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Psychrométrie

La Psychrométrie est un terme employé pour désigner 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

Applications usuelles

Les principes de la psychrométrie (La Psychrométrie est un terme employé pour désigner le domaine scientifique concernant la détermination des caractéristiques physiques et thermodynamiques d'un mélange gaz-vapeur. L'hygrométrie est le cas particulier du mélange...) peuvent s'appliquer à n'importe quel système mettant en jeu des mélanges gaz-vapeur. Les plus courants étant la ventilation, l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et...) conditionné et la météorologie.

Le rapport psychrométrique

Le rappport psychrométrique relie l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou...) et l'humidité maximale avec la différence entre la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) de bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées comme organe de stockage de nourriture par une plante à dormance.) humide et celle de saturation adiabatique (En thermodynamique, une transformation est dite adiabatique (du grec adiabatos, « qui ne peut être traversé ») si elle est effectuée sans...). Dans le cas du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) 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

Image:Psychrometric chart simplified.png
Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous les aspects des activités...) de Carrier.

Un diagramme psychrométrique regroupe les principales caractéristiques de l'air humide pour une pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction,...) (en général celle au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.), c'est-à-dire 1013hPa):

  • Température de bulbe sec notée ? est la température donnée par un thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la...) 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 ?h est la température de l'air circulant au dessus d'une grande surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) d'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) dans un système calorifugé. C'est par expemple la température indiqué par un thermomètre placé dans un linge humide soumis à courant d'air.
  • Température de rosée notée ?R est la température à laquelle un air humide est à la pression de vapeur saturante (La pression de vapeur saturante ou tension de vapeur est la pression à laquelle la phase gazeuse de cette substance est en équilibre avec sa phase liquide ou solide. Elle dépend de la température. Certains utilisent le terme « pression de...). À cette température le liquide 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) 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 (La pression de vapeur est la pression partielle de la vapeur d'un corps présent également sous forme liquide ou solide.) et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de vapeur saturante.
 
 HR=\frac{P_{v}}{P_{v sat}} 
 
  • Humidité absolue notée Y est la quantité d'eau contenue dans l'air, elle est exprimée en gramme(s) par kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) d'air sec.
 
 Y=\frac{m_{v}}{m_{air sec}}=\frac{M_{air sec}.P_{v}}{M_{v}.P_{air sec}} 
 Y=0,622.\frac{P_{v}}{P-P_{v}} 
 
  • Enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu...) spécifique symbolisé par la lettre h*. Cela correspond à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) contenue dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides...) 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 (La capacité thermique (ou capacité calorifique) d'un corps est une grandeur permettant de quantifier la possibilité qu'a un corps d'absorber ou...) de l'air pour 
 des températures d'air comprise entre -20°C et 50°C 
 

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

 
 h_{l}^{*}(\theta)=L_{v}(0)+c_{v}.\theta 
 avec L_{v}(0)\approx 2500.8kJ/kg chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de quantité de matière (mole) ou de masse (kg) d'un corps pour qu'il change d'état; cette transformation ayant lieu à...) 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 comprise entre 0°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_{sat}.h_{v}^{*}+(Y-Y_{sat}.h_{l}^{*} si Y > Ysaturation 
 
  • Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) spécifique, noté ? est la volume d'air humide par unité de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) 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 (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) des propriétés de l'air humide grâce au diagramme.

Comment lire les diagrammes

Il existe deux type de diagrammes:

  • Le diagramme de Carrier: Y = f(?)

La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) 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 horizontales. Enfin la courbe de rosée est la courbe inférieure du diagramme.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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Mardi 19 Juin 2018 à 00:00:06 - Vie et Terre - 1 commentaire
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