Psychrométrie


Psychrométrie
Psychromètre à circulation forcée

La psychrométrie est le domaine scientifique concernant la détermination des caractéristiques physiques et thermodynamiques d'un mélange gaz-vapeur. L'hygrométrie est le cas particulier du mélange air-vapeur d'eau.

Sommaire

Applications usuelles

Les principes de la psychrométrie peuvent s'appliquer à n'importe quel système mettant en jeu des mélanges gaz-vapeur. Les plus courants étant la ventilation, la climatisation et la météorologie.

Le rapport psychrométrique

Le rapport psychrométrique relie l'humidité absolue et l'humidité maximale avec la différence entre la température de bulbe humide et celle de saturation adiabatique. Dans le cas du mélange vapeur d'eau - air, le rapport est de l'ordre de l'unité ce qui simplifie les calculs pour les problèmes de séchage et de refroidissement.

Les diagrammes psychrométriques

Un diagramme psychrométrique regroupe les principales caractéristiques de l'air humide pour une pression atmosphérique donnée (en général celle au niveau de la mer, c'est-à-dire 1013 hPa):

  • Température de bulbe sec notée θ est la température donnée par un thermomètre sec, placé dans un courant d'air humide et protégé des rayonnements parasites (venant d'objets froids ou chauds comme le soleil).
  • Température de bulbe humide notée θh est la température de l'air circulant au-dessus d'une grande surface d'eau liquide dans un système calorifugé. C'est par exemple la température indiquée par un thermomètre placé dans un linge humide soumis à courant d'air.
  • Température de rosée notée θR est la température à laquelle un air humide est à la pression de vapeur saturante. À cette température l'air ne peut plus emmagasiner de la vapeur d'eau sans que celle-ci ne se condense.
  • Humidité relative notée HR est le rapport entre la quantité d'eau présente dans l'air et la quantité maximale d'eau que l'air pourrait contenir à la même température. C'est aussi le rapport entre la pression de vapeur et la pression de vapeur saturante.

HR=\frac{P_{v}}{P_\text{v sat}}

  • Humidité absolue notée Y est la quantité d'eau contenue dans l'air, elle est exprimée en gramme(s) par kilogramme d'air sec.

Y=\frac{m_{v}}{m_\text{air sec}}=\frac{M_{v}.P_{v}}{M_\text{air sec}.P_\text{air sec}}

Y=0,622.\frac{P_{v}}{P-P_{v}}

  • Enthalpie spécifique symbolisée par la lettre h*. Cela correspond à l'énergie contenue dans le fluide dans un état donné (température, pression,... fixés).
  • L'enthalpie spécifique de l'air sec est donnée par :

h_{a}^{*}(\theta)=c_{a}.\theta

avec c_{a}\approx 1,006kJ/(kg.K) capacité calorifique de l'air pour des températures d'air comprises entre -20 °C et 50 °C.

L'enthalpie spécifique de la vapeur d'eau est donnée par :

h_{v}^{*}(\theta)=L_{v}(0)+c_{v}.\theta

avec L_{v}(0)\approx 2500.8kJ/kg chaleur latente de vaporisation et c_{v}\approx 1,8266 kJ/(kg.K) capacité calorifique de la vapeur.

L'enthalpie spécifique de l'eau liquide est donnée par :

h_{l}^{*}(\theta)=c_{l}.\theta

avec c_{l}\approx 4,194kJ/(kg.K) capacité calorifique de l'eau liquide pour des températures d'air comprises entre °C et 50 °C.

L'enthalpie spécifique de l'air humide est donnée par :

h_{\theta, Y}=h_{a}^{*}+Y.h_{v}^{*} si Y < Ysat

h_{\theta, Y}=h_{a}^{*}+Y_\text{sat}.h_{v}^{*}+(Y-Y_\text{sat}).h_{l}^{*} si Y > Ysaturation

  • Volume spécifique, noté ν est le volume d'air humide par unité de masse d'air sec.

\nu=\frac{461,51.(0,622+Y).T}{(1+Y).P}

En connaissant seulement deux caractéristiques de l'air on peut retrouver l'ensemble des propriétés de l'air humide grâce au diagramme.

Lecture des diagrammes

Diagramme psychométrique

Il existe deux types de diagrammes :

  • Le diagramme de Carrier: Y = f(θ)

La courbe de rosée est la courbe supérieure du diagramme (HR=100 %), les autres courbes d'humidité relatives ont la même allure. Les valeurs des enthalpies sont situées sur des droites obliques.

  • Le diagramme de Mollier: h = f(Y)

Les isenthalpes sont sur des obliques bien que le titre du diagramme laisse penser que les isenthalpes soient des droites horizontales. Les températures se lisent sur des droites quasi verticales. Enfin la courbe de rosée est la courbe inférieure du diagramme.

Annexes

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