Notions Fondamentales d’Hygrométrie

L’eau sur terre Notre planète contient app. 1.1 x 10 18 m3 d’eau* Sous 3 phases: solide, gazeuse, liquide A peine 1 x 10 –6 % de cette eau est dans l’air* 70 % de la surface de la terre est recouverte d’eau liquide L’eau est le seul corps qui puisse coexister sous ses trois phases à une même température *) selon U.S. Geological Survey ‘85

La molécule d’eau Masse moléculaire 18 g/Mole H+ Masse moléculaire 18 g/Mole Molécule dipolaire, haute constante diélectrique = 80 (constante de l’air Air = 1) 108 o H +

Les lois des gaz Volume & pression (T°= Cste) loi de Boyle Volume & température (P = Cste) loi de Gay-Lussac Volume & mol (P, T° = Cste) loi d’Avogadro (4) P x V = n x R x T loi des gaz parfaits simplifiée : (5) (P x V) / T = Constante

Loi de Dalton La pression totale d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles des gaz constitutifs du mélange Pa + Pb + Pc + Pd = Ptot + + + = t

La saturation sur l’eau ou sur la glace A des conditions données de température et de pression, l’eau ou la glace dans un volume confiné vient en équilibre avec l’eau en phase vapeur. La quantité d’eau qui peut exister dans ces conditions en phase gazeuse possède une valeur limite ; quand un volume contient la quantité maximale possible de vapeur d’eau, celle-ci exerce une pression partielle finie, appelée “pression de saturation” . La pression de saturation augmente uniquement avec la température

Point de rosée et point de givre

L’hygrométrie (ou humidité)…. …..est la quantité de vapeur d’eau contenue dans un gaz Elle peut se décrire de plusieurs manières : Pression de vapeur d’eau Température du point de rosée Humidité relative Humidité absolue Concentration en volume Rapport de mélange Température du thermomètre humide

La Pression de Vapeur : e’ (m b a r ) eau liquide, Pression de saturation Ew ou ei Psat P1 Vapeur Temperature (oC)

La Température de Rosée : td pression de vapeur (m b a r ) eau liquide, Psat P2 Td, 2 P1 Vapeur Td, 1 T Temperature (oC)

L’Humidité Relative : U ou HR pression de vapeur (m b a r ) eau liquide, T2 Psat, 2 Psat, 1 T1 U = (P1/Psat, T1) x 100% (exprimé en %HR) Psat P1 Vapeur P1 Temperature (oC)

L’Humidité Absolue H Humidité absolue = masse de vapeur d’eau / volume H = g / m3 10 grammes d’eau Volume sec 1 m3 + = 10 g/m3 Que devient H si la température baisse ? Que se passe-t-il si la pression augmente ?

Concentration en volume c Pression de vapeur Concentration volume = Pression totale du mélange PH2O Toulouse 1 000 000 f = x 10 6 ppmv P tot ? Td ppmv 76 oC …………….1 ppmv * 20 oC …………24.000 ppmv * 1 ppm = 1 personne sur le 1 million que compte l’agglomération de Toulouse Que devient c si la température baisse ? Que se passe-t-il si la pression augmente ?

Rapport de mélange r Masse de vapeur d’eau Rapport de mélange = Masse du gaz sec porteur r = g / kg 10 gr. water 1 kg 1 kg air sec Que devient r si la température baisse ? Que se passe-t-il si la pression augmente ?

Effet de la température et de la pression sur l’humidité de vapeur croissante pression de vapeur décroissante croissante décroissante croissante décroissante %HR       Point de rosée (Td) Humidité absolue (f) rapport de mélange (r) concentration de vapeur

Exemple de situations où le calcul est indispensable g Compresseur MMY30 refroidisseur MMR30 sécheur à adsorption batterie froide Air frais Après sécheur après batterie froide avant refroidisseur Water drain T [°C] = 20 T [°C] = 70 T [°C] = 4 p [bar] = 1 p [bar] = 3 p [bar] = 3 Td [°C] = 3 Td [°C] = +19.5 7 7600 14.3 T [°C] = d +4.0 100 2700 6.3 RH [%] = 33 7600 5.6 RH [%] = RH [%] = ppm = ppm = ppm = v v v f [g/m] = 3 f [g/m] = 3 f [g/m] = 3 D T [°C] = 20 p [bar] = 3 Td [°C] = -15 D R e g n r a t i o y RH [%] = 7 540 1.2 T [°C] = 19 ppm = v p [bar] = 3 f [g/m] = 3 Td [°C] = +19.0 100 7400 16.3 RH [%] = ppm = v f [g/m] = 3 After cooler

à retenir La mesure d’humidité est la plus complexe des analyses de gaz La molécule H2O est une des plus petites, très polaire, et se niche dans toute poroisité (matériaux hygroscopiques) il existe plusieurs façon d’exprimer l’humidité d’un gaz les unités d’hygrométrie sont rarement linéaires les unes par rapport aux autres le domaine d’application de l’hygrométrie a une dynamique extrême (des traces jusqu’à la saturation) les mesures sont « relativement » imprécises comparé à d’autres grandeurs (m, s, g) : déterminer le %HR à ±2 % est une bonne mesure ; 1% est une mesure de classe métrologique !