Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Cycle de Brayton inverse

Comme l'indique son nom, un cycle de Brayton inverse réalise un effet frigorifique en inversant le cycle de Brayton, c'est-à-dire celui de la turbine à gaz : un gaz est comprimé, refroidi, puis détendu (figure ci-dessous). La température de fin de détente étant basse, ce gaz peut être utilisé pour refroidir une enceinte, soit par contact direct, notamment s'il s'agit d'air, soit par l'intermédiaire d'un échangeur.

Schéma d'un cycle de Brayton inverse ouvert

Considérons à titre d'exemple un cycle de Brayton inverse ouvert utilisé pour climatiser l'habitacle d'une automobile afin de limiter les émissions de CO2. Le fluide de travail est de l'air qui subit les transformations suivantes :

  • compression adiabatique (1-2 ) jusqu'à 2,5 bars dans un compresseur de rendement polytropique 0,875

  • refroidissement isobare (2-3 ) de l'air comprimé dans un échangeur avec l'air extérieur

  • détente (3-4 ) dans une turbine adiabatique de rendement polytropique 0,875

Le synoptique d'un tel cycle dans Thermoptim est donné ci-dessous. L'habitacle du véhicule est représenté par la transfo "effet utile". L'air à 40 °C est aspiré par le compresseur, dont il sort à environ 150 °C. Un refroidissement externe via un échangeur à eau permet de refroidir à 56 °C le flux d'air, qui est ensuite détendu dans la turbine, dont il sort à -3 °C environ. Cet air est alors soufflé dans l'habitacle.

Synoptique d'un cycle de Brayton inverse ouvert

Comme on le voit, l'efficacité du cycle n'est pas très élevée (0,85), mais le système est relativement simple, et présente de surcroît l'intérêt de ne libérer aucun gaz à effet de serre en cas de rupture accidentelle des canalisations.

Le cycle de Brayton inverse à air a été jusqu'à récemment très utilisé dans les avions pour assurer la climatisation de la cabine en vol.

Fiches-guides de TD

 Il n'y a pas de fiche-guide de TD traitant de ce cycle.

Exercices et activités personnelles

A titre d'exercice vous pouvez modéliser le cycle présenté ci-dessus . Son corrigé succinct vous fournira les fichiers Thermoptim correspondants.

Un second exercice relatif à un cycle de Brayton inverse à hélium fermé est présenté dans la fiche thématique sur la cryogénie.

Références

 M. S. BHATTI, Open Air Cycle Air Conditioning System for Motor Vehicles, Society of Automotive Engineers, SAE Technical Papers, Document Number 980289,1998

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