Mesure d’hygrométrie

2.5 Mesure d’hygrométrie

Pour ce qui est de l’enthalpie, l’humidité de l’air est une grandeur aussi importante que la température. La mesure d’hygrométrie est donc nécessaire dans les tests de pompes à chaleur. Cette partie abordera d’abord les notions de base et également des définitions nécessaires à la compréhension des techniques de la mesure d’hygrométrie.

2.5.1 Notions de base

Air sec

L’air sec est un mélange de gaz contenant principalement de l’azote, de l’oxygène, de l’argon, du gaz carbonique et, en faibles quantités, un certain nombre d’autres gaz (néon, hélium, krypton, hydrogène, etc.). Les proportions de ces différents gaz, tout en variant légèrement en fonction du temps et du lieu, peuvent être considérées en première approximation comme constantes (air de référence).

Air humide

L’air humide est un mélange en proportions variables d’air sec et de vapeur d’eau. Il est à noter que la vapeur d’eau étant de l’eau à l’état gazeux, la présence d’eau sous forme liquide en suspension (brouillard) n’intervient pas dans la notion d’air humide.

Air saturé

L’air saturé correspond à un air humide, à une température et à une pression donnée, dont la quantité de vapeur d’eau est telle que toute quantité d’eau supplémentaire ne peut apparaître que sous forme liquide ou solide.

Humidité spécifique

C’est le rapport de la masse de vapeur d’eau

m

v à la masse d’air sec

m

a avec laquelle la vapeur est

associée. v a

m

W

m



Ce rapport est un nombre sans dimension, il s’exprime en kilogrammes de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec. Il est encore appelé par d’autres rapports de mélange.

Humidité relative

C’est le rapport entre la pression partielle de la vapeur d’eau présente dans l’air, noté

p

, et la pression partielle de la vapeur d’eau de l’air saturé à la même température, noté

p

_sat

( )T

.

( )

sat

p

Hr

p

T



Température de rosée

saturation pour une température appelée température de rosée. Autrement dit, elle est la température de l’air saturé à même humidité spécifique.

Théoriquement, les connaissances de la température d’air, de la température de rosée et de la pression permettent de déterminer l’humidité de l’air.

Température sèche et température humide

On entend par température humide la température d’équilibre d’une masse d’eau s’évaporant dans l’air humide, dans le cas où la chaleur nécessaire à l’évaporation n’est prélevée que sur l’air humide. Pratiquement, la température humide est la température indiquée par un thermomètre classique dont l’élément sensible est recouvert de gaze humidifiée avec de l’eau distillée. Sans présence de la gaze, le thermomètre indiquerait une température plus élevée. Cette température serait simplement la température d’air, appelée par opposition température sèche.

2.5.2 Hygromètres

Principe de fonctionnement des hygromètres à condensation

Le principe est illustré sur la Figure 2.35. L’air circule sur une surface qu’on refroidit19. Lors de l’abaissement de la température de surface, le phénomène de condensation apparaît. Il peut être détecté par un système optoélectronique. La température de la surface atteinte à ce moment là est bien, par définition, la température de rosée.

Figure 2.35 - Principe de fonctionnement d'un hygromètre à condensation (figure de. General Eastern)

Principe de fonctionnement des hygromètres à variation d’impédance

Un hygromètre de ce type contient un élément sensible constitué d’une substance hygroscopique. On mesure la variation des propriétés électriques en fonction de l’humidité. Parmi les hygromètres de ce type, on distingue deux familles : hygromètre capacitif et hygromètre résistif.

2.5 Mesure d’hygrométrie

Principe de fonctionnement des psychromètres

Le principe du psychromètre est basé sur la mesure de la température humide et de la température sèche. La température sèche est mesurée par un thermomètre à bulbe tout à fait classique. La température humide est déterminée par un thermomètre dont le bulbe est maintenu humide grâce à une gaze humidifiée avec de l’eau distillée. La connaissance de ces deux températures permet de déduire l’humidité de l’air.

Figure 2.36 - Principe du psychromètre

Principe de fonctionnement des hygromètres piézo-électriques

Le fonctionnement est basé sur la fréquence de résonnance d’un cristal de quartz relié mécaniquement à une substance hygroscopique dont la masse varie en fonction de l’humidité d’air. Il fournit la fraction volumique de vapeur d’eau dans l’air.

Caractéristiques

Tableau 2.4 - Les caractéristiques des hygromètres (Cretinon 2004)

Type Principe de mesure Paramètre mesuré Limites d’emploi (sur le paramètre mesuré) Incertitudes sur le paramètre mesuré Temps de réponse A = Avantages I = Inconvénients

Condensation Mesure de la température de rosée ou de gelée par condensation sur un miroir

refroidi Température de rosée Td – 90°C < Td < 100°C ± 0,2°C à ± 0,5°C Moyen - rapide (quelques minutes)

A : Utilisable comme hygromètre de transfert I : État difficilement appréciable du condensat (eau ou glace) pour les températures négatives

Résistif Détection des variations de résistivité d’un corps

hygroscopique

Humidité relative w (%)

5 % < w < 95 % – 30°C < T < +80°C

± 2 % à ± 5 % Rapide I : Sensible à l’eau. Sensible à la température. Emploi délicat à haute température

Capacitif Variation de la capacité d’un diélectrique polymère en fonction de l’humidité relative Humidité relative w (%) 5 % < w < 100 % – 30°C < T < +80°C

± 2 % à ± 5 % Très rapide A : Réponse très rapide. Peu sensible à la température

I : Emploi délicat à haute température et haute humidité relative

Psychromètre Mesure de la température humide par bulbe humidifié

Température humide Tw

0°C < Tw < 70°C ± 0,2°C à ± 1°C Lent A : Peu de risque de dérive

I : Mesures généralement discontinues Limites en basse température

Piézo- électrique

Résonance d’un quartz ppm volume 0 à 1000 ppm 5% Moyen A : Grande résolution. Adapté aux très faibles humidités

Dans le document Méthodes de mesure in situ des performances annuelles des pompes à chaleur air/air résidentielles (Page 70-74)