À l’aide du diagramme psychrométrique présentée ci-dessous

À l’aide du diagramme psychrométrique présentée ci-dessous répondez aux questions suivantes :

C.2 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna

A BBCC

DD

EE FF

GGII

KK

JJ

1. Que représente un point sur l’axe des X?

Température sèche

2. Que représenté un point sur l’axe des Y?

Humidité absolue (H)

3. Que représente chaque point du diagramme?

Les paramètres thermodynamiques de l’air à une certaine température et à la p


Les paramètres thermodynamiques de l’air à une certaine température et à la p

atmosphérique

4. Que représentent les lignes courbes?

Courbe de saturation + courbes d’humidité relative constante

5. Que représentent les points situés sous la ligne de saturation?

L’air non saturé

6. Que représente les points situés au-dessus et à gauche de la ligne de saturation?

liquide

7. Le point A est placé sur le diagramme en connaissant deux valeurs mesurables.

Lesquelles?

Température sèche et H

8. Quelle information obtient-on au point B?


8. Quelle information obtient-on au point B?

Humidité absolue - H

9. Le point C est un prolongement du point A. Quel paramètre doit rester constant

lors de ce refroidissement?

Humidité absolue _H

10. Quelles informations obtient-on aux points C et D?

C = point de rosée

D = température sèche

11. Le point E est un prolongement du point A. Quel paramètre doit rester

constant lors de ce refroidissement? Quelle information obtient-on à ce point?

L’enthalpie - refroidissement adiabatique – le TD à enthalpie constante

12. Le point E est obtenu comme un prolongement du point F. Quelle information

lit-on en E?

le TD à humidité absolue constante


le TD à humidité absolue constante

13. Quelle est la transformation impliquée lors du transfert A-G?

Humidification (augmentation de H) à Tsèche = constante

14. Quelles informations obtient-on aux points G et I?

G –t sèche

I – humidité absolue

15. Quelles informations obtient-on aux points J et K?

J enthalpie; K volume massique de l’air

L’utilisation du diagramme psychrométrique (unités anglaises)

L’air entrant dans un humidificateur a les caractéristiques suivantes: une température de 80 °°°°F et

un point de rosée de 59 °°°°F. Déterminez à l’aide du diagramme psychrométrique :

a) L’humidité relative

b) L’humidité absolue

c) La température du thermomètre sec

d) La température du thermomètre humide

e) L’enthalpie

f) Le volume massique de l’air


f) Le volume massique de l’air

Questions de vérification

� Quelle est la différence entre un gaz et la vapeur?

� Quelle est la différence entre l’air sec et l’air atmosphérique?

� Qu’entend-on par « pression de vapeur »?

� Quelle est la différence entre l’humidité absolue et l’humidité relative?

� Peut-on obtenir de l’air saturé à partir de l’air non saturé sans ajouter de

l’humidité? De quelle manière?


l’humidité? De quelle manière?

� Qu’entend-on par point de rosée?

� Dans quelles circonstances la température du thermomètre sec est-elle égale à la

température du thermomètre humide? Sinon la température du thermomètre sec est-

elle plus grande ou plus faible que celle du thermomètre humide?

Questions de vérification

� Vous portez des verres. Dans quelle situation vos verres s’embueront-ils l’hiver:

lorsque vous entrez dans une maison ou lorsque vous en sortez? Pourquoi?

� Presque tous les matins d’hiver, dans les pays nordiques, il faut dégager le pare-

brise de l’automobile couvert de givre. D’où provient ce givre? Supposez qu’il n’a

ni neigé ni plu la nuit précédente.

� À quel endroit, sur le diagramme psychrométrique, la température du


� À quel endroit, sur le diagramme psychrométrique, la température du

thermomètre sec, celle du thermomètre humide et le point de rosée sont-ils

identiques?

Système gazSystème gaz--liquideliquide� Implique transfert de matière entre une phase liquide pure et un gaz insoluble dans

le liquide

� Le transfert de matière influence le transfert de chaleur

� Le cas le plus simple- le liquide ne contient qu’un seul composant (pas de gradient de

concentration)

� Système air-eau – buts industriels :


a) Refroidissement de l’eau

b) Humidification de l’air

c) Déshumidification de l’air

� Le refroidissement de l’eau – dans une tour de refroidissement

Liquide chaud + gaz froid

� L’humidification –déshumidification –adiabatique - Chambre à jets

Humidification: Gaz chaud non saturé + liquide froid

Déshumidification: Gaz chaud saturé + liquide froid

1.3. Humidification adiabatique

� Consiste à pulvériser finement l’eau (à l’aide d’air

comprimé) dans l’air sans apport d’énergie thermique

� L’objectif: refroidir ou humidifier l’air

� L’eau pulvérisée s’évapore en contact avec l’air non

saturé

� Pas d’apport de chaleur puisque la chaleur nécessaire à l’évaporation de l’eau est

prise sur l’air


prise sur l’air

� Diminution de la température de l’air et augmentation de HR

� L’enthalpie totale de l’air humide reste la même

(h perdue par l’air = hgagnée par l’eau )

� h constante = humidification isenthalpique = adiabatique

� Dans le cas limite, l’air humidifié devient saturé

� Diagramme psychrométrique – droites de h constante

Mécanisme d’interaction liquide-gaz

� Mécanisme qui suit les droites de refroidissement

adiabatique (diagramme P.)

� Ordonnée –T , h et H; Abscisse – distance

perpendiculaire à l’interface

� L’eau (plus froide que le gaz) est atomisée dans un

Humidification adiabatique (cas le plus simple)


gaz chaud insaturé

� Transfert de l’eau vers l’air

� L’humidité augmente est se rapproche de l’humidité

de saturation

� La T eau = constante

� Énergie libérée par l’eau et énergie captée par

l’air sont =0

� La chaleur sensible air = la chaleur latente air

Humidification adiabatique industrielle

Gaz chaud non saturé + liquide froid atomisé

Température de l’eau reste constante

Le gaz peut être refroidi ou humidifié sans nécessairement atteindre la saturation

Chambre à jets



Saturation adiabatique

Obtenue si écoulement en régime permanent d’air

humide

T1 est connue, H1 = inconnue

Conduite adiabatique dans lequel se trouve un

réservoir d’eau liquide

H2O s’évapore et se mélange à l’air

L’humidité dans l’air croît durant l’évolution et sa température diminue (une partie de la

HH1,1,, H, HR1R1, T, T11 HH2,2,, H, HR2R2 = 100%, T= 100%, T22



L’humidité dans l’air croît durant l’évolution et sa température diminue (une partie de la

chaleur latente d’évaporation de l’eau provient de l’air)

Si le conduit est suffisamment long, l’air devient sature à la T2

T2 = température de saturation adiabatique

H2O d’appoint (à T2) est ajoutée dans le conduit pour compenser le taux d’évaporation

Bilan massiqueBilan massique

21

21

'

sec

VevV

ASASAS

mmmeauL

mmmAir

&&&

&&&

=+

==

)/(''

)/(1'

)/(sec'

2

1

hOkgHévaporesquieauldemassiquedébitm

hkgvapeurétatlàvapeurdemassiquedébitm

hkgASairdmassiquedébitm

ev

V

AS

=

=

=

&

&

&


)( 12

21

HHmm

HmmHm

ASev

ASevAS

−=

=+⋅

&&

&&&

(1.16)

La masse de la vapeur peut être exprimée en fonction de l’humidité absolue:

(1.17)

Hmm ASv&& =

On introduit (1.16) dans l’équation de bilan massique de l’eau et on obtient:


Bilan énergétique21 hmhmhm

EE

ASevevAS

sortieentrée

&&& =⋅+⋅

=(1.18)

La substitution de 1.17 en 1.18,conduit à:

2121 )( hmhHHmhm ASevASAS&&& =⋅−⋅+⋅ (1.19)

Simplification par le débit d’air secSimplification par le débit d’air sec2121 )( hhHHh ev =⋅−+ (1.20)

)()()( 221211 VPevVP hHTChHHhHTC +=⋅−++

S

SS

PP

PHH

−==

2

2 622,0 (1.22)

On exprime h1 et h2 à l’aide de l’expression:

H2 est l’humidité à la saturation, donc elle peut être exprimée à l’aide de la relation

(1.8) –cours1:



(1.21)(1.21)evV

evP

hh

hHTTCH

−

+−= 212

1

)(

Le calcul de H2 permettra de calculer par la suite H1, à l’aide de la relation:

La chaleur latente de vaporisation de l’eau (hev) est donnée par l’équation :

Thev 346,2280,2495 −== λ (1.23)(1.23)

1.3. Humidification adiabatiqueTable 1.3 Variables de la vapeur d’eau saturée


Chauffage avec humidification



� Évolution 1-2 = séchage = humidité constante (H1 = H2)

� Évolution 2-3 = humidification = humidité augmente

� T3 < T2 (l’air cede une partie de chaleur pour vaporiser l’eau)

23 HH f

Soit une système de conditionnement d’air qui admet de l’air provenant de l’extérieur à 10 °°°°C

avec une humidité relative de 30 % et un débit volumique de 45 m3/min. Le système est conçu

pour décharger l’air à l’intérieur à 25 °°°°C avec une humidité relative de 60 %. L’air extérieur est

premièrement porté à 22 °°°°C dans la section chauffée du conduit, puis de la vapeur d’eau chaude

est ajoutée à l’écoulement dans la section humidifiée. Déterminez:

a) La chaleur transmise dans la section chauffée

b) Le débit massique de vapeur ajoutée dans la section humidifiée. Supposez que l’écoulement

demeure à 100 kPa.



Variable thermodynamique: CVariable thermodynamique: Cpp (air) = 1,005 kJ/(air) = 1,005 kJ/kgKkgK

Section chauffage (1Section chauffage (1--2)2)

ASASAS mmm &&& == 21

Bilan massique de l’air secBilan massique de l’air sec

Bilan massique d’eauBilan massique d’eau

21

2211

HH

HmHm ASAS

=

=⋅ &&

Bilan énergétiqueBilan énergétique

PS (10 °°°°C) = 1,2281 kPa (table 1.1. –cours 1)

)( 12

21

hhmQ

hmhmQ

EE

ASentrée

ASASentrée

sortieentrée

−=

=+

=

&&

&&&

1) Calcul ASm&

100(%) ⋅=

S

VR

P

PH



PPASAS11== 9999,,632632 kPakPaPPV1V1= 0,368 = 0,368 kPakPa

kgASASmm

V

TRM

mVP

AS

AS

AS

AS

ASASAS

/815,0 3=

⋅⋅=

=V’

min2,55

815,0

1

min45

' 3

3

1 kg

m

kgm

V

VmAS =⋅==

&

&

2) Calcul de h1 et h2

2222

1111

v

v

hHCpTh

hHCpTh

+=

+=

H1= H2 kgASkgeau

P

PH

AS

V /0023,06207,01

11 ==

Cp (air) = 1,005 kJ/kgK



hv1 et hv2 = enthalpie de la vapeur d’eau à saturation (table 1.3 dernière colonne)

hhv1v1(10 (10 °°°°°°°° C) = 2519,2 kJ/kgC) = 2519,2 kJ/kg

hhv2v2(22 (22 °°°°°°°° C) = 2541,1 kJ/kgC) = 2541,1 kJ/kg

kgASkJh

kgASkJh

/0,28

/8,15

2

1

=

=

min/673 kJQentrée =&

min/673)8,1528(2,55)( 12 kJhhmQ ASentrée =−=−= &&

Section 2 - humidification


Section 2 - humidification

Bilan massique d’eau)( 23

3322

2

2

HHmm

HmmHm

ASOH

ASOHAS

−=

=+⋅

&&

&&&

3

33 6207,0

V

V

PP

PH

−=

PS (25 °°°°C) = 3,1698 kPa (table 1.1.)

PPV3V3= 1,90 = 1,90 kPakPa

100(%) ⋅=

S

VR

P

PH

H3= 0,01206 kg H2O/kg AS

min/2539,0

)0023,001206,0(2,55)( 232

OkgH

HHmm ASOH

=

=−=−= &&

min/539,0 22OHkgm OH =&


1.4. Tour de refroidissement

Tour de refroidissement humide = refroidissement atmosphérique)

• Échangeur thermique – utilisé pour dissiper des lourdes charges

calorifiques dans l’atmosphère

• Composante importante en industrie

• Hauteur – peut dépasser 100 m; forme hyperboloïde

• Matériau de construction: béton

• Remplissage: anneaux ou billes de plastique ou verre


• Remplissage: anneaux ou billes de plastique ou verre

• Contact direct entre l’eau chaude et l’air ambiant

• Son efficacité dépend de la surface de contact

• Augmenter la surface de contact•l'eau est diffusée en gouttelettes dans un courant d'air qui

traverse la tour

•Les tours en béton ont une hauteur considérable (souvent

dépasse 100 m) et une forme hyperboloïde

• L’air est aspiré par un ventilateur (pénètre par le bas et

ressort au sommet – circulation naturelle ou forcée)

• L’eau chaude est pulvérisée au sommet de la tour

• Les gouttelettes en tombant sont refroidies par l’air ascendant

• Une petite quantité d’eau s’évapore

• L’air ascendant se réchauffe et se charge d’humidité



• L’air ascendant se réchauffe et se charge d’humidité

• L’eau refroidie (entre 5 et 10 C de moins que la température

d’entrée) est récupérée dans un bassin et réutilisée

• Type particulier de colonne garnie

• L’air arrive par goulottes et descend en cascade sur des grillages

• milieu propice au développement et à la dissémination par les aérosols de la bactérie Legionella

qui provoque la maladie du légionnaire

Humidification: Haut d’une tour de refroidissement

Objectif: refroidir l’eau ou humidifier l’air

Haut


BasBas


Schéma de l’opération dans une tour garnieSchéma de l’opération dans une tour garnie

�� Transfert de masse par «Transfert de masse par « brassagebrassage » de la portion » de la portion

turbulenteturbulente

�� Diffusion moléculaire à l’interface de la goutte d’eau Diffusion moléculaire à l’interface de la goutte d’eau

et de la bulle d’airet de la bulle d’air

1.5. Colonne garnie


et de la bulle d’airet de la bulle d’air

�� La vapeur d’eau se diffuse dans la bulle d’airLa vapeur d’eau se diffuse dans la bulle d’air

�� Plus la colonne est large, plus est elle adiabatiquePlus la colonne est large, plus est elle adiabatique

�� Application en Application en environnementenvironnement (CO(CO22 solution)solution)

masse(AH)sortie - masse(AH)entrée = ?

masse(AS)sortie= masse(AS)entrée

masse(eau)sortie = masse(eau)entrée

Taux de transfert = débit massique/h

1.5. Colonne garnie

m m=

(1.24)


AS

Vsortiesortie

m

mH =

AS

Ventréeentrée

m

mH =

sortieASVsortie Hmm ⋅= entréeASeVentré Hmm ⋅=

(1.24)

(1.25)

b. Débit massique d’eau transféré à l’air

)(2 entrsortieASOH HHmm −= && (1.26)

Équation du taux de transfert dans une colonne garnie

SZPPaKNa gigair )( −=

)/(

)/()tan(

)/(''

32

2

évaleuràdifficilemmvolumedeunitéparcontactdesurfacea

kPamhmolescolonneladelongletconstransfertdetcoefficienK

hmolesairldanseauldetransfertdetauxNa

g

air

−=

⋅⋅=

=

1.5. Colonne garnie


)(

)(sec

)(''

)(

)(int''

)/(

2

mgarnissagedehauteurZ

mcolonneladeletransversationS

kPaairldanseauldepartiellepressionP

tablesTmoyenneàsaturée

vapeurdepressionkPaerfacelàeauldepartiellepressionP

évaleuràdifficilemmvolumedeunitéparcontactdesurfacea

g

i

=

=

=

−=

−=

Similaire à une équation de transfert de chaleur laquelle contient un coefficient de transfert

1.4. Humidification dans une colonne garnie à contre-courant

Coefficient de transfert dépend de:

1. Des propriétés physico-chimiques des 2 composants en présence

2. Caractéristiques de l’équipement utilisé

3. Conditions de l’écoulement

4. Doit être positif – la différence de pressions partielles doit être écrite pour être +

Problèmes:

1. Le coefficient de transfert de matière doit être évalué


1. Le coefficient de transfert de matière doit être évalué

2. La surface normale au transfert a n’est pas toujours connue

3. Le taux de transfert de matière n’est pas constant le long de l’appareil(différence de

pression variable) –il faudrait intégrer l’équation pour évaluer la performance de

l’équipement entier)

4. La valeur de la pression partielle du composant transféré à l’interface est difficile

à évaluer – on suppose qu’il n’y a a pas de résistance au transfert et que la phase

gazeuse est en équilibre avec la phase liquide à l’interface –

P(interface du liquide) = p(vapeur à Tliquide)

Documents

À l’aide du diagramme psychrométrique présentée ci-dessous