Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Théorie Climatisation de Confort Psychrométrie – Air Humide • Définitions et Ca

Théorie Climatisation de Confort Psychrométrie – Air Humide • Définitions et Caractéristiques Air SEC / Air Humide • Le Diagramme de l’Air Humide L’air atmosphérique qui nous entoure est constitué : - d’air sec, - de vapeur d’eau généralement invisible, - de bactéries et poussières (hors étude ici !) On parle alors d’air humide. Les évolutions de l’air humide conditionnent la vie animale et végétale : le bois, le textile, le papier, les matériaux, l’être humain, … subissent l’influence de l’humidité de l’air. De plus, les propriétés physiques, dimensionnelles, mécaniques et chimiques de nombreux corps varient en fonction de l’humidité de l’air avec lequel ils sont en contact. 1) DÉFINITIONS : 1.1) CONDITIONS NORMALES DE TEMPÉRATURE ET DE PRESSION CNTP : On définit les conditions normales de température et de pression comme suit : θ0 = 0°C = + 273,15 K p0 = 101325 Pa 1.2) MASSE MOLAIRE D’UN CORPS : C’est la masse d’une mole d’un corps Symbole : M ; Unité : g/mol Relation : avec m = masse totale du corps en g n = nombre de moles en mol Mair = 29 g/mol Meau = 18 g/mol 1.3) VOLUME MOLAIRE D’UN CORPS : C’est le volume d’une mole de ce corps. Symbole : Vm ; Unité : m3 ou litres/mol Pour tous les gaz et dans les CNTP : Vm = 22,4 litres/mol 1.4) GAZ PARFAITS : Aucun gaz n’est parfait, l’état parfait est un état que l’on peut concevoir mais non réaliser. Toutefois les gaz réels se rapprochent d’autant plus de l’état parfait que leur pression est plus faible et que leur température est éloignée de leurs conditions de liquéfaction. Dans les circonstances habituelles, les gaz réels sont très proches de l’état parfait. Tout au long de ce chapitre, nous considérerons l’air sec, la vapeur d’eau et l’air humide comme des gaz parfaits et répondant à l’équation caractéristique des gaz parfaits : Relation : T r m V P × × = × ou T R n V P × × = × Module EE.1.2 Page 1 Formation des enseignants 2) L’AIR SEC : La composition de l’air fut déterminée, pour la première fois, en 1774 par le chimiste français LAVOISIER. Il trouva que l’air contenait en volume : - 4/5ième d’un gaz n’entretenant pas la vie animale et qu’il nomma « azote » - 1/5ième d’un gaz qui rallumait une bougie dont la mèche ne présentait plus qu’un point rouge et qui activait les fonctions vitales d’un oiseau. Il nomma ce gaz « air éminemment respirable », puis « air vital » et enfin « oxygène » Des mesures très précises effectuées par le physicien français Georges CLAUDE ont montré que l’air sec était, en fait, composé de : (proportions volumiques)  20,99 % d’O2  78,03 % de N2  0,03 % de CO2  0,95 % de gaz rares (argon, néon, hélium, krypton, hydrogène, xénon, ozone, radon) L’air sec ne contient pas la moindre trace d’humidité ! Dans l’étude des traitements artificiels que l’on fera subir à l’air atmosphérique, la masse d’air sec sera pris en référence car elle est, par définition, invariable. 3) LA VAPEUR D’EAU : L’air atmosphérique contient une quantité non négligeable de vapeur d’eau, variable selon la température de l’air. La connaissance de sa masse ou de sa pression partielle permettra de définir la quantité d’H2O qu’il faudra enlever ou rajouter à l’ambiance afin d’atteindre les conditions souhaitées. Généralement invisible, cette vapeur d’eau peut se retrouver sous forme liquide (condensation) voire sous forme solide dans certaines conditions extrêmes de température obtenues, mais non souhaitées, lors de traitements divers. 4) L’AIR ATMOSPHÉRIQUE ET CONDITIONS D’AMBIANCE : Il représente le mélange d’air sec et de vapeur d’eau. En termes de pression, la valeur de la pression atmosphérique est égale à la somme des pressions partielles de chacun d’eux. Définir des conditions d’ambiance en vue de climatiser ou de maintenir l’air ambiant dans des conditions bien particulières, ne pourra pas se décrire uniquement par la valeur de la température. En général, les CCTP rajoutent la valeur de l’hygrométrie ambiante souhaitée. Nous verrons que chaque destination de locaux (bureaux, ateliers, ….) dispose de ses propres valeurs (T et HR), bases d’études de tous les projets. Remarque : La masse d’air humide est donc variable du fait de la présence, en plus ou moins grande quantité, de vapeur d’eau. On dit alors que le débit massique d’air humide est variable alors que le débit volumique lui, reste constant. Module EE.1.2 Page 2 5) DÉFINITIONS ET CARACTÉRISTIQUES DE L’AIR SEC ET DE LA VAPEUR D’EAU : AIR SEC VAPEUR D’EAU MASSE VOLUMIQUE : Définition : C’est la masse de l’unité de volume de ce corps Symbole : ρas; Unité : kgas/m3 Relation : V m as as= ρ T 287 P as as × = ρ Mas = 0,029 kg/mol R = 8,32 J/mol.K Définition : C’est la masse de l’unité de volume de ce corps Symbole : ρv; Unité : kgv/m3 Relation : V m v v = ρ T 462 P v v × = ρ MH2O = 0,018 kg/mol R = 8,32 J/mol.K VOLUME MASSIQUE : C’est l’inverse de la masse volumique Symbole : vas ; Unité : m3/kgas Relation : as as 1 v ρ = C’est l’inverse de la masse volumique Symbole : vv ; Unité : m3/kgv Relation : v v 1 v ρ = v v P T 462 v × = PRESSION PARTIELLE : Définition : Pression qu’exerce seul un gaz dans une ambiance constituée de plusieurs Symbole : Pas ; Unité : Pa Relation : V T 287 m T 287 P as as as × × = × × = ρ Définition : Pression qu’exerce seul un gaz dans une ambiance constituée de plusieurs Symbole : Pv ; Unité : Pa Relation : V T 462 m T 462 P v v v × × = × × = ρ Module EE.1.2 Page 3 AIR SEC VAPEUR D’EAU ENTHALPIE Définition : L’enthalpie de l’air sec est la quantité de chaleur totale que contient une masse d’air sec mas lorsqu’elle est à une certaine température « θ ». Symbole : Has ; Unité : J ou kJ Origine : Si θ = 0°C Has = 0 kJ Relation : θ c m H as as as × × = C kJ/kg. 1,007 c as ° = Définition : L’enthalpie de la vapeur d’eau est la quantité de chaleur totale que contient une masse de vapeur d’eau mv lorsqu’elle est à une certaine température « θ ». Symbole : Hv ; Unité : J ou kJ Origine : Si θ = 0°C Hv = 0 kJ Relation : θ c m L m H v v v v v × × + × = C kJ/kg. 1,86 c v ° = et C kJ/kg. 2,226 - 2490 L v ° × = θ ENTHALPIE MASSIQUE Unité : kJ/kgas Relation : θ c m H h as as as as × = = Unité : kJ/kgas Nota : Relation de Cadiergues : kJ/kg 1,846 2500,8 h v θ × + = Relation de Casari : kWh/kg 0,523 694,4 h v θ × + = Relation de Porcher : kJ/kg 1,96 2490 h v θ × + = Applications 1 et 2 : Calculer la masse volumique de l’air sec dans les conditions : CTPN Calculer Masse volumique et Volume massique d’un air sec dans les conditions suivantes : θ = 20 [°C] et P = 101300 [Pa] Module EE.1.2 Page 4 6) DÉFINITIONS ET CARACTÉRISTIQUES DE L’AIR HUMIDE : PRESSION Loi de Dalton : La pression totale de l’air humide est égale à la somme des pressions partielles de chaque gaz constituant le mélange (ici air sec + vapeur d’eau). On l’appelle aussi pression atmosphérique. v as P P P + = Pas = pression partielle de l’air sec en Pa Pv = pression partielle de vapeur d’eau en Pa A une température donnée, si on augmente mv dans le volume V, Pv augmente aussi jusqu’à une valeur maximale appelée pression partielle ou tension de vapeur saturante notée Pvsθ ou Pv sat Si : θ < -10°C : ( )       × + + = θ θ θ 0,01025 27,952 2,7877 vs 10 P Relation DE CADIERGUES ( )       × + × + = θ θ θ 0,1354 31,559 9,756 2,7877 vs 10 P Si -10 °C < θ. < 80 °C ( )       × + + = θ θ θ 0,1354 31,559 2,7877 vs 10 P Relation DE CADIERGUES : ( )       + × + = θ θ θ 241 7,625 2,7877 vs 10 P → Air Saturé Courbe de saturation Vapeur d'eau à Pvs + eau liquide Vapeur d'eau Pvs Si à cet air humide on continue à apporter de la vapeur d’eau, cet air va refuser de l’incorporer sous forme de uploads/s3/ ee-1-3-psychrometrie.pdf