DIAGRAMME PSYCHROMÉTRIQUE OU DIAGRAMME DE L'AIR HUMIDE

Les calculs des caractéristiques de l'air humide étant fastidieux et très souvent répétitifs, il a été établi un diagramme de l'air humide permettant de déterminer graphiquement, avec une assez bonne précision, toutes les caractéristiques de l'air en connaissant au moins deux d'entre elles.

Ce diagramme permet également de reproduire graphiquement les évolutions de l'air au cours d'un traitement. C'est donc l'outil indispensable de tout technicien en génie climatique. Il a été établi pour une masse d'air sec de 1 kg et une pression atmosphérique souvent égale à la pression atmosphérique normale (101325 Pa), donc pour une altitude de 0 m. Au-delà, il faut apporter des corrections.

I. PRINCIPAUX DIAGRAMMES DE L'AIR HUMIDE OU PSYCHROMÉTRIQUES

Ils différent par l'expression de calcul de la pression de vapeur saturante, l'humidité absolue, l'enthalpie spécifique et par l'angle formé par les axes de coordonnées :

• MOLLIER  : Coordonnées non rectangulaires ( α= 135°) avec h = 1,0060 . θ + r . ( 2500 + 1,860.θ)
• C.O.S.T.I.C  : Coordonnées non rectangulaires ( α = 92° ) avec h = 1,0060 . θ + r . ( 2501 + 1,805.θ)
• A.S.H.R.A.E : Coordonnées non rectangulaires ( α = 88° ) avec h = 1,0060 . θ + r . ( 2501 + 1,830.θ)
• PORCHER  : Coordonnées non rectangulaires ( α= 92,5°) avec h = 1,0000 . θ + r . ( 2490 + 1,960.θ)
• CARRIER : Coordonnées rectangulaires ( α= 90 ° )    avec h = 1,0045 . θ + r . ( 2498 + 1,880.θ)

Tous les diagrammes cités sont utilisés suivant les affinités de chacun, sont équivalents et donnent des résultats très proches.

N.B. :
Le diagramme de l'air humide est un diagramme enthalpique de la forme [ h = f ( r , θ) ] .
Pour calculer une puissance, un processus de mélange, des conditions de soufflage, ... par exemple, il faut utiliser l'échelle enthalpique (l'enthalpie et non la température sèche) pour éviter de réaliser des calculs approchés et non rigoureux car seule l'enthalpie définit parfaitement le niveau d'énergie massique d'un point sur le diagramme de l'air (prise en compte de la vapeur d'eau).

2. CARACTÉRISTIQUES DE L'AIR HUMIDE SUR LE DIAGRAMME

• Température sèche notée θs ou simplement θ en [°C]
  Cette caractéristique peut être mesurée à l'aide d'un simple thermomètre dit "à bulbe sec". C'est l'axe des coordonnées horizontales.

• Humidité absolue ou spécifique notée r en [kg_eau / kg_as]
  La notation x ou w est aussi utilisée. L'humidité absolue est aussi appelée teneur en eau de l'air. C'est l'axe des coordonnées verticales.

• Enthalpie spécifique notée h en [kJ / kg_as ]
  Certains diagrammes propose en plus une échelle en [ kcal / kg_as]

• Humidité relative ou degré hygrométrique noté φ ou Hr en [ % ]
  Cette caractéristique peut être mesurée à l'aide d'un hygromètre à cheveux (classique) ou à sonde capacitive (électronique).
  La courbe extrême est la courbe de saturation où Hr = 100 %.

• Volume spécifique noté v ou v" en [ m³ / kg_as ]

• Température de rosée notée θr en [°C]
  C'est la température à laquelle il faudrait refroidir un air humide pour que la vapeur d'eau commence à se condenser.

• Température humide notée θh en [°C]
  C'est la température indiquée par un thermomètre dont le bulbe est recouvert d'un coton mouillé et placé dans un flux d'air (2 m/s) à l'abri de tout rayonnement.
  Autrement dit c'est la température à laquelle l'eau s'évapore dans l'air renouvelé.

3. PRÉSENTATION DES DIAGRAMMES COURANTS DE L'AIR HUMIDE

• Coordonnées rectangulaires ("CARRIER"):
  - Les droites isothermes sont perpendiculaires aux droites de même humidité absolue
  - La pente des isenthalpes est identique à celle des droites de même température humide
  - Le point O (24°C,50%) est le point de référence de l'échelle des S.H.F ( "Sensible Heat Factor" ou facteur de chaleur sensible). Cette méthode est expliquée sur la page : Conditions de soufflage.
  - Sur ce diagramme, les isenthalpes sont linéaires ; l'erreur induite, par ce choix de représentation, peut être corrigée à l'aide de l'échelle de correction enthalpique. Si on est rigoureux, il faut corriger l'enthalpie à l'aide de ces courbes de correction non représentées sur ce diagramme.

• Coordonnées non rectangulaires ("COSTIC ou PORCHER") :
  - Les droites isothermes font un angle de 92,5 ° avec les isohydres (droites de même humidité absolue).
  - La pente des isenthalpes est différente de celle des droites de même température humide.
  - Sur ce diagramme, les isenthalpes sont linéaires ; l'erreur induite, par ce choix de représentation, est corrigée par la modification de l'angle formé par l'isenthalpe et l'isotherme.

4. DIAGRAMME DE DimClim

Ce diagramme est paramétrable (couleur, type de lignes ...).
Il est représenté en coordonnées rectangulaires.

Limites et bornes des diagrammes affichables :
- Température basse mini/maximale : - 55 à 0 °C
- Température haute mini/maximale : +15 à +160 °C
- Humidité absolue mini / maximale  : 0 à 70 g_eau/kg_as
- Pression atmosphérique 20000 à 200000 Pa


Remarques :

- les isenthalpes ne sont pas linéaires et sont calculées à partir de l'expression de l'enthalpie choisie. La représentation, qui en découle, est une représentation des isenthalpes en forme d'arcs d'hyperbole.

- Les isothermes de bulbe humide sont souvent considérés comme des "droites de température humide" pour une simplification du tracé de ces droites. Dans la réalité, l'équation qui permet le calcul de la température humide n'est pas une équation linéaire.
Jusqu'à 8 à 9°C (humidité spécifique et pression de vapeur saturante faibles), les isothermes de bulbe humide peuvent être considérés comme des droites. Au-delà, le calcul précis, à l'aide de l'équation, conduit à une représentation en arcs d'hyperbole. L'assimilation à un modèle linéaire permet de simplifier la construction des isothermes sur le diagramme mais peut conduire à une erreur inférieure à 1 % suivant la zone et la température humide.

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⇒ Évolutions simples