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1 conditionnement de l'air à bord des navires par Patrick Farjon professeur à l

1 conditionnement de l'air à bord des navires par Patrick Farjon professeur à l'Ecole Nationale de la marine Marchande de Nantes 2 Conditionnement d’air I Air atmosphérique. I.1 Composition de l'atmosphère type. D'aprés l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (O.A.C.I) l'air sec est défini de la façon suivante : - l'air est considéré comme gaz parfait. - l'humidité est négligée. - les constantes physiques sont : M kg kmoles P z a        28 9644 1 19745 10 288 15 0 0065 1 225 287 053 8 5 25588 , / . , . ( , , ) , , , Pa (avec z = altitude). t = 15 C au niveau de la mer. kg / m au niveau de la mer. R = 8,3143 kJ / kmoles.K. r = R M J / kg.K. a 3 a  On doit tenir compte en outre de : - l'humidité. - vapeur d'eau. - eau sous forme liquide (brume, pluie etc...). - eau sous forme solide (neige, verglas etc...). - des impuretés. - poussières. - vapeurs industrielles. Composition de l'air sec : Composants Fraction molaire Masse molaire azote 0,7809 28,013 oxygène 0,2095 31,9988 argon 0,0093 39,948 dioxyde de carbone 0,0003 44,0099 néon 0,000018 20,183 hélium 0,00000524 4,0026 krypton 0,000001 83,80 hydrogène 0,0000007 2,01 3 I.2 Pression et température en fonction de l'altitude. altitude km 0 1 2 3 5 10 15 20 température °C 10 7,5 0 -5 -15 -40 -56,5 -56,5 pression bars 1,01325 0,9532 0,7892 0,6986 0,5373 0,2719 0,1199 0,0546 masse vol kg m / 3 1,226 1,165 0,992 0,894 0,711 0,397 0,193 0,088 II. Propriétés et grandeurs physiques. On considère l'air sec et la vapeur d'eau comme gaz parfaits. II.1 Pressions et masses volumiques. II.1.1 loi des gaz parfaits. - air sec : : que on tire ' . volumique masse massique. volume sec air d' pression p J/kg.K. 287,05 = r avec p a a a a a ou d p T r a a a a              a T = pa 287 05 , - vapeur d'eau : : que on tire ' . volumique masse massique. volume sec. air d' pression p J/kg.K. 461,51 = r avec p v v v v v ou d p T r v v v v              v T = p v 461 51 , II.1.2 loi de Dalton. 4 La pression totale dans une enceinte est égale à la somme des pressions partielles des différents gaz et vapeurs contenus dans cette enceinte, ce qui ce traduit par : v a a v a p p p T p p p p           et 05 , 287 avec : donne qui ce vapeur. de partielle pression p air. d' partielle pression p enceinte. l' de otale pression t p avec a v a  a v p p T   287 05 , Soit m la masse d'air sec occupant un volume V à la température T on a : a ma    a v V p p V T ( ) , 287 05 Soit m la masse de vapeur occupant un volume V à la température T on a : v mv   v v V p V T 461 51 , Si l'air est saturé de vapeur d'eau on a : p p f t v vs   ( ). II.2 Humidité spécifique, Humidité absolue, Teneur en eau. Par définition on pose :x m m V V pV p p v a v a v a v          287 05 461 51 , , ( ) ce qui donne : x p p p v v   0 622 , en kg d'eau / kg d'air sec Si l'air est saturé de vapeur d'eau on a alors : x x f t s    et p ps ( ) II.3 Volume massique, volume spécifique. II.3.1 Volume massique.        V m m V V V a v a v ce qui donne :      1 a v kg en m d'air humide 3 / 5 II.3.2 Volume spécifique. Dans ce cas on ramène le volume à la masse d'air sec, d'ou on tire que : s a V m kg  en m d'air sec 3 / II.4 Humidité relative. On pose :   p p f t v vs avec pvs ( ) II.5 Degré de saturation. On pose : : que déduit en on 622 , 0 p - p p 0,622 = x que tenu compte v v           s s v v s s p p p x x x W W p p p p v v s     en général on a p vs et p v qui sont petits devant p ce qui permet de conclure que : W  II.6 Enthalpie de l'air humide. On prend comme référence : - air sec H a   0 pour t = 0 C - vapeur d'eau H v   0 pour l'eau liquide à 0 C II.6.1 Enthalpie massique de l'air sec.   t a a d Cp H 0 a * kJ/kg.K 1,006 = Cp avec kJ/kg en  II.6.2 Enthalpie massique de la vapeur d'eau. Elle est donnée par : - tables de vapeur d'eau. - diagramme de Mollier. - la relation suivante H t v * ,   2500 1 8266 en kJ / kg 6 Le terme 2500 correspond à la chaleur latente de changement d'état à 0°C de l'eau et le terme 1,8266t à la chaleur sensible de 0°C à t°C de la vapeur d'eau. . II.6.3 Enthalpie de l'air humide. D'aprés ce qui précède on en déduit que : H m H m H m H m m H m H xH a a v v a a v a v a a v       * * * * * * ( ) ( ) car x = m m v a On définit l'enthalpie spécifique de l'air humide rapportée à l'unité de masse d'air sec par : H H xH t x xt s a v      * * , , 1 006 2500 1 8266 en kJ / kg d'air sec II.7 Températures de l'air humide. II.7.1 Température sêche (bulbe sec). C'est la température donnée par la lecture d'un thermomètre à bulbe sec. C'est la température normale de l'air humide. II.7.2 Température de rosée. Si on refroidit par un moyen quelconque une surface S placée dans un air humide dont l'humidité spécifique est constante (x=cste) on atteint une température tr pour laquelle la phase condensée liquide apparait sur la surface. On dit que l’on a atteint le point de rosée. La température t r est la température de rosée. Si ts  tr il y a dépot de phase condensée, d’aprés le diagramme (p,T) de la vapeur d’eau on en déduit que la température de rosée apparait comme un moyen de déterminer pv puisque pv = f(tr). II.7.3 Température de saturation adiabatique. Considèrons de l’air qui s’écoule dans un canal thermiquement isolé (Q=0) dans lequel une masse d’eau me peut s’évaporer. Air humide Air froid Surface S à la température ts Pression pvs pv tr t A B C température phase liquide phase vapeur 7 * Bilan massique de l’eau : m x m m x a e a h 1 0    * Bilan énergétique : m H m H m H a s e e a h s 1 0    * On divise les deux relations par ma ce qui donne :  2 0 H (1) 0 * s 1 1 1          s h e a e h a e h a e H H m m x x m m x m m x En reportant (1) dans (2) on obtient :     s s h e s h e h s H H H x H H x x H 1 * 1 h * 1 1 x 0         (3) Compte tenu que :             1 1 1 1 1 * 8266 , 1 2500 006 , 1 8266 , 1 2500 006 , 1 185 , 4 t x x t H t x x t H t H s h h h h s h h e En remplaçant dans la relation (3) on en déduit que :  uploads/s3/ conditionnement-d-x27-air.pdf