Chapitre 6
171
4. Calculez les puissances spécifiques pour chacun
des quatre transferts énergétiques, et calculez ainsi
l’efficacité du climatiseur.
5. Le/la propriétaire souhaite obtenir un flux d’air
frais à 12
◦ C de débit 0,25 m
3 s
−1 . Quelle puissance
électrique faut-il fournir au climatiseur pour cela ?
6. Quel sera alors le débit minimal d’air extérieur à
faire circuler dans la section extérieure du climatiseur ?
7. Pendant l’hiver, le/la propriétaire souhaite modifier le climatiseur pour le transformer en pompe
à chaleur. Décrivez (de façon qualitative) une modification du circuit pour cela, et tracez l’évolution de l’air du circuit sur un nouveau diagramme
pression-volume en y indiquant les transferts énergétiques.
6.12 Pack de conditionnement
Un « pack » de conditionnement d’air est une machine
thermodynamique utilisée dans les avions de transport
pour pressuriser le fuselage et pour maintenir la température dans le cockpit, la cabine et les soutes à un
niveau confortable quelles que soient les conditions
extérieures.
Les packs (souvent appelés ecs ou acm, pour Environment Control System et Air Cycle Machine) sont souvent placés autour du caisson de voilure dans la zone
non-pressurisée des avions de ligne (figure 6.27). Une
particularité intéressante de leur fonctionnement est
que c’est l’air du circuit thermodynamique lui-même
qui est inséré dans la cabine à destination des passagers.
Nous étudions ici les fonctions de chauffage et de climatisation d’un pack : pour cela, nous simplifions la
modélisation de son fonctionnement.
L’air destiné à la cabine commence son chemin à l’entrée des moteurs à turbine de l’avion.
1 Dans le compresseur d’un de ces moteurs, sa pression est multipliée
Figure 6.23 – Un ecs destiné à un Comac C919, de
longueur environ 1,5 m.
Photo CC-by-sa Olivier Cleynen
1 Excepté lorsque l’avion, au sol, est connecté à une
source d’air conditionné ou pressurisé.
par 5 pendant une évolution approximativement adiabatique et réversible ; puis il est conduit jusqu’au pack.
En entrant dans le pack, cet air passe par un échangeur
de chaleur où il perd de la chaleur (figure 6.24). Cette
chaleur est prélevée par un flux d’air distinct, dit ram :
c’est de l’air extérieur aux conditions atmosphériques,
prélevé et rejeté sous le fuselage. Les circuits d’air cabine et d’air ram sont à des pressions très différentes et
ne sont jamais mélangés.
Après son passage dans l’échangeur de chaleur, l’air du
pack peut suivre trois circuits distincts avant d’arriver
dans la cabine :
Le circuit A est utilisé par temps froid, lorsque l’on
souhaite porter ou maintenir la cabine à une
température plus haute que la température extérieure ;
Le circuit B est utilisé par temps modéré, lorsque la
cabine doit être portée ou maintenue à température proche de la température extérieure ;
Le circuit C est utilisé par temps chaud, lorsque les
besoins en climatisation de la cabine sont importants.
Le pack contrôle automatiquement le débit d’air extérieur (ram) et sélectionne le circuit à suivre par l’air
destiné à la cabine, pour porter sa température jusqu’à
la valeur demandée par l’équipage au poste de pilotage
(figure 6.28).
Circuit A : Réchauffage par temps froid
Dans le circuit A, l’air destiné à la cabine est simplement détendu dans une soupape (figure 6.25) avant
d’être inséré dans la cabine.
Dans la soupape, la pression chute brutalement et le
volume spécifique augmente ; pourtant, aucun travail
ou transfert de chaleur n’est effectué. Il s’agit d’une
détente dite « de Joule et Gay-Lussac » (cf. §4.3.2 p. 90).
Le processus est entièrement irréversible.
Lorsque l’avion est au sol par conditions climatiques
froides (−35
◦ C, 1 bar) :
Figure 6.24 – Circuit représentant l’air arrivant dans le
pack par la gauche, en provenance des moteurs (en1 et
en2) ou du groupe auxiliaire de puissance (apu). Cet air
repart dans un des trois circuits A, B ou C après avoir
perdu de la chaleur au profit de l’air ram.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
171
4. Calculez les puissances spécifiques pour chacun
des quatre transferts énergétiques, et calculez ainsi
l’efficacité du climatiseur.
5. Le/la propriétaire souhaite obtenir un flux d’air
frais à 12
◦ C de débit 0,25 m
3 s
−1 . Quelle puissance
électrique faut-il fournir au climatiseur pour cela ?
6. Quel sera alors le débit minimal d’air extérieur à
faire circuler dans la section extérieure du climatiseur ?
7. Pendant l’hiver, le/la propriétaire souhaite modifier le climatiseur pour le transformer en pompe
à chaleur. Décrivez (de façon qualitative) une modification du circuit pour cela, et tracez l’évolution de l’air du circuit sur un nouveau diagramme
pression-volume en y indiquant les transferts énergétiques.
6.12 Pack de conditionnement
Un « pack » de conditionnement d’air est une machine
thermodynamique utilisée dans les avions de transport
pour pressuriser le fuselage et pour maintenir la température dans le cockpit, la cabine et les soutes à un
niveau confortable quelles que soient les conditions
extérieures.
Les packs (souvent appelés ecs ou acm, pour Environment Control System et Air Cycle Machine) sont souvent placés autour du caisson de voilure dans la zone
non-pressurisée des avions de ligne (figure 6.27). Une
particularité intéressante de leur fonctionnement est
que c’est l’air du circuit thermodynamique lui-même
qui est inséré dans la cabine à destination des passagers.
Nous étudions ici les fonctions de chauffage et de climatisation d’un pack : pour cela, nous simplifions la
modélisation de son fonctionnement.
L’air destiné à la cabine commence son chemin à l’entrée des moteurs à turbine de l’avion.
1 Dans le compresseur d’un de ces moteurs, sa pression est multipliée
Figure 6.23 – Un ecs destiné à un Comac C919, de
longueur environ 1,5 m.
Photo CC-by-sa Olivier Cleynen
1 Excepté lorsque l’avion, au sol, est connecté à une
source d’air conditionné ou pressurisé.
par 5 pendant une évolution approximativement adiabatique et réversible ; puis il est conduit jusqu’au pack.
En entrant dans le pack, cet air passe par un échangeur
de chaleur où il perd de la chaleur (figure 6.24). Cette
chaleur est prélevée par un flux d’air distinct, dit ram :
c’est de l’air extérieur aux conditions atmosphériques,
prélevé et rejeté sous le fuselage. Les circuits d’air cabine et d’air ram sont à des pressions très différentes et
ne sont jamais mélangés.
Après son passage dans l’échangeur de chaleur, l’air du
pack peut suivre trois circuits distincts avant d’arriver
dans la cabine :
Le circuit A est utilisé par temps froid, lorsque l’on
souhaite porter ou maintenir la cabine à une
température plus haute que la température extérieure ;
Le circuit B est utilisé par temps modéré, lorsque la
cabine doit être portée ou maintenue à température proche de la température extérieure ;
Le circuit C est utilisé par temps chaud, lorsque les
besoins en climatisation de la cabine sont importants.
Le pack contrôle automatiquement le débit d’air extérieur (ram) et sélectionne le circuit à suivre par l’air
destiné à la cabine, pour porter sa température jusqu’à
la valeur demandée par l’équipage au poste de pilotage
(figure 6.28).
Circuit A : Réchauffage par temps froid
Dans le circuit A, l’air destiné à la cabine est simplement détendu dans une soupape (figure 6.25) avant
d’être inséré dans la cabine.
Dans la soupape, la pression chute brutalement et le
volume spécifique augmente ; pourtant, aucun travail
ou transfert de chaleur n’est effectué. Il s’agit d’une
détente dite « de Joule et Gay-Lussac » (cf. §4.3.2 p. 90).
Le processus est entièrement irréversible.
Lorsque l’avion est au sol par conditions climatiques
froides (−35
◦ C, 1 bar) :
Figure 6.24 – Circuit représentant l’air arrivant dans le
pack par la gauche, en provenance des moteurs (en1 et
en2) ou du groupe auxiliaire de puissance (apu). Cet air
repart dans un des trois circuits A, B ou C après avoir
perdu de la chaleur au profit de l’air ram.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen