
• sous forme liquide, à la pression atmosphérique où T = - 161 °C (GNL soit gaz naturel liquéfié).

La température d'auto-inflammation (d'ignition) du gaz naturel (537 °C) diminue les risques d'incendie en cas de fuite (457 °C pour le propane, 280 °C pour l'essence) ; elle se définit comme la température minimale requise à laquelle doit être porté un lieu du mélange inflammable AIR/GAZ pour que la combustion s'amorce et se propage.

Il est établi que le gaz naturel est peu toxique ; il est odorisé par un additif (tétrahydrothiophène).

Deux types de gaz naturels sont distribués :
• de type H -> 10,7 < PcS < 12,8 ;
• de type B (ou L) -> 9,5 < PcS < 10,5.

Les véhicules automobiles sont alimentés par un mélange AIR-GNV de type H (haut pouvoir calorifique).

Le pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique est établi à partir de l'élévation de température et de la masse de l'échantillon ; il peut être dit :
• supérieur (PCS) quand l'eau produite par la combustion est supposée ramenée à l'état liquide dans les produits de combustion ;
• inférieur (PCI) quand l'eau issue de la combustion est restée à l’état vapeur dans lesdits produits de combustion.

Le ratio PCS/PCI est une variable dépendante de la part des éléments carbone et hydrogène qui composent le gaz combustible (PCS/PCI = 0,9).

Pouvoir calorifique du Propane C3H8 :
C3H8 + 5O2 ==> 3CO2 + 4H2O
Pc = [3(-393,52)+4(-241,83)]+103,85
<== C ==> <= H => Hc C3H8

Hc est l'enthalpie de formation, c’est-à-dire la quantité de chaleur à préléver aux gaz brûlés pour les ramener à la température initiale (en amont de la réaction).

La chaleur latente de vaporisation
Elle se définit comme la quantité de chaleur nécessaire pour voir transiter l'unité de masse de fluide de l'état liquide vers l'état vapeur

La masse volumique
La masse volumique a une incidence directe sur la consommation (une masse volumique élevée entraîne une consommation moindre à iso-Pci et iso-charge [ou charge constante]) et sur la réponse des systèmes attachés à l'alimentation en carburant du moteur thermique.

700 kg/m3 < essence auto < 750 kg/m3
720 kg/m3 < supercarburant < 770 kg/m3
730 kg/m3 < supercarburant sans plomb < 780 kg/m3
510 kg/m3 < gaz de pétrole liquéfié < 580 kg/m3

Les caractéristiques du produit GPLc données par le tableau ci-dessus sont celles associées à un mélange de gaz composé de 65 % de Butane et de 35 % de Propane.

Volatilité
La spécification de la volatilité des carburants est liée à deux caractéristiques :
• la distillation (quantification) de la masse de carburant évaporée en fonction du paramètre température ;
• la pression ou la tension de vapeur REID (TVR) qui caractérise l'aptitude du carburant à se vaporiser.
La tension de vapeur (pression qui règne au-dessus du carburant dans une enceinte thermique où la température est fixée à 100 °F = 37,8 °C) est égale à 4 500 mb pour le GPLc.

Tout comme pour le carburant GPLc, le besoin en énergie minimale d'allumage est supérieur pour initier la combustion d'un mélange AIR-GNV (33 mJ) comparativement à celui nécessaire à cette phase d'amorce relative au mélange AIR-ESSENCE (26 mJ).

La vitesse de combustion d'un mélange AIR-GNV est inférieure à celle d'un mélange AIR-ESSENCE ; elle a pour effet de dégrader les performances du moteur thermique.

Spécification GNV
Indices
• référence à l'indice d'octane (130) obtenu par extrapolation liée aux parts de chacune de ses composantes ;
• référence à l'indice de méthane (90) en prenant 0 pour hydrogène pur et 100 pour le méthane ;
• référence à l'indice de butane (2) en prenant 0 pour le méthane et 100 pour le butane.

L'indice de WOBBE (W) se définit comme le produit du pouvoir calorifique supérieur (PcS) du gaz (kWh/m3) par la racine carrée de la densité dudit fluide :

W = PcS(d0,5)

Tableau des indices de WOBBE pour quelques gaz caractéristiques :

La faible densité du méthane (0,55) permet au gaz naturel de se dissiper rapidement dans l'air (densité propane 1,5, vapeurs d'essence 4,4).

Les limites d'inflammabilité
La combustion ne peut s'amorcer et se propager que dans une plage de teneurs air-carburant qui définit les limites d'inflammabilité (inférieure, supérieure) du méthane dans l'air.

La plage d'inflammabilité s'incrémente en fonction de la température

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