I. PROPRIETES PHYSIQUES DE L'AIR

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1 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée L'AIR UMIDE I. PROPRIETES PYSIQUES DE L'AIR I.1. GENERALITES L'ai abiant d'un local, quel qu'il oit, contient une cetaine quantité d'eau, péente ou foe de apeu ; on a pa conéquent affaie à un élange binaie d'ai ec et de apeu d'eau. AIR UMIDE AIR SEC + VAPEUR D'EAU Dan un bâtient, cette quantité de apeu et aiable uiant le pièce et leu occupation. On peut d'ailleu la caactéie de diee anièe: Soit pa la teneu en eau de l'ai (uidité abolue) Soit pa le degé hygoétique de l'ai (uidité elatie) Soit pa la peion patielle de la apeu contenu dan l'ai d'un local I.2. LES TEMPERATURES CARACTERISTIQUES DE L'AIR UMIDE: I.2.a. La tepéatue èche de l'ai C et la tepéatue indiqué pa un theoète odinaie à l abi du ayonneent olaie (quelquefoi appelée tepéatue du bulbe ec). Elle et notée θ. Intuent de eue: On la eue aec un theoète à ecue ou à alcool. Pincipe utilié: Dilatation du cop en fonction de θ I.2.b. La tepéatue huide de l'ai C et la tepéatue indiquée pa un theoète dont le bulbe et entoué d une gaze ouillée, balayé pa de l ai en oueent et potégée du ayonneent. A la uface du theoète à bulbe huide, l eau e apoie. La tepéatue huide dépend de la tepéatue èche de l ai et de l huidité copie dan cet ai. L eneble theoète ec plu theoète huide et appelé pychoète. Chap1: L'ai huide 1/12

2 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée Theoète à alcool + ouchoi en papie huide pou eue θh Theoète à bulbe ec Theoète à bulbe huide θ h θ θ Ai en oueent (V>2 /) θh Ecan potégeant du ayonneent Eau Gaze huide I.2.c. La tepéatue de oée On définit la tepéatue de oée "θr", la tepéatue à pati de laquelle, la apeu d'eau, contenue dan un ai huide que l'on efoidit à peion contante, coence à e condene (appaition de gouttelette d'eau). Exeple: condenation à la uface d'une ite Si la tepéatue de uface de la ite et inféieue à la tepéatue de oée de l'ai (huide) θ, alo il y a condenation de la apeu d'eau, péente dan l'ai huide, u la ite. Noton que cette tepéatue de oée qr dépend uniqueent de la teneu en eau de l'ai du local conidéé. I.3. LA TENEUR EN EAU La teneu en eau de l'ai d'un local et égaleent appelée l'huidité abolue ou encoe huidité pécifique de l'ai de ce local. Elle et notée ou S. On toue égaleent le notation: x ou w. Il 'agit du appot de la ae de apeu d'eau à la ae d'ai ec: S a Reaque : et a ont en [kg]. L'unité de S et donc le [kg EAU/kg Ai Sec], encoe noté [kg]/[kg AS]. Mai le quantité de apeu contenue dan l'ai huide ont faible (en cliatiation), d'où l'unité ouent utiliée: [g/kgas]. I.4. LE DEGRE YGROMETRIQUE Le degé hygoétique de l'ai d'un local et égaleent appelé huidité elatie. Chap1: L'ai huide 2/12

3 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée On copae en fait la teneu en eau d'un ai abiant à la teneu en eau qu'il auait 'il était atué, c'et à die 'il ne pouait plu conteni d'eau ou foe de apeu, à la tepéatue θ: f (ou R) S S at 100 Reaque: D'où l'appellation d'huidité elatie! Attention! : A chaque tepéatue (èche) coepond un état où l'ai (huide), ne peut plu abobe de apeu d'eau; on dit qu'il et atué. Dan ce ca, l'excédent d'eau ne peut plu e apoie, il ete en upenion dan l'ai ou foe de bouillad; on dit qu'il et uatué. I.5. LA PRESSION DE VAPEUR Coe nou enon de le oi, on peut conidée que l'ai huide et un élange de deux gaz aiilé à de gaz "pafait": L'ai ec (c'et la plu gande pat), La apeu d'eau. Noton que cette apeu d'eau peut ête èche, atuante ou uatuée (cf. I.3). D'aute pat, chacun de ce gaz et caactéié pa a peion patielle. ypothèe: Soit P la peion patielle de l'ai ec Soit P la peion patielle de la apeu d'eau Soit Pa la peion atophéique On peut écie que, d'apè la loi de DALTON (cf. cou u le gaz pafait): P P + a P Noton que ce peion ont liée à la teneu en eau de l'ai conidéé d'une pat et à la tepéatue de cet ai d'aute pat. Reaque : 1. Si on appelle P VS la peion patielle de apeu atuante alo: Si P V < P VS alo l'ai huide n'et pa atué. Si P V > P VS alo l'ai huide et atué. P Ce éultat e etoue pa la elation: f (ou R) 100 P 2. La peion atophéique oyenne (elle aie de +-4% en fonction de condition étéoologique) peut ête appochée pa la foule uiante en fonction de l'altitude: P z+ 5, z 2 Chap1: L'ai huide 3/12

4 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée Définition: I.6. L'ENTALPIE SPECIFIQUE DE L'AIR UMIDE L'enthalpie pécifique, notée h ou h S, epéente la quantité de chaleu (enible + latente) contenue dan un ai huide dont la ae d'ai ec et de 1 [kg]. On a la elation: S S h 1.02? [kj/kgas] Reaque: on peut die qu'il 'agit de l'enthalpie totale d'une ae d'ai huide appotée à la ae d'ai ec péent dan l'ai huide conidéé. Déontation: Enthalpie aique de l'ai ec à la tepéatue θ: Elle epéente la quantité de chaleu qu il faudait founi à 1 kg d ai ec pou élee a tepéatue de 0 C à θ[ C]. a ha C pa θ [kj/kgas] aec: CpAS : Capacité theique aique de l ai : CpAS 1 [kj/(kg. C)] Enthalpie aique de la apeu d'eau à la tepéatue θ: Elle epéente la chaleu totale qu il faut founi à 1 kg d eau pi à 0 C pou le pote à l état de apeu à la tepéatue θ C. h Cpe θ + Lθ [kj/kgap] aec: CpEau : Capacité theique aique de l eau 4,185 1 [kj/(kg. C)] L θ : chaleu latente de apoiation de l eau L θ θ [kj/kgap] d où : h θ Enthalpie de l'ai huide à la tepéatue θ: [kj/kgap] Un élange d ai huide contenant AS [kg] d ai ec et [kg] de apeu d eau péente une enthalpie totale : a + a [kj] Enthalpie pécifique de l'ai huide à la tepéatue θ: C et l enthalpie totale de l ai huide appotée à 1 kg d ai ec (enthalpie pa unité de ae d ai ec) + a a h + θ + ( θ ) a a a Dan le doaine de la cliatiation, on effectue l'appoxiation uiante: S # 0,01 [kj/kgas].( S << 1) D où: h 1.02 θ en [kj/kgas] Chap1: L'ai huide 4/12

5 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée I.7. LE VOLUME SPECIFIQUE Le olue pécifique, noté ou S, epéente le olue occupé (à la peion atophéique) pa l'ai huide dont la ae d'ai ec et égale à 1 [kg]. Il et défini pa la elation: A AS où: A et le olue d'ai huide conidéé AS et la ae d'ai ec contenu dan ce olue d'ai huide Reaque: cette elation peut aui 'écie ou la foe: et QAS un débit aique. Q Q A AS, QA étant alo un débit oluique Execice: Monte que : 1 + V ρ Aec: S : huidité abolue de l ai huide (kg d eau/kg d ai ec) ρ: ae oluique de l ai huide (kg d ai huide/3 d ai huide) On a ρ et pa définition V V a + V a d où 1 + ρ V a a 1 + V V 1 + ρ Reaque : en généal S << 1 donc V 1 ρ II. LE DIAGRAMME DE L'AIR UMIDE II.1. PRESENTATION On utilie le diagae de l'ai huide, égaleent appelé diagae pychoétique, pou calcule le éolution d'un ai huide plutôt que d'utilie de calcul algébique. En effet, le foule peettant de calcule P, P, S, hs etc, ne ont pa d'une utiliation iple et apide. Le diagae de l'ai huide ont généaleent établi pou une peion atophéique noale de [Pa] et pou de tepéatue ente 20[ C] à 50[ C]. Il exite pluieu type de diagae, le plu utilié ont ceux copotant: En abcie: le tepéatue. En odonnée: le huidité pécifique. Chap1: L'ai huide 5/12

6 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée II.2. DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES D'UN AIR UMIDE Chaque point du diagae epéente un état de l'ai huide conidéé dont le 7 gandeu caactéitique ont: GRANDEUR SYMBOLE UNITE Tepéatue θ uidité pécifique S uidité elatie ϕ ou Ψ Enthalpie pécifique h S Tepéatue de oée θ Tepéatue huide θh Volue pécifique S Reaque: il uffit de 2 de ce gandeu pou etoue le 5 aute gâce au diagae de l'ai huide et ce au oyen d'une iple lectue; c'et la iplicité de ce diagae qui lui aut une utiliation quai ytéatique pa appot aux calcul. EXERCICE 1 Dan un local, on elèe au pychoète : θ 22,2 C et θh 17 C Recheche le caactéitique de l abiance du local conidéé. ϕ60% 47.8 kj/kga θ14 C kgeau/kga V /kga EXERCICE 2 Mêe quetion aec θ 0 C et ϕ 80 % kgeau/kga θh-1 C θ-3 C 7 kj/kga V EXERCICE 3 Mêe quetion aec 62.7 kj/kga, V 0,86 3 /kga θ23.3 C θ20.8 C θh21.8 C ϕ87% kgeau/kga II.3. CARACTERISTIQUES D'UN AIR SATURE Au delà de la coube de atuation (ϕ 100 %), l ai contient daantage d huidité qu il ne peut en conteni ou foe de apeu. Il y a donc péence d eau ou foe liquide; on dit qu on et dan la zone de bouillad ca de l huidité et péent ou foe de gouttelette d eau en upenion dan l ai et ou foe de apeu d eau. Aini: La tepéatue de l ai uatué et une tepéatue huide (θh) puique l ai ne peut plu abobe d huidité. La quantité d huidité dan l ai u. et égale à la ae de apeu (atuante) Vap. + la ae d eau liquide en upenion Eau. Chap1: L'ai huide 6/12

7 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée On peut donc écie que: SuSAT SAT + e a Aec: SuSAT : huidité de uatuation : huidité pécifique de atuation SAT Déontation: h + e e et a a a a SuSAT + SAT a θ h Cte ϕ 100 % A e a : huidité de uatuation : huidité de atuation a θ A θ ha II.4. MELANGE DE 2 AIRS UMIDES Soient 2 ai huide ayant le caactéitique uiante: Ai uide 1 : Mae d ai ec : AS 1 Enthalpie pécifique : h 1 uidité abolue : 1 Ai uide 2 : Mae d ai ec : AS 2 Enthalpie pécifique : h 2 uidité abolue : 2 Mélange : Mae d ai ec élange : AS el Enthalpie pécifique du élange : h el uidité abolue du élange : el. II.4.a. Bilan Bilan aique D'apè le pincipe de coneation de la ae, on peut écie: AS el AS 1 + AS 2 en [kgas] On peut aui écie le bilan en débit aique: q AS el q AS 1 + q AS 2 en [kgas / ] Chap1: L'ai huide 7/12

8 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée Bilan énegétique L enthalpie totale du élange et la oe de enthalpie totale appotée pa chaque ai: En effet: la quantité de chaleu (ou énegie en joule) du élange Σ de énegie de chaque ai. On a donc: MAS el. h el AS1. h 1 + AS 2. h 2 (a1 + a2). h el AS 1. h 1 + AS 2. h 2 d où l enthalpie pécifique du élange: h + h h AS1 1 AS2 2 el AS1+AS2 Reaque: On peut aui écie l expeion en débit aique h + h h AS1 1 AS2 2 el AS1 +. AS2 Bilan en huidité De la êe façon, la ae d huidité du élange et la oe de ae d huidité appotée pa chaque ai. Aini, l huidité abolue du élange et donnée pa la elation uiante: el + AS1 1 AS 2 2 AS1 + AS 2 En effet, on a: el ASel AS1 1 AS2 2 ASel AS1 + AS2 II.4.b. Déteination gaphique de caactéitique du élange C et le cente de gaité de point A et B affecté epectieent de ae a1 et a2. On a alo la elation: 1 CA a2 CB a ou encoe: CA CB a2 a1 Chap1: L'ai huide 8/12

9 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée 2 1 B 2 2 A 1 C 1 On peut aui onte que: CA CB AB + a2 a1 a1 a2 Soit: a2 CA + a1 a2 AB et CB a1 + a1 a2 AB aec: a2 + a1 a2 % d ai 2 et a1 + a1 a2 % d ai 1 Reaque ipotante : Pou éite le eeu, on etienda que le point C et itué u le egent de doite AB du côté du point coepondant à la ae la plu ipotante. EXEMPLES EXEMPLE 1: le point A epéente le caactéitique de l ai 1 - a11kg le point B epéente le caactéitique de l ai 2 - a21kg 1 1 CA AB AB CB AB AB C au ilieu de AB. EXEMPLE 2: le point A epéente le caactéitique de l ai 1 - a11kg le point B epéente le caactéitique de l ai 2 - a22kg 2 2 CA AB AB CB AB AB C à 1/3 de B et 2/3 de A. Chap1: L'ai huide 9/12

10 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée EXERCICES EXERCICE 1: Ai 1 a1 10 kga θ1-5 C ϕ1 80 % Ai 2 a2 20 kga θ2 20 C ϕ2 60 % Déteine le caactéitique du élange pa le calcul et pa la éthode gaphique. Coigé: Pa le calcul : a1 1 + a2 2 + a1 a2 a1 1 + a2 2 + a1 a2 A.N.: Su le diagae, on pote le point 1 et 2 et on lit : 1 0,002 kg/kga 2 0,0088 kg/kga 1 0 kj/kga 2 42,5 kj/kga θh1-6 C θh2 15 C θ1-8 C θ2 12 C V 1 0,763 3 /kga V 2 0,842 3 /kga d où: [kj/kga] [kg/kga] 30 Pa la éthode gaphique a2 CA + a1 a2 AB CB a1 + a1 a2 AB aec (A) (1) et (B) (2) A.N.: AB 10.4 c 20 CA c et CB 10 c Pa lectue u le diagae, on toue alo: 0,0065 [kg/kga] h 28 [kj/kga] a 30 [kga] θ 11.7 [ C] Chap1: L'ai huide 10/12

11 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée θh 9.5 [ C] θ 6.7 [ C] ϕ 76 % V 0,815 [ 3 /kg a]. EXERCICE 2: ETUDE DU CAISSON DE MELANGE D'UNE CTA θ 1-5 C ϕ 1 90 % Débit oluique q /h Ai extéieu 1 Ai oufflé (Mélange) θ Ai epi 2 (dan la alle) θ 2 20 C ϕ 2 50 % q /h Quetion: Déteine le olue pécifique V 1 et V 2. En déduie le débit aique d ai ec. Déteine le caactéitique du élange. Coigé: On place le point u le diagae et on lit : 1 θ1-5 C 2 θ1 20 C θh1-5,5 C θh2 13,8 C θ1-6.2 C θ2 9 C 1 0,0023 kg/kga 2 0,0073 kg/kga 1 0,5 kj/kga 2 38,5 kj/kga V 1 0,763 3 /kga V 2 0,84 3 /kga Débit oluique débit aique x olue pécifique d ai ec: On a pa uite: q qa. V Rappel: éification de unité : h 3 kg 3 a d où qa h kg a q V Aini: q q a1 a2 500 ) kg / h 655.3(kg a a kg / () 300 ) 357 kg / h 357(kg a a kg / () Chap1: L'ai huide 11/12

12 BTS FEE 1 èe Année Cou de Cliatiation LP Galilée L équation donnant l enthalpie et l huidité abolue à pati de ae d ai ec (kga) ete alable i l on aionne aec le débit d ai ec (kga/). Pa le calcul, on a donc: a1 + a q q q + q a1 a2 a1 + a q q q + q a1 a2 Pa lectue u le diagae: θ 4 C θ 1.2 C θh 2.6 C ϕ 80 % V 0,79 3 /kga kj/kga kg/kga Reaque: ce ont le débit aique qui ajoutent et non le débit oluique de ote que l'on a qa1 + q a2 0,281 kga/. qa Chap1: L'ai huide 12/12