Brûleur de type "Bobino" - Théorie

Afin d'améliorer la combustion de nos brûleurs, il est intéressant d'en comprendre le principe .

• Principe d’une torche :



C’est tout simplement un tube laissant un produit inflammable s’échapper sous pression. Dans nos applications se sera bien sûr du gaz. Mais cette simplicité cache un tas de phénomènes plutôt complexes ! Si on observe la figure ci-dessus :
- Il y a d’abord une zone ou il semble ne rien se passer. Au départ, le gaz sous pression sortant du gicleur entraîne un peu d’air par friction.
Cette zone de mélange est appelée  « zone de décollement ».
- Puis la flamme apparaît, mais d’abord uniquement en périphérie du jet de gaz. C’est l’amorçage de la combustion et ce point est  appelé « point d’accroche » de la flamme.
- Si l’on continue à parcourir le jet de gaz, 3 phénomènes inter-actifs entrent alors en jeu :
. Le jet de gaz a tendance à s’élargir (expansion)
. L’air ambiant diffuse vers l’intérieur du jet de gaz
. Les produits de la combustion doivent s’évacuer
La flamme va alors progressivement s’étendre à tout le volume du jet de gaz.
- Dans notre exemple simple d’un bout de tube, il est bien évident que la flamme sera sans doute de piètre qualité, les trois phénomènes mentionnés ci-dessus se contrariant : L’air veut entrer dans le flux de gaz alors que le gaz veut poursuivre son expansion. Le mélange finit par se faire… On doit pouvoir améliorer les choses…

• Inflammabilité d’un combustible :
Des milliers de pages et des kilomètres de formules ont été écrites sur le sujet ! Rassurez-vous, pour notre besoin nous ne regarderons qu’un seul graphique tout simple.



Celui là est basé sur les travaux de Mr Zabetakis, physicien américain. Il décrit les conditions d’inflammabilité d’un combustible et est facile à comprendre.
En abscisse, la température du mélange air/gaz. En ordonnée, le pourcentage volumique du gaz dans l’air ambiant. Pour chaque combustible il est alors possible d’établir des courbes caractéristiques schématisées par des droites sur le dessin :

- La droite « L.I.I. », Limite Inférieure d’Inflammabilité. Pour tous les points (couple % volumétrique du gaz et température du mélange) situés en dessous de cette droite (Zone A) le pourcentage volumique de gaz est trop faible pour qu’il y ait combustion. Ou en d’autres termes, le mélange est trop « pauvre ». Il y a trop d'air.

- La droite « L.S.I. », Limite Supérieure d’Inflammabilité. Pour tous les points situés au dessus de cette droite (Zone B) le pourcentage volumique de gaz est trop élevé pour qu’il y ait combustion. Le mélange est trop « riche », il n’y a pas assez d’air.

- Et entre les deux droites, la zone « C » où une combustion auto-entretenue est possible.

- Deux autres valeurs intéressantes à noter sur le graphique:
. « Le point d’ éclair » : C’est la température et le pourcentage volumique minimums pour lesquels il est possible d’enflammer le combustible. Mais sans apport extérieur, la flamme ne s’entretiendra pas d’elle-même.
. La zone d’auto-inflammation : Lorsque la tempéraure est au-dessus de T2, le mélange s’enflammera spontanément.

Pour préciser le diagramme ci-dessus pour nos applications, rappelons que le rapport optimum de combustion dans l'air est compris :
entre 1,8 % et 8,8 % pour le gaz butane.
entre 2,4 % et 9,3 % pour le gaz propane.
En dessous de la limite inférieure et au dessus de la limite supérieure, il n’y a pas de risque d’explosion.
La température d’auto-inflammation est de 490 °C. Lorsqu’il atteint cette température, le propane gazeux s’enflamme.

• Et alors, que faire pour nos brûleurs ?
On peut interpréter le dessin basique de notre torche à la lueur du graphique.

- Dans la zone de décollement, nous sommes dans les conditions de la zone « B » du graphique, mélange trop riche et/ou température trop basse,  donc pas de combustion.
- Au point d’amorçage de la combustion, le mélange air/gaz en périphérie du jet correspond à un point de la zone « C ». Mais le centre du jet est encore trop riche en gaz et se trouve toujours en zone « B »
- Progressivement le mélange finit par s’homogénéiser et l’ensemble du jet se trouve en zone « C ».

Et on comprend mieux le dilemme « Plein gaz/Veilleuse » :
- A pleine pression, il faut autoriser un apport important d’air pour réduire la concentration de gaz et rester sous la droite « L.S.I. ».
- Mais si l’on réduit considérablement la pression du gaz (ie : pression vapeur atteinte dans la chaudière et diminution du débit de gaz commandé par le régulateur), alors que l’apport d’air reste le même, la concentration en gaz va passer sous la droite L.I.I. et le brûleur s’éteindre.

Donc, soit on ne réduit pas trop la pression gaz en position dite « veilleuse » pour rester largement dans la zone « C » mais alors consommation de gaz un peu inutile, soit on installe une veilleuse indépendante pour rallumer la torche principale lors de la remise à pleine pression du gaz.

Autre constatation : Il faut favoriser la formation d’un mélange homogène gaz/air le plus tôt possible pour bénéficier d’une bonne combustion tout au long du jet. L’idéal est de le faire dès le point d’accroche de la flamme.

Le brûleur type « Bobino »  que nous vous présentons aujourd’hui ne présente que des avantages : Court, bonnes performances, pas de veilleuse séparée, montage en façade et réalisation relativement aisée. Avant d’en détailler les plans, voyons le principe.

• Principe du brûleur type « Bobino » :
C’est en fait deux brûleurs encastrés l’un dans l’autre avec deux entrées d’air, réglables en débit (diamètre).



Lorsque l’on est en « veilleuse », seule l’entrée d’air primaire est réellement active. La régler pour avoir une jolie flamme bien stable à la pression réduite de « veilleuse ».

Lorsque l’on passe à pleine chauffe, la pression du gaz augmente. La zone de décollement s’allonge. L’ensemble est dimensionné pour que l’entrée d’air secondaire entre en jeu à temps pour maintenir le pourcentage de gaz sous la fameuse droite « L.S.L. ». Là, on frôle « L’ART » dans le dimensionnement… Un diffuseur est placé immédiatement après l’entrée d’air secondaire pour favoriser  un mélange homogène gaz/air.

Lors de la manœuvre inverse, passage de « plein gaz » à « veilleuse » c’est le phénomène opposé qui se produit : La flamme raccourcit, la zone de décollement diminue, l’entrée d’air secondaire ne joue plus aucun rôle et la flamme se nourrit exclusivement de l’entrée d’air primaire.

Ce dispositif permet de travailler avec une veilleuse à très faible débit sans risque d’extinction ou de soufflage.

• Réalisation d’un brûleur type « Bobino » :
Il n’y a pas de dimensionnement absolu et ce type de brûleur peut facilement être adapté à vos besoins en chauffe. Il faut toutefois respecter certaines proportions pour obtenir un fonctionnement correct. Les dimensions critiques sont résumées sur la vue suivante :



Le débit dépendra du diamètre de l’orifice du gicleur et de beaucoup d’autres paramètres pas faciles à déterminer dans nos applications. Bobino propose une formule simplifiée (conditions standards de température soit 25°C) qui donnera une valeur certes approximative mais suffisante en première approche :

Débit = 67,5 x d² x √P

Avec « Débit gaz » en gr/heure, « d » diamètre orifice en mm et « P » pression du gaz en millibars effectifs.

Le plus difficile à évaluer dans nos applications sera la pression du gaz. En l’absence de détendeur dans le circuit, elle variera au cours de la chauffe. Plus vite dans le cas de soutirage en phase « gaz » (refroidissement du réservoir, etc…) que dans le cas de soutirage en phase liquide. Mais dans ce dernier cas, la température est une inconnue… Quelques essais peuvent s’avérer nécessaires pour choisir le diamètre du gicleur, la formule donnant simplement un ordre de grandeur.

Prochaine étape, réalisation du brûleur...

   Marcel

Hello,
C'est très intéressant et dommage de ne pouvoir faire d'ateliers pratiques...
Je m'arrête là pour ne pas polluer le sujet
@+Pier33

 Bonsoir.
Ce n'est pas polluer le sujet que de donner son avis sur un tel post.  
Un bel hommage à BOBINO , rendu avec talent et de façon tout à fait didactique. 
Bravo ROOKIE, on  comprend enfin tout sur le brûleur torche!
En plus le "truc" de BOBINO est génial pour la reprise et le contrôle de la flamme. 
Décidément, on n'est pas des bœufs sur le BLEU!  

Aurais-tu un autre exemple de torche pour avoir une autre idée????  
Bien cordialement.  
 

KBIO a écrit::
Aurais-tu un autre exemple de torche pour avoir une autre idée????  
Bien cordialement.  
 

Tiens y a ça comme brûleur... Une ou deux qui devraient te rappeler quelques souvenirs... Là c'est une autre dimension... Test d'un forage en mer au large d'Abu Dhabi en 73, débit 8000 barils/jours...





A+
Marcel.

Hello.

Je sens que ça va plaire à Lagaffe, le vapeur lance flamme...

Bonsoir!
C'est vrai que quand le gicleur se colmate, il vaut mieux réagir vite.
Quel plaisir de changer les tôles tordues par la chaleur , ............au dessus du vide!
Y'a vraiment des métiers à la con!
Mais c'est un autre sujet!
Au moins, pas de problème de chauffe!
Cordialement.