Comprendre l’humidité, partie 2 : Mesures pratiques que tout ingénieur devrait maîtriser

En comprenant comment les variations de la température et de la pression influencent les valeurs de l’humidité, vous pouvez effectuer des mesures et des contrôles plus précis – à condition de choisir le bon instrument de mesure. Le but de cet article est de vous aider à mieux comprendre comment agit et réagit l’humidité dans des conditions réelles et à choisir l’instrument de mesure d’humidité adapté à votre application.
 

Comme les variations de la température et de la pression ont aussi un impact sur l’humidité, pour comprendre l’humidité, il faut connaître les réactions de la vapeur d’eau lors d’un changement des conditions. La pression de saturation, la pression partielle et les valeurs de l’humidité sont toutes déterminées par la température et la pression.

Température : En cas de hausse de la température, la pression de saturation augmente rapidement, car l’air chaud peut contenir beaucoup plus de vapeur d’eau que l’air froid. C’est pourquoi l’humidité relative (HR) diminue lorsque la température augmente, et pourquoi une baisse de température accroît le risque de saturation et de condensation, même sans apport d’eau supplémentaire dans l’air.

Pression : La pression totale affecte la pression partielle de tous les composants du gaz (loi de Dalton). Quand l’air est comprimé, la pression partielle de la vapeur d’eau augmente proportionnellement à la pression totale. Ceci augmente le risque de saturation et de condensation.

On parle de saturation lorsque la pression partielle de la vapeur d’eau est égale à la pression de saturation à une température donnée. C’est ce qu’on appelle le point de rosée. Tout refroidissement supplémentaire ou augmentation de la vapeur d’eau entraînera la formation de condensation. Lorsque la température est inférieure à zéro, un excès de vapeur d’eau cause la formation de glace – c’est le point de givre.

Ces faits peuvent expliquer les observations inhabituelles effectuées dans des conditions réelles, notamment :

• Pics d'HR soudains – ils sont souvent causés par de petits changements de température plutôt que par des variations de l’humidité. Par exemple, l’ouverture d’une porte donnant sur un couloir plus frais peut faire grimper instantanément l’humidité relative, même si aucune humidité supplémentaire ne s’infiltre dans la pièce.
• Condensation dans l’air comprimé – elle résulte souvent de la hausse de la pression partielle de la vapeur d’eau pendant la compression, suivi du refroidissement dans les équipements en aval.
• Les points de rosée à différentes pressions ne sont pas directement comparables – le point de rosée dépend de la pression, donc un point de rosée mesuré à la pression du système ne sera pas égal à un point de rosée mesuré à la pression atmosphérique. Autrement dit, toute comparaison doit prendre en compte les conditions de pression.

En comprenant les lois physiques qui régissent le comportement de l’humidité, vous constaterez que les variations de la température et de la pression créent des variations prévisibles des valeurs de l’humidité, ce qui vous aide à faire des mesures et des contrôles exacts.

Exemples pratiques de scénarios courants de mesure de l’humidité

Voici deux scénarios simples qui montrent comment les paramètres d’humidité changent et comment continuer à mesurer avec précision.

Scénario 1 : Chauffer l’air de 20 °C à 30 °C
Imaginez de l’air à 20 °C avec 50 % d’HR. Si vous chauffez l’air à 30 °C sans ajouter ni retirer d’eau :

• La quantité absolue d’eau restera la même.
• Comme la pression de saturation de la vapeur d’eau augmente parallèlement à la température, l’HR diminue.
• C’est important car si vous utilisez l’HR pour contrôler votre processus, vous pourriez penser que la baisse de l’HR signifie que l’air est désormais plus sec, alors qu’en réalité aucune humidité n’a été retirée.
• Solution : Utilisez le point de rosée plutôt que l’HR pour empêcher l’humidification superflue, économiser de l’énergie et éviter le surconditionnement. Ceci est particulièrement pertinent dans les systèmes CVC destinés à contrôler à la fois l’humidité et la température. Ces systèmes disposent généralement de mécanismes distincts pour l’humidification/séchage et le chauffage/refroidissement. L’utilisation de l’HR comme paramètre de contrôle peut entraîner des oscillations indésirables, où le système surcompense des variations de l’humidité perçues, causées par des changements de température plutôt que par des changements réels de l’humidité.

Scénario 2 : Calcul du point de rosée de l’air comprimé
Supposons que vous pressurisiez de l’air pour passer de 1 bar à 7 bar. Si vous le faites sans sécher l’air :

• La pression partielle de la vapeur d’eau augmentera proportionnellement à la pression totale ; la teneur en humidité réelle ne changera pas.
• Le point de rosée augmente à mesure que la pression augmente, ce qui peut entraîner la formation de condensation si l’air refroidit. Dans un système d’air comprimé, cela peut entraîner des risques pour la sécurité et compromettre l’efficacité énergétique.
• Solution : La mesure du point de rosée à la pression du système permet de prédire où et quand la condensation se produira. Ceci facilite la prévention de la corrosion, réduit le risque de défaillance de l’équipement et diminue les risques de sécurité.

Au lieu d’effectuer des calculs manuels, vous pouvez rapidement comprendre et analyser ces types de scénario en utilisant le calculateur d’humidité Vaisala – surtout si différents paramètres changent.

Comment choisir le bon instrument de mesure de l’humidité

Pour choisir le bon équipement pour mesurer l’humidité, il faut tenir compte de certains points. Voici une liste de contrôle pratique :

• Adaptez l’instrument à l’environnement de mesure. Vous effectuez vos mesures dans une salle blanche, un entrepôt, en extérieur ou dans de l’air comprimé ?
• Comprenez la plage de température et les conditions de pression. Y aura-t-il de grandes variations de température ? Effectuez-vous vos mesures dans un système pressurisé ? Avez-vous besoin d’une sonde chauffée pour éviter des mesures inexactes dans des conditions de condensation ?
• Faites attention à l’exactitude et à la stabilité des instruments. Cherchez des équipements avec une faible dérive, une exactitude élevée et une stabilité éprouvée à long terme.
• Tenez compte de vos besoins de maintenance et d’étalonnage. Dans les environnements industriels difficiles, vous aurez besoin de sondes et de transmetteurs d’humidité robustes, de qualité industrielle, avec de longs intervalles d’étalonnage.
• Faites le bon choix entre le point de rosée et l’humidité relative. Le bon paramètre de mesure dépendra de votre application. Par exemple :
  • Pièces sèches à faible humidité et production de batteries au lithium : utilisez des capteurs du point de rosée
  • Applications CVC et bâtiments : utilisez des transmetteurs d’humidité relative et de température

Les transmetteurs industriels d’humidité et point de rosée de Vaisala ont été conçus pour garantir des performances élevées, stables et durables dans des applications exigeantes telles que les procédés industriels, les salles blanches et la surveillance environnementale. Les transmetteurs Vaisala sont conçus pour garantir une fiabilité optimale dans les environnements où la dérive, les arrêts ou des mesures inexactes peuvent rapidement engendrer des coûts importants.

Pour savoir comment choisir le bon instrument de mesure de l’humidité pour votre application, consultez la note d’application Comment choisir le bon instrument pour mesurer l’humidité dans votre application.

Pourquoi faut-il comprendre l’humidité ?

L’humidité peut sembler simple, mais il est important de bien comprendre ce que vous mesurez réellement. Les paramètres tels que l’humidité relative et le point de rosée mesurent l’humidité de différentes manières – et réagissent différemment aux variations de la pression et de la température.

Si vous comprenez ces mesures et comment la vapeur d’eau réagit aux changements de conditions, vous pouvez prendre des décisions de contrôle plus adéquates qui améliorent la qualité, réduisent la consommation d’énergie et renforcent la sécurité de vos opérations. Choisissez les bons instruments et capteurs. Vous protégerez également vos processus et améliorerez les performances.

Calculateur d’humidité Vaisala – un moyen simple de calculer l’humidité

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