¨ COMPOSITION
DE L'AIR
L'air que nous respirons est
un mélange gazeux contenant de la vapeur d'eau.
L'air sec est composé de
différents gaz tels que :
| Azote |
N2 |
78% en volume |
| Oxygène |
O2 |
21% en volume |
| Argon |
Ar |
0,9% en volume |
| Dioxyde de carbone |
CO2 |
0,03% en volume |
| Hydrogène |
H2 |
( < 0,001% ) |
| Néon |
Ne |
( < 0,001% ) |
| Hélium |
He |
( < 0,001% ) |
| Krypton |
Kr |
( < 0,001% ) |
| Xénon |
Xe |
( < 0,001% ) |
L'air sec mélangé à de la
vapeur d'eau est appelé air humide.
¨ L'AIR
HUMIDE
La vapeur d'eau contenue dans
l'air est exprimée sous 2 formes : humidité absolue et humidité relative.
En 1923, R.Mollier a
présenté un diagramme de l'air humide (abaque psychrométrique) qui est toujours
d'actualité et que nous vous présentons ci-dessous en version simplifiée.
HUMIDITÉ ABSOLUE :
C'est la masse de la vapeur d'eau ou le poids d'eau contenu dans 1 kg
d'air sec ou 1 m3 d'air sec. Ce poids d'eau reste constant lorsque la température
ambiante varie sous réserve qu'elle ne tombe pas en dessous de la température de rosée.
Si la température tombe en dessous du point de rosée, une partie de cette masse d'eau va
se condenser sous forme de gouttelettes sur les parois les plus froides. ( vitres
des fenêtres par exemple ).
Exemple : 10grammes d'eau,
point de rosée: 11°
HUMIDITÉ RELATIVE
: L' humidité relative ou degré hygrométrique est généralement exprimé
en %. L'humidité relative représente le rapport entre le poids d'eau (P)
contenu dans 1m3 d'air déterminé et le poids d'eau maximum (Ps) que cet air
pourrait contenir à la même température, s'il était saturé. La saturation correspond
à une humidité relative de 100%.
%Hr = P / Ps
x 100
L'air ambiant peut contenir
très peu d'eau et paraître humide ou au contraire en contenir beaucoup plus et donner
l'impression d'être sec. Cette sensation d'air sec ou humide est principalement
dépendante de la température ambiante. Le poids d'eau nécessaire à la saturation d'un
m3 d'air augmente très vite avec la montée en température. La température est un
élément essentiel dont on doit tenir compte pour tout calcul.
| Température |
-10° |
-5° |
0° |
5° |
10° |
15° |
20° |
25° |
30° |
| Quantité d'eau g/m3 50% Hr |
1 |
2 |
2,2 |
3,3 |
4,6 |
6,3 |
8,5 |
11,5 |
15 |
| Quantité d'eau g/m3 100% Hr ( saturation) |
2 |
3 |
4,4 |
6,6 |
9,2 |
12,6 |
17 |
23 |
30 |
Exemples :
En hiver, avec une température extérieure de 5°C
et une humidité relative de 90%, 1m3 d'air contient 6grammes d'eau. En entrant dans un
bâtiment chauffé à 20°C, la température de l'air s'élève, mais sa contenance en eau
reste de 6gr, soit une humidité relative de 35%. Cet exemple montre bien que c'est une
illusion de croire qu'en ouvrant une fenêtre dans une pièce on augmente le taux
d'humidite relative. Il se passe en fait le contraire.
Ceci explique les problèmes de fabrication rencontrés
pendant les périodes de grands froids.
De même, par temps de fort soleil, la
température d'une pièce peut augmenter rapidement et provoquer une chute du taux
d'humidité relative.
Dans un local chauffé à 20°C et ayant une
humidité relative de 30%, 1m3 d'air contient 5gr d'eau. Pour obtenir une humidité
relative de 70%, il faudra ajouter 7gr d'eau par m3 d'air afin d'avoir 12gr/m3.
Nota : Ces
diagrammes sont établis pour une pression atmosphérique normale: 1013mbar ( hauteur de
110m au dessus du niveau de la mer ).
CONCLUSION: le diagramme de l'air
humide permet de connaître rapidement et simplement les paramètres de l'air d'un état
initial à un état final et par différence de savoir la quantité d'eau à ajouter ou à
soustraire pour changer d'état.
¨ SYSTÈMES
D'HUMIDIFICATION :
Humidificateurs à vaporisation par
évaporation. L'air aspiré entre en contact avec une grande surface mouillée,
il en résulte une évaporation d'une partie de l'eau. L' énergie nécessaire pour le
changement d'état ( évaporation ) est puisée dans l'air ambiant, il s'en suit
donc un certain refroidissement.
Ce système implique un entretien soigné du bac de
réserve d'eau et du média filtrant. En effet, l'eau recyclée se charge en sels et
minéraux et sa concentration augmente au fur et à mesure de l'évaporation. Si les
dépôts sont trop importants l'échange entre l'air et le média se fait mal,
l'humidification devient inefficace et il y a risque de développement de germes.
Ce procédé implique que la vapeur d'alimentation soit
parfaitement sèche et même légèrement surchauffée. La vapeur d'alimentation devra
donc passer par un séparateur qui supprimera les impuretés et un purgeur sera
prévu pour éliminer les condensats. La vapeur produite est pure ( sauf si un produit
toxique est utilisé pour le traitement chimique de l'eau ) et donc sans odeur et sans
risque de prolifération de germes. En contre partie l'entretien et le coût
énergétique de ce système sont importants.
Humidificateurs par
"brumisation". Sous cette appellation sont regroupés tous les
systèmes d'humidification qui utilisent la pulvérisation d'eau; humidificateurs
centrifuges, humidificateurs laveurs, humidificateurs rotatifs, humidificateurs à
ultrasons, humidificateurs à buses hydrauliques ou à buses bi-fluides (eau+air).
Humidificateurs centrifuges : un
plateau équipé sur sa périphérie de dents est mis en rotation par un moteur. L'eau
arrive sur ce plateau et par centrifugation est projetée sur les dents qui la brise en
fines gouttelettes. Le débit unitaire de chaque appareil est limité et les sels dissous
dans l'eau sont souvent entraînés dans l'air et viennent se déposer sous forme de
poudre sur toutes les surfaces. Les appareils munis d'une réserve d'eau doivent être
fréquemment nettoyés afin d'éviter la formation d'algues et la création d' un bouillon
de culture pour les bactéries.
Humidificateurs laveurs : ils sont
généralement montés dans les centrales de traitement d'air dans un caisson
indépendant. Des rampes équipées de buses de pulvérisation humidifient et lavent l'air
traversant. Un séparateur de gouttelettes est monté en sortie afin d'éviter
l'entrainement des gouttelettes les plus grossières. Le rendement de ces humidificateurs
dépend de la qualité des buses utilisées, du dimensionnement du caisson ( vitesse de
l'air ) et de la direction de la pulvérisation ( co-courant ou contre courant ). Le bac
de rétention demande un entretien soigné si l'on souhaite éviter la prolifération de
moisissures, champignons et germes. Les coûts d'entretien et de fonctionnement sont
conséquents.
Humidificateurs rotatifs : Ils sont
également prévus pour être installés dans des centrales de traitement d'air. Ces
humidificateurs de conception récente, utilisent une buse rotative entraînée par un
moteur à plus de 10 000 rpm. L'alimentation de l'eau se fait par le centre de la buse et
sous l'effet de la rotation, la veine d' eau est projetée par des orifices sur un tamis
circulaire qui l' éclate en fines gouttelettes. Ces appareils doivent être placés dans
l'axe du caisson. L' entretien est limité à la vérification de l' état de la buse et
du tamis protecteur. La consommation électrique n'est pas négligeable mais les coûts
d'entretien restent limités.
Humidificateurs à ultrasons : Ils se
composent pour l'essentiel d'un convertisseur piézo-électrique qui transforme un signal
électrique en une oscillation mécanique de haute fréquence ( 1,65MHz ). Appelé aussi
transducteur il est placé au fond d'un réservoir d'eau. L' inertie de l'eau ne pouvant
suivre la fréquence de vibration du transducteur, il se produit un phénomène de
cavitation qui engendre la formation de micro-bulles. Le débit de ces appareils est
faible et leur emploi est pratiquement limité aux vitrines réfrigérées. L'eau
d'alimentation doit être de très bonne qualité et si possible déminéralisée.
Humidificateurs à buses hydrauliques
: ils comprennent une pompe haute pression ( 50 à 100 bar ) et des rampes fixes sur les
quelles sont installés des atomiseurs hydrauliques. Les orifices des atomiseurs
hydrauliques sont de faible section et de ce fait la filtration doit être parfaite car
les risques de bouchage sont importants. L'eau d'alimentation doit également être de
bonne qualité si l' on veut limiter les interventions. Ces systèmes nécessitent une
certaine vitesse d'air et sont généralement utilisés pour la climatisation extérieure
dans les pays chauds, l'humidification en serres, ou le refroidissement des bâtiments
d'élevage ( voir infos refroidissement d'ambiance ).
Humidificateurs à buses bi-fluides :
comme leur nom l'indique les buses d'atomisation utilisent deux fluides, l'eau et l'air
comprimé. L'air comprimé permet de générer un brouillard très dense de fines
gouttelettes. Les pressions d'eau et d'air réglables par une armoire de contrôle
permettent d'ajuster la finesse du brouillard. Bien que les atomiseurs
pneumatiques soient équipés d' une aiguille de débouchage, l'eau doit être
parfaitement filtrée et de sa qualité va dépendre la fréquence des interventions. Il
sont faciles à mettre en œuvre, les coûts de fonctionnement sont faibles mais la
consommation d'air n'est pas négligeable. Ils peuvent être installés soit dans des
caissons de conditionnement d'air ou bien directement dans les locaux à traiter.
L'absence de réserve d'eau évite toute contamination de l'eau. Au montage des
précautions doivent être prises pour que le brouillard d'eau émis par les atomiseurs ne
rencontre pas des obstacles, ce qui provoquerait une condensation.
|