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Techniques de Climatisation et de Conditionnement de l'Air Humide
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PROPRIÉTÉS ET CARACTÉRISTIQUES DE L'AIR HUMIDE

L’air est composé d’un certain nombre de gaz, d’humidité, de poussières et de bactéries : c’est l’air humide pollué.

Pour l'ensemble des relations exposées,on considérera que : L’air sec peut être considéré comme un gaz parfait. De même, l’air humide est un mélange idéal de gaz parfaits.

Les lois des gaz parfaits vont permettre d'établir les expressions littérales permettant de calculer les caractéristiques de l’air humide.



CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DE L'AIR SEC

* Masse molaire : masse en kg d’un volume de 22,4 m3 en conditions normales

Masse molaire de l’oxygène :
M (O2) = 2 x 16 = 32 kg / k mol

Masse molaire de l’azote :
M (N2) = 2 x 14 = 28 kg / k mol

Masse molaire de l’hydrogène :
M (H2) = 2 x 1,008 = 2,016 kg / k mol
L’air sec étant un mélange de plusieurs gaz, sa masse molaire est calculée en effectuant la moyenne pondérée de ses principaux constituants : Mas = 28,96 kg/ k mol La masse volumique de l’air sec, exprimée en kg/m3, est la masse de l’unité de volume de l’air sec à une température et une pression déterminée : ρ = mas / V

Pour calculer cette masse volumique, on applique l’équation caractéristique des gaz parfaits : pas.V = n.R.T
avec R =8314,4 J/ k mol.K , T température absolue de l'air sec (K), V volume de l'air sec (m3), pas pression partielle absolue de l’air sec (Pa).

Comme n = mas/ Mas, on peut écrire : pas.V= mas.R.T / Mas

Le rapport R/ Mas est un facteur caractéristique de l'air sec appelé aussi constante de l'air sec que l’on retrouvera dans les expressions relatives à l’air humide : R/Mas= 287,1 J/kg.K

L’expression de la masse volumique s'écrit alors simplement : ρ = mas / V = pas/ (287,1 .T)

Dans la plage de température utilisée en conditionnement d’air, la capacité thermique massique de l’air sec varie peu :
Cpas= 1006 J/kg.°C; On prend souvent Cpas =1000 J/kg.°C C’est la quantité de chaleur "totale" d'une masse d’air sec à une température donnée que l’on notera : θ en °C
Par convention, l’enthalpie de référence est nulle à la température de 0 °C à : Has(0°C) = 0 kJ
Pour une température donnée, on a : Has= mas.Cpas. θ en kJ L’enthalpie massique de l’air sec est l’enthalpie de l’unité de masse d’air sec : has = Has/ mas en kJ/kgas

Donc, on peut écrire que : has = Cpas. θ et si on prend Cpas = 1 kJ /kg.°C, on a alors : has= θ en kJ/kgas


CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DE L'AIR HUMIDE

L’air humide est un mélange d’air sec et d’humidité sous forme de vapeur d’eau, de gouttelettes, de givre ou de neige. En conditionnement d’air, on considère que l’humidité est essentiellement constituée de vapeur d’eau. Le mélange homogène de l’air sec et de la vapeur d’eau va se répandre par diffusion et occuper tout le volume qui lui est offert.

On peut donc appliquer la loi de Dalton au mélange de ces deux constituants: p = pas + pv avec p pression totale absolue du mélange (souvent égale à la pression atmosphérique), pas pression partielle absolue de l’air sec, pv pression partielle absolue de la vapeur d’eau.

L’air sec et la vapeur d’eau peuvent être assimilés à des gaz parfaits.

On peut donc écrire:   pour l’air sec pas.V = R.T et pour la vapeur d’eau pv.V = R.T

La masse molaire de la vapeur d’eau est : Mv = 18,016 kg/ k mol car [M(H2O) = 16+2,016]

La constante de la vapeur d'eau est égale à : R/Mv = 461,5 J/kg.K

Si on remplace les masses molaires respectives dans les deux expressions, on obtient :

Pour l’air sec : pas = 287,1 . mas . T / V  en [Pa]  Pour la vapeur d’eau : pv = 461,5 . mv . T/ V en [Pa]

La masse volumique du mélange est égale à : ρ = (mas + mv ) / V = ρas + ρv = pas  / (287,1.T) + pv  / (461,5.T)  (obtenue à partir des deux relations ci-dessus)

Or pas = p – pv , donc on obtient : ρ = pas / (287,1.T) – 1,32. 10-3 . pv / T en [kg/m3 ]

L'enthalpie de l’air humide est égale à la somme des enthalpies des deux constituants du mélange d'air sec et de vapeur d'eau. Cette enthalpie résulte de la somme des quantités de chaleur sensible de l’air sec, de la vapeur d'eau et de la chaleur latente de la vapeur d'eau Lv.

Pour une température donnée, on a :H= ( mas.Cpas. θ ) + ( mv. Cpv. θ ) + ( mv.Lv )  exprimée en [kJ]

En regroupant les termes d'air sec et de vapeur d'eau, on a :H = mas. ( Cpas. θ ) + mv. ( Cpv. θ + Lv )

La notation indiciaire (as) utilisée sur ce site, veut dire : air sec
La notation indiciaire (v) ou (eau) se rapporte à la vapeur d'eau.

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 * Masse molaire de l'air sec
 * Masse volumique
 de l’air sec

 * Capacité thermique
    massique de l’air sec

 * Enthalpie de l’air sec
 * Enthalpie massique
 de l’air sec

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 * Masse volumique
 de l’air humide

 * Enthalpie de l’air humide
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