Loi des gaz parfaits
Pression, volume et température sont interconnectés.
La loi combinée des gaz repose sur l'équation de la loi des gaz parfaits. Elle stipule :
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Fioul |
Valeur calorifique moyenne (unités impériales) |
Valeur calorifique moyenne (unités métriques) |
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Kérosène n° 1 |
134,000 Btu/gal |
37.34 MJ/l |
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Fioul de chauffage n° 2 |
140,000 Btu/gal |
39.02 MJ/l |
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Fioul lourd n° 4 |
144,000 Btu/gal |
40.13 MJ/l |
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Fioul lourd n° 5 |
150,000 Btu/gal |
41.80 MJ/l |
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Fioul lourd n° 6 (2,7% soufre) |
152,000 Btu/gal |
42.36 MJ/l |
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Fioul lourd n° 6 (0,3% soufre) |
143,800 Btu/gal |
40.07 MJ/l |
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Charbon |
Valeur calorifique moyenne (unités impériales) |
Valeur calorifique moyenne (unités métriques) |
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Anthracite |
13,900 Btu/lb |
32.3 MJ/kg |
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Bitumineux |
14,000 Btu/lb |
32.6 MJ/kg |
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Sous-bitumineux |
12,600 Btu/lb |
29.3 MJ/kg |
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Lignite |
11,000 Btu/lb |
25.6 MJ/kg |
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Gaz |
Valeur calorifique moyenne (unités impériales) |
Valeur calorifique moyenne (unités métriques) |
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Naturel |
1,000 Btu/cu ft |
37.3 MJ/m3 |
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Butane liquéfié |
103,300 Btu/gal |
28.79 MJ/l |
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Propane liquéfié |
91,600 Btu/gal |
25.53 MJ/l |
Tableau des valeurs calorifiques des combustibles
Où :
P = Pression
V = Volume
T = Température
k = Constante pour une quantité fixe de gaz.
P, V et T, sont appelées variables, car elles varient en fonction des facteurs réels qui sont ensuite entrés comme valeurs dans l'équation. Le rapport de PV à T est constant. Cela signifie que lorsque P augmente, V diminue, et lorsque V augmente, P diminue. La relation entre la pression et le volume à température constante est inversement proportionnelle.
Si la température est maintenue constante, une augmentation de la pression sera accompagnée d'une diminution du volume.
Si la température est maintenue constante, une diminution de la pression sera accompagnée d'une augmentation du volume.
Si P est maintenu à la même valeur, alors V et T sont directement liés, c'est-à-dire que si V augmente alors T augmente, et vice versa. La même situation se produit si V est maintenu constant, c'est-à-dire que P et T sont liés, et une augmentation de P entraînera une augmentation de T, et vice versa. La relation entre la température et la pression à volume constant est linéaire, tout comme la relation entre la température et le volume à pression constante.
Quelques exemples sans unités peuvent être utilisés pour clarifier davantage l'équation.
Exemple 1
Un système de vapeur a une pression de 10, un volume de 3 et une température de 100.
Le volume d'un système de vapeur est fixe, car il s'agit d'un système fermé. L'augmentation de la pression du système à 15 doit également augmenter proportionnellement la température car la valeur constante (k) doit être maintenue pour que l'équation soit valide. Il est possible de calculer T, en entrant la nouvelle valeur de pression plus élevée de 15 puis en résolvant l'équation.
P = 15
V = 3
K = 0.3
T = ?
PV / T = k
(15 x 3) / T = 0.3
(15 x 3) / 0.3 = T
(15 x 3) / 0.3 = 150
De même, une réduction de la pression entraînera une réduction de la température car le volume est maintenu constant.
Si le volume est maintenu constant, une augmentation de la pression sera accompagnée d'une augmentation proportionnelle de la température.
Si le volume est maintenu constant, une diminution de la pression sera accompagnée d'une diminution proportionnelle de la température.
La loi des gaz parfaits est utilisée pour calculer les pressions, volumes et températures d'un gaz sur diverses plages. Une fois ces valeurs connues, il est possible de calculer des éléments tels que :
- La quantité d'énergie que le système contient et combien peut être transférée au point d'utilisation, par exemple à une turbine à vapeur.
- La taille et l'épaisseur des tuyaux du système requis.
- La taille des chaudières requises.
- La vitesse du gaz dans le système.
Certaines de ces données sont ensuite tabulées dans une table des gaz, ou lorsqu'elles sont utilisées pour la vapeur, une table de vapeur. Les tables de vapeur sont essentielles lors de la conception et de l'exploitation d'un système de vapeur.
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ideal-gas-law
https://chem.libretexts.org/Bookshelves