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Indice de Wobbe des combustibles gazeux

En 1927, Goffredo Wobbe, un physicien de Bologne en Italie observait que:
  • La chaleur dégagée par un brûleur est proportionnelle au débit volumique (à pression constante et taille d'orifice identique)
  • La vitesse au travers une taille d'orifice donnée est proportionnelle à la masse volumique du gaz
  • Le pouvoir calorifique d'un gaz est proportionnel à sa masse volumique

Intérêt de l'indice de Wobbe pour le fonctionnement des brûleurs

La valeur calorifique d'un combustible gazeux, souvent exprimée par le PCI ou le PCS (PCI = Pouvoir Calorifique Inférieur, PCS = Pouvoir Calorifique Supérieur) en MJ/Nm3, est la quantité d'énergie générée par la combustion de 1 Nm3 de gaz.
Le débit de gaz s'écoulant au travers d'une restriction (orifice ou vanne) est donné par la formule suivante:

Qv = αΑ0√(2Δp/ρ)
avec:
Qv = débit volumique
α = facteur dépendant de la taille et de la forme de la restriction
Δp = pression différentielle
ρ = masse volumique
Α0 = diamètre d'orifice
Sous pression constante, la masse volumique d'un gaz est proportionnelle à sa densité par rapprt à l'air ou à sa masse molaire moyenne.

De la formule ci-dessus on déduit que lorsque la densité du gaz (ou sa masse molaire moyenne) alimentant un brûleur change, l'énergie libérée change aussi puisque le débit volumique change.
L'indice de Wobbe du combustible, qui est le ratio de son pouvoir calorifique (PCI ou PCS) sur la racine carrée de sa densité, indique la quantité d'énergie libérée par le brûleur alimenté avec une pression différentielle constante.
Deux gaz de même indice de Wobbe produiront une même quantité d'énergie sur un même brûleur fonctionnant avec une même pression différentielle, même si leur pouvoir calorifique est différent.

Indice de Wobbe de combustibles gazeux courants

Gaz PCS
MJ/Nm3
PCI
MJ/Nm3
Densité/Air Indice supérieur
MJ/Nm3
Indice inférieur
MJ/Nm3
Hydrogène 12,8 10.8 0,07 48,5 40.8
Méthane 39,9 35,9 0,55 53,6 48,2
Ethane 70,6 64,5 1,05 68,9 62,9
Ethylène 63,4 59,5 0,975 64,2 60,2
Gaz naturel 37,8 33,5 0,68 46 41
Propane 102 93,7 1,56 81,6 75,0
Propylène 93,8 87,8 1,48 77,0 72,1
n-butane 135,0 123,8 2,09 93,4 85,6
Iso-butane 132,2 121,9 2,06 92,0 84,9
Butylène-1 125,8 117,7 2,01 88,8 83,1
GPL 117,4 107,9 1,9 85 78
Acétylène 58,5 56,5 0,905 61,5 59,4
Monoxyde de Carbone 12,7 12,7 0,97 12,9 12,9

L'indice de Wobbe utilise les mêmes unités que le pouvoir calorifique. Les unités usuelles sont:
  • BTU/scf (British Thermal Unit / standard cubic foot) dans le monde anglo-saxon
  • MJ/Nm3 (Méga Joule / Normal mètre cube) en Europe (1000 BTU/scf = 37,3 MJ/Nm3)
Les combustibles gazeux commerciaux sont classés en quatre familles selon leur indice de Wobbe

Famille     Plage d'Indice de Wobbe (MJ/Nm3)         Type de gaz   
1 22,5 – 30 Gaz de synthèse
2 L
(Low range)
39 – 45 Gaz naturel
2 H
(High range)
45,5 – 55 Gaz naturel
3 73,5 – 87,5 GPL




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