L'air humide
Le diagramme enthalpique de l'air humide est un instrument pratique et efficace pour : (i) étudier et évaluer l'énergie nécessaire à la maîtrise des conditions du séchage ; et (ii) la mise en œuvre correcte du processus industriel. Le diagramme permet de déterminer toutes les propriétés de l'air telles que la température de rosée (
), température du thermomètre humide (
), enthalpie (H), HR, etc. et ce à partir de ses deux paramètres comme, par exemple, la température et l'humidité absolue (
). Le diagramme permet aussi de suivre l'évolution de ces paramètres au cours de l'opération du séchage sans avoir recours à des calculs fastidieux.
Construction du diagramme enthalpique de l'air humide
En séchage, la représentation la plus utilisée est le diagramme de Mollier-Ramzine, sur lequel l'enthalpie H (exprimée en kJ/kg d'air sec) est portée en ordonnées et le taux d'humidité absolue
(exprimé en kg d'eau/kg d'air sec) en abscisses. Les températures apparaissent sous la forme d'isothermes. Les axes sont obliques et l'inclinaison de l'axe des abscisses est choisie de manière à ce que l'isotherme à 0°C soit perpendiculaire à l'axe des ordonnées. L'humidité relative apparaît sur des courbes iso-humidité relative (Figure 3). Les caractéristiques thermodynamiques de l'air humide à pression atmosphérique sont établies en considérant 1 kg d'air sec contenant
kg d'eau.
L'enthalpie de l'air humide est la somme de l'enthalpie de l'air sec et de la vapeur d'eau.
avec
et
(3)
Où :
: Enthalpie nécessaire pour faire passer l'air sec de 0°C à
(chaleur sensible)
: Enthalpie nécessaire pour faire passer la vapeur d'eau de 0°C à
(chaleur sensible)
: enthalpie de vaporisation de l'eau (chaleur latente) à 0°C
Dans la gamme des températures et des pressions atmosphériques ordinaires, l'équation (3) s'écrit :
ainsi,
(4)
Grandeurs mesurables
Définition : Humidité absolue
L'humidité absolue (
) ou teneur en vapeur d'eau s'obtient à partir de l'équation :
(5)
Où
est la quantité d'eau, et
la quantité d'air sec.
est généralement exprimée en kg d'eau/kg d'air sec.
Définition : Température de rosée
La température de rosée (
) d'un air humide est définie comme étant la température pour laquelle la pression de vapeur p est égale à la pression de vapeur saturante (Figure 4). On la mesure comme étant la température à laquelle, il faut refroidir l'air humide (à
constante) pour atteindre la saturation. Elle est déterminée à l'aide d'un hygromètre à condensation.
Définition : Température du thermomètre humide
La température du thermomètre humide (
) est définie comme la température à l'équilibre de l'air humide amené à saturation (formation des premières gouttes d'eau liquide) par augmentation de
(Figure 4). Elle est déterminée à l'aide d'un psychromètre. En pratique, c'est la température donnée par le thermomètre humide dont le bulbe est enveloppé dans un matériau poreux imprégné d'eau ; l'air humide est amené à une vitesse suffisante autour de celui-ci pour atteindre un équilibre définissant la
.
La
se lit à l'intersection de la droite isenthalpe passant par (
,
) de l'air avec la courbe HR = 100%
Définition : Humidité relative (HR)
HR est une mesure relative du degré de saturation en vapeur d'eau de l'air. Les capteurs les plus utilisés pour la détermination de l'HR sont les hygromètres à variation d'impédance. L'élément sensible est une couche mince d'un produit hygroscopique dont la résistivité ou la constante diélectrique varie beaucoup avec HR de l'air dans lequel il est placé.
Mélanges d'air
À l'aide du diagramme enthalpique de l'air humide, il est possible de déterminer les caractéristiques d'un mélange de deux airs de caractéristiques connues (Tableau 2).
L'humidité absolue
et l'enthalpie
du mélange M sont telles que :
(6)
il en découle :
(7)
soit :
(8)
Remarque :
L'égalité des rapports de l'équation (8) se traduit par l'alignement des points 1, 2 et m sur le diagramme enthalpique de l'air humide.
Masse (Kg d'air sec) | Enthalpie (KJ / Kg) | Humidité absolue (Kg d'eau / Kg d'air sec) | |
Air 1 |
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Air 2 |
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Mélange M |
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Utilisation du diagramme de l'air humide en séchage
Le séchage peut être effectué à des pressions autres que la pression atmosphérique. La construction du diagramme enthalpique est sensiblement le même, à l'exception du tracé des courbes d'humidité relative qui dépend de la pression totale.
Pour pouvoir utilisé le diagramme de Mollier-Ramzine, on utilise les courbes
au lieu de HR où
où
est égale au rapport de la pression totale à laquelle on travaille à la pression atmosphérique ordinaire :
Ceci explique qu'un air saturé à pression atmosphérique : (i) comprimé de façon isotherme, devient un brouillard puisqu'il passe sous sa courbe de saturation ; et (ii) détendu de la même façon se dé-sature puisqu'il passe au dessus de sa courbe de saturation.
