Psychrométrie

La psychrométrie est l'étude des mélanges air-vapeur d'eau. On l’appelle aussi parfois hygrométrie. De nombreux dispositifs de génie mécanique exploitent des processus psychrométriques, tels que les systèmes de climatisation et les tours de refroidissement. Deux principes importants sur lesquels reposent les relations psychrométriques sont l'équation des gaz parfaits et la loi de Dalton concernant le mélange. L'équation parfaite des gaz,PV=TR, est un outil fondamental utilisé pour manipuler les caractéristiques lorsque l'on envisage d'analyser à la fois les définitions et diverses conditions. Puisque d = 1/v, une autre forme utile de l’équation estp=dRT.

Loi de Dalton sur la pression partielle :Dalton affirme que dans un mélange de gaz parfaits, chaque constituant du mélange se comporte individuellement car les autres ne sont pas présents. Cette affirmation peut être exprimée sous la forme d’une série de relations mathématiques basées sur les énoncés logiques suivants :

  • La pression totale du mélange est la somme des pressions individuelles ou partielles des constituants.
  • La masse du mélange est la somme des masses des différents constituants.
  • La température de chaque constituant est égale à la température du mélange.
  • Le volume de chacun des constituants est égal au volume du mélange.
  • L'enthalpie du mélange est la somme des enthalpies des différents constituants.

Pression totale du mélange air-vapeur d'eau (pB) peut être exprimé par l'équation de la loi de Dalton comme la somme des pressions partielles des constituants ;p = pun+pvet si la vapeur d'eau est saturéep = pun+pvs.

Humidité relative (ϕ) :Elle est définie comme le rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau dans un mélange et la pression saturée d'eau pure à la même température.J.

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Taux d'humidité ou humidité spécifique :L'humidité (w) le rapport est défini comme la masse de vapeur d'eau par unité de masse d'air sec dans le mélange d'air et de vapeur d'eau. Ce terme peut êtreimget si le mélange est saturéωS= 0,622 [pvs/( p − pvs)]comme

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Degré de saturation (μ) :C'est le rapport entre l'humidité spécifique réelle et l'humidité spécifique saturée, toutes deux à la même température.J.

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Température du bulbe sec (DBT) :C'est la température du mélange mesurée par un thermomètre étalon. Le mot « sec » est utilisé pour signifier que le capteur est exposé au mélange de vapeur sans qu'aucun liquide ne soit présent.

Température du bulbe humide (ou température de saturation, (WBT) :C'est la température à laquelle l'eau s'évaporant dans l'air humide à une température de bulbe sec et un rapport d'humidité donnés peut amener l'air à saturation de manière adiabatique à la même pression.

Volume spécifique (v) :Il est couramment utilisé, mais avec des unités de volume de mélange par kilogramme d'air sec.

Température du point de rosée (DPT) :C'est la température de l'air humide saturé au même rapport de pression et d'humidité qu'un échantillon donné d'air humide. Si nous le refroidissons davantage, l’eau commencera à se condenser et se séparera sous forme de brouillard/rosée.

FREQUENTLY ASKED QUESTIONS

What is the significance of the perfect gas equation in psychrometry?
The perfect gas equation, PV = nRT, is a fundamental tool in psychrometry as it allows us to manipulate the characteristics of air-water vapor mixtures. By rearranging the equation to p = dRT, we can analyze various conditions and definitions. The perfect gas equation is a simplification of real-world behavior, but it provides a useful approximation for many psychrometric applications, such as calculating the properties of air in air conditioning systems and cooling towers.
How does Dalton’s Law of Partial Pressure apply to psychrometry?

Dalton’s Law states that in a mixture of perfect gases, each constituent behaves individually as if the others were not present. In psychrometry, this means that the total pressure of the air-water vapor mixture is the sum of the individual partial pressures of the constituents. This can be expressed mathematically as p_total = p_air + p_water_vapor. Dalton’s Law is essential in psychrometry as it allows us to calculate the properties of the mixture based on the properties of its individual components.

What is the difference between psychrometry and hygrometry?

Psychrometry and hygrometry are often used interchangeably, but technically, hygrometry refers specifically to the measurement of the humidity of the air, whereas psychrometry is the broader study of the properties of air-water vapor mixtures. Psychrometry encompasses not only humidity but also other properties such as temperature, enthalpy, and density. While hygrometry is a subset of psychrometry, the terms are often used synonymously in practice.

How does the composition of atmospheric air affect psychrometric calculations?

Atmospheric air is a mixture of many gases, including nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and water vapor. The composition of atmospheric air can affect psychrometric calculations, particularly when dealing with trace gases. However, for most psychrometric applications, the air can be approximated as a binary mixture of dry air and water vapor. This simplification allows us to use psychrometric charts and tables that are based on this binary mixture assumption.

What are some common applications of psychrometry in mechanical engineering?

Psychrometry has numerous applications in mechanical engineering, including air conditioning systems, cooling towers, and humidification/dehumidification systems. By understanding the properties of air-water vapor mixtures, engineers can design and optimize these systems to achieve efficient heat transfer, humidity control, and energy savings. Psychrometry is also essential in the design of HVAC systems, where it is used to calculate heating and cooling loads, and to optimize system performance.

How can psychrometric charts and tables be used in engineering design?

Psychrometric charts and tables are graphical and tabular representations of the properties of air-water vapor mixtures. They provide a convenient way to determine the properties of the mixture, such as humidity, enthalpy, and density, based on temperature and humidity ratios. Engineers can use these charts and tables to quickly and accurately calculate the properties of the air in various engineering applications, such as designing air conditioning systems, cooling towers, and humidification/dehumidification systems.

How does Dalton’s Law of Partial Pressure apply to psychrometry?

Dalton’s Law states that in a mixture of perfect gases, each constituent behaves individually as if the others were not present. In psychrometry, this means that the total pressure of the air-water vapor mixture is the sum of the individual partial pressures of the constituents. This can be expressed mathematically as p_total = p_air + p_water_vapor. Dalton’s Law is essential in psychrometry as it allows us to calculate the properties of the mixture based on the properties of its individual components.