Rapport PFE "Etude thermique et réalisation d'un humidificateur à ruissellement d'eau

8/18/2019 Rapport PFE "Etude thermique et réalisation d'un humidificateur à ruissellement d'eau

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Etude et réalisation d’un humidifcateur à ruissellement 1

Table des matièresDédicaces 3

Remerciements 4

Nomenclature 5

Liste des fgures 6

Liste des tableaux 7

Liste des photos 8

Introduction générale 9

Chapitre I : Rappels et généralités sur lhumidifcation

1. Confort thermique 13

2. Economie et énergie 153. Ecologie 15

4. Echangeur à évaoration 15

Chapitre II : Di!érents t"pes dhumidifcateurs

I# Les humidifcateurs isothermes 18

1. !rincie "e fonctionnement 18

2. #echnologie18

3. $n%tallation 2&

4. 'vantage% 21

5. $nconvénient% 21

6. Co(t% 21

7. )aintenance 22

8. !récaution% à ren"re 25

II# Les humidifcateurs adiabati$ues 25

'. *e% humi"i+cateur% à ulvéri%ation ",eau froi"e 25

1. !rincie "e fonctionnement 252. -volution "an% le "iagramme "e l,air humi"e 26

3. #echnologie27

4. 'vantage% 33


6. )aintenance 34

7. !récaution% à ren"re 34

8. #raitement "e l,eau 35

. *e% humi"i+cateur% à évaoration/rui%%ellement 35

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1. !rincie "e fonctionnement 35

2. -volution "an% le "iagramme "e l,air humi"e 36

3. #echnologie37

4. 'vantage% 39


6. )aintenance 39

7. !récaution% à ren"re 4&

8. #raitement "e leau 4&

Chapitre III : Comportement de lair humide

Chapitre I% : Conception et Réalisation dun humidifcateur &

ruissellement

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é"icace%

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Nous dédionsce travail à

NOSPARENTS,nos GrandsParents,Tous nosamis et collègues et

à Tous ceux qui nous sont cers!

Nous dédionsce travail à

NOSPARENTS,nos GrandsParents,Tous nosamis et collègues et

à Tous ceux qui nous sont cers!


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emerciement% Nos remerciements vont tout premièrement à dieu tout puissant pour la

volonté, la santé et la patience qu’il nous a donné durant tous ces années

d’études. Nous avons été encadrés par le Professeur Abdelhamid KHABBAZI ,

nous tenon à le remercier pour la qualité de sujet qu’il nous a proposé, pour

nous avoir fait bénéficier de ses connaissances scientifiques et ses conseils.

Nous ne laissons pas l’occasion de nous échapper sans toutefois

remercier tous les enseignants de l’Ecole upérieure de !echnologie de alé

pour la formation dispensée, ainsi que tous les membres de jur".

Nous remercions également tous ceu# qui nous ont aidés de près ou de

loin à réaliser ce modeste travail.

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)EC*'#Eou% réci%on% ci:ar;% un certain nom olume ?m3@

n > om !re%%ion "e la vaeur ?!a@

's : !re%%ion "e %aturation ?!a@

r : #eneur en humi"ité ?0g/Dgair%ec@

+ : en"ement ?@

, : Energie %éci+que ?0B/0ga%@

v > olume %éci+que "e lai "u local ? m3

/Dg "air %ec@.

- : #emérature ?Fc@

φ : umi"ité relative ?@

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*$#E E G$HEFigure II.1 : Principe d’un humidificateur isothermeFigure II.2 : Conduit d’un humidificateur à vapeur Figure II.3 : Evolution dans le diagramme humide d’une transformation isothermeFigure II. : E!emple : un air à 23" # $ %& sera humidifi' à 2" (# $ %& par un )et devapeur Figure II.* : Comparaison entre humidificateur à eau froide et un humidificateur à vapeurFigure II.+ : %umidificateur à pulv'risation d,eau froideFigure II.( : Comparaison entre un humidificateur à eau froide et un humidificateur à vapeur Figure II.- : ppareils à pulv'risation par /uses fi!es0 à eau reccl'e0 à d'/it constantFigure II.11 : Pulv'risation par centrifugationFigure II.12 : odle de pulv'risation par centrifugation suspendu au plafond

Figure II.13 : Pulv'risation par /uses fi!es à eau et air comprim'Figure II.1 : Pulv'risation par ultrasonsFigure II.1* : 4n humidificateur à ruissellementFigure II.1+ : E!emple : de l’air à 2#"C 3# $ %& sort de l’humidificateur à 12"C et (* $ %&.Figure II.15 : %umidificateur à ruissellement travaillant avec l’eau reccl'eFigure II.1( : 6vaporateur à m'diaFigure II.1- : 6vaporateur à filsFigure II.2# : Champignons et /act'riesFigure I781 : 9ac d’eau

Figure 7I8* : couvercle en tle ondul'eFigure 7I85 : ;a r'partition des thermocouples à l’entr'e du sstmeFigure 7I8( : ;a r'partition des thermocouples à la sortie du sstme

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*$#E E #'*E'I?%&E@


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*$#E E !# Photo II.1 : &ampe d,in)ection

Photo II.2 : Aans un hall industriel.Photo II.3 : Aans un caisson de traitement d,air.Photo II. : Pulv'risation par /uses fi!es à eau et air comprim'Photo III.1 : ;’interface graphi=ue de l’application de traitement de l’air sous 79+ >1er volet@Photo III.1 : ;’interface graphi=ue de l’application de traitement de l’air sous 79+ >2mevolet@Photo 7I82 : ?upport en /oisPhoto 7I83 : 7entilateur install' dans le supportPhoto 7I8 : PompePhoto 7I8+ : ir conditioning la/orator unit


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Etude et réalisation d’un humidifcateur à ruissellement 1&

$#C#$ HEE'*E;e d'veloppement 'conomi=ue0 les ressources 'nerg'ti=ues et l’environnement sont

des termes fortement li's. En effet0 le d'veloppement 'conomi=ue entraine des e!igencesgrandissantes de la soci't' dans sa course vers l’am'lioration de son /ienBtre. En parallle0

une sensi/ilisation sur l’'puisement des ressources 'nerg'ti=ues se d'veloppe dans cette

mBme soci't'0 mais une utilisation intensive et souvent mal g'r'e des 'nergies0 met en p'ril

notre 'cosstme.

l,'chelle mondiale0 la production de froid apparat comme un en)eu 'nerg'ti=ue

ma)eur de ce nouveau sicle. ;,en)eu est 'galement de r'duire la consommation en 'nergie

primaire et de limiter les pics de puissance en 'lectricit'. Dr actuellement0 les solutions de production de froid reposent essentiellement sur des sstmes frigorifi=ues grands

consommateurs en 'nergie 'lectri=ue. Il convient alors de pr'parer des solutions accepta/les

'conomi=uement et adapt'es à la satisfaction de ces /esoins futurs sans compromettre les

engagements internationau! relatifs à la protection de l,environnement0 en particulier pour la

r'duction des ga à effet de serre >E?@ par une diminution de la consommation en 'nergie

fossile0 et pour une meilleure protection de la couche d,Done par l’utilisation des fluides

naturelle >airGeau@.

;a climatisation et le conditionnement de l’air sont des applications importantes du

froid0 les installations frigorifi=ues ont alors pour /ut de refroidir et 'ventuellement de

d'shumidifier l’air des locau!. ;es installations peuvent Btre à refroidissement direct0

l’'vaporateur 'tant situ' dans la pice à refroidir. ;e groupe de compression est plac' à

pro!imit' de l’'vaporateur pour limiter les pertes de charge et o/tenir de /onnes performances

de la machine. ;es installations à refroidissement indirect a/aissent la temp'rature de l’eau

naturelle. Cette eau est puls'e vers des 'changeurs =ui refroidissent l’air am/iant.

;es travau! ant'rieurs s,inscrivent dans cet o/)ectif d’am'lioration des sstmes de

refroidissement par 'vaporation indirect et de valorisation des fluides naturels >ir8Eau@. Aans

ce conte!te l’o/)ectif essentiel de notre pro)et de fin d’'tudes est de concevoir et r'aliser un

humidificateur à ruissellement d’eau class' parmi les sstmes d’humidification adia/ati=ue.

Il s’agit d’un sstme simple à monter utilisant les propri't's d’'vaporation de l’eau à la

surface d’un mat'riau te!tile.

Pour se faire le rapport sera compos' de =uatre chapitres :

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• ;e 1er chapitre sera consacr' au! rappels sur des g'n'ralit's de

l’humidification.• Aans le 2me Chapitre seront pr'sent's les diff'rents tpes d’humidificateurs.• ;e 3me Chapitre va fournir des informations sur le comportement de l’air

humide.• Et le dernier Chapitre va Btre consacr' à la conception et r'alisation d’un

humidificateur à ruissellement.

Et finalement0 une conclusion sera donn'e sur le travail effectu'.

;’utilisation de l’'changeur de chaleur 'vaporatoire pour le refroidissement supprime

l’installation frigorifi=ue fonctionnant avec compression de vapeur conventionnel >r'frig'rant

cher et nuisi/le à l,environnement@0 c’est à dire0 cela permettra de faire des 'conomies

su/stantielles.

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CHAPITRE I :

Rappels et Généralités surl’humidification

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1.1. Confort thermiue :

C’est g'n'ralement dans notre logement =ue nous passons la partie la plus longue de notre vie

par comparaison avec le temps pass' à l’e!t'rieur ou à notre poste de travail H pour certaines

personnes >petits enfants0 personnes g'es ou malades@ cette proportion peut mBme Btre

proche de cent pour cent. insi0 le confort est la sensation de /ienBtre dans notre logement ou

mBme dans les lieu! oJ on s')ours >poste de travail ou autres locau!@.

1.1.1 !acteurs affectant le "ien#$tre ph%siue de l’homme :

;es diff'rents facteurs suscepti/les d’avoir un effet direct sur les individus dans le cadre de

leurs ha/itats sont :

a 'u"stances to(iues : ;a pr'sence0 mBme à fai/le dose de su/stances nocives dans notre

ha/itat doit Btre prise au s'rieu! H sachant =u’un homme moen respire entre 1# à 1* fois par

minute et inhale à cha=ue fois ).* litre d’air0 ce =ui signifie =u’il fait p'n'trer cha=ue )our

entre + à 11 m, d’air dans son sstme respiratoire . ;a =ualit' de l’air dans l’ha/itat revBt

donc une importance pr'pond'rante.

" Humidité : l’humidit' de l’air peut Btre favora/le dans ces certaines limites au! voies

respiratoires de l’homme. Cependant si une condensation local surgit du fait de la pr'sence de

surface trop froide celle8ci peut endommager la construction0 d't'riorer les mat'riau! et

favoriser la croissance des moisissures0 il en r'sulte des mauvaises odeurs0 voir des allergies.

c 'ensation thermiue : ;a sensation thermi=ue de l’homme est intimement li'e à son

m'ta/olisme. ;’Btre humain est en fait un r'acteur chimi=ue =ui achve la com/ustion de la

nourriture a/sor/'e et li/re ainsi en continu une puissance m'ta/oli=ue de l’ordre de 1## K :

valeur =ui augmente 'videment en fonction de l’activit' momentan'e de l’individu. Cette

puissance doit Btre 'vacu'e0 à d'faut de =uoi la mort serait imminente du fait de

l’accroissement e!cessif de la temp'rature du corps =ui en r'sulterait.

;’homme possde deu! r'gulateurs l’un contrlant la production de sueur et l’autre la

temp'rature de la peau. ?i la temp'rature am/iante est 'lev'e0 celle de la peau augmente proportionnellement afin d’assurer l’'vacuation de la puissance m'ta/oli=ue susmentionn'e.

Cet 'tat de fait est responsa/le de la sensation de L trop chaud M. Il e!iste donc une

temp'rature d'sir'e >ou conforta/le@ en dehors de la=uelle une sensation d’inconfort est

perNue.

d -entilation du local : pour 'vacuer les odeurs0 l,humidit' et poussires0 la m'thode la plus

simple c’est de renouveler perp'tuellement l’air0 certaines personnes recourent à toute une

s'rie de produits artificiels >spras0 insecticides0 produits de nettoage0 etc.@ H certaines de cesm'thodes sont plus dangereuses =ue /'n'fi=ue.

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;a circulation d’air peut Btre favora/le pour des vitesses inf'rieures à #.2 mOs 0 il s’agit donc

d’'viter les courants d’air =ui causent la sensation d,inconfort pour l,homme.

e i/eau de "ruit : le /ruit ou pollution acousti=ue est un facteur influant sur le confort

phsi=ue de l’homme H car d'passant un certain seuil il devient trs gBnant.

f Eclaira0e : la lumire parait0 au premier a/ord0 un ph'nomne simple et 'vident puis=ue

nous en sommes entour's et =u’elle constitue un 'l'ment de /ase de toute vie humaine0

animale ou v'g'tale. ;’Btre humain doit Btre prot'g' contre le raonnement invisi/le

>l’infrarouge et l’ultraviolet@ =ui peut provo=uer des inflammations0 voir des l'sions graves.

1.1.. Conditions du confort :

;e confort de l’individu peut Btre modifi' en fonction de diff'rentes varia/les tels =ue :

8 la sant'

8 l’ge

8 l’activit'

8 les vBtements

8 la position g'ographi=ue

8 l,isolation thermi=ue du /timent

8 ;a nourriture0 etc.

Aes rgles rigides et fi!es =ui pourraient s’appli=uer dans toutes les conditions et pour tous les

individus sont impossi/les à annoncer. ;e mieu! =ue l’on puisse faire c’est de donner les

conditions pour les=uelles la ma)orit' des occupants d’une salle 'prouve une sensation

conforta/le0 le ta/leau ci8dessous r'capitule ces conditions.

randeur Intervalle deconfort


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1.. Economie et éner0ie.

;a plupart des '=uipements de climatisation sont import's0 ceci e!pli=ue leur pri! de vente

relativement 'lev'0 sans ou/lier leur maintenance et la consommation d’'nergie 'norme0 par

cons'=uence le climatiseur classi=ue n’est pas à la port'e de toutes les /ourses.

;a pro/l'mati=ue actuelle de l’'nergie doit Btre r'solue par l’utilisation de la diversification

g'ographi=ue et climati=ue0 car elle pr'sente une source d’'nergie gratuite >/iomasse0 solaire0

'olienne0.etc.@0il e!iste d’autres solutions diversifi'e à puiser dans l’imagination et le r'alisme0

comme l’utilisation de la main d’oeuvre local et les mat'riau! disponi/les sur le sol national 0

ce =ui va permettre l’am'lioration de niveau de vie0 des populations pauvres tout en

conservant l’environnement.

1.,. Ecolo0ie.

;es prati=ues 'nerg'ti=ues contri/uent fortement à accroitre la d'gradation du milieu naturel à

travers les ph'nomnes de d'forestation0 d’'rosion des sols0.etc. d à l’ampleur du pro/lme

de pollution .

# Effet de la climatisation classiue sur l’en/ironnement :

;a ma)orit' des circuits frigorifi=ues des appareils de climatisation fonctionnent avec le Fr'on

%CFC >%dro chlorofluorocar/ones@0 il n’est pas superflu de rappeler =ue ces su/stances

contri/uent à l’appauvrissement de l’oone stratosph'ri=ue et à l’effet de serre.

;a climatisation classi=ue connait plus d’inconv'nients =ue d’avantages0 donc la d'finition

d’un nouveau mode de climatisation est n'cessaire. ;a climatisation naturelle0 c’est un

proc'd' de conditionnement d’air >refroidissement Q humidification@ =ui utilise les ressources

naturelles >vent0 air et eau@ comme source d’'nergie. Pour titre d’e!emple nous allons voir les

'changeurs de chaleur airGeau =ui utilisent les ressources naturelles.

1.2. Echan0eur 3 é/aporation :

1.2.1. 4éfinition

C’est un 'changeur de chaleur de tpe >ir8Eau@ sans paroi s'paratrice0 dans le=uel les'changes de chaleur et de masse coe!istent >l,eau s,'vapore en contact avec l,air@.

Pour 'vaporer de l’eau0 il est n'cessaire d’apporter de la chaleur0 cette chaleur de vaporisation

est prise à l’air d’entr'e =ui voit =ue sa temp'rature s’a/aisser0 l’eau su/it aussi un

refroidissement d à sa vaporisation com/in'0 l’une d à la chaleur e!traite de l’air0 et l’autre

au! gradients de concentration en vapeur d’eau de l’air.

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1.2.. H%poth5ses :

mesure =ue l’air s’'coule à travers la surface d’'vaporation0 sa temp'rature de /ul/e sec

/aisse et son humidit' sp'cifi=ue augmente. ;a /aisse de temp'rature de /ul/e sec de l’air est

produite par une transformation de chaleur sensi/le en chaleur latente.

;’air perd la chaleur sensi/le ce =ui fait /aisser la temp'rature de /ul/e sec0 et gagne de la

chaleur latente ce =ui 'lve l’humidit' sp'cifi=ue. ?’il n’a ni gain ni perte de chaleur par les

ct's de l’appareil0 l’enthalpie de l’air =ui =uitte le refroidisseur est pres=ue la mBme =ue

l’enthalpie de l’air =ui entre. Aans ce cas0 le processus de refroidissement par 'vaporation

peut Btre consid'r' comme 'tant appro!imativement parallle au! lignes de temp'rature de

/ul/e humide. Aans un refroidisseur comprenant une grande surface humide et une fai/le

vitesse d’air0 l’air doit Rth'ori=uementR en sortir à l’'tat satur' >1##$ de saturation@0 les

transferts thermi=ues sont isenthalpi=ues

.

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CHAPITRE II :

4ifférents t%pes d’humidificateurs.

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Il a 2 tpes ma)eurs d’humidificateurs :

I. ;es humidificateurs isothermes :

1. Principe de fonctionnement

4n humidificateur à vapeur in)ecte dans l,air à humidifier de la vapeur d,eau. Celle8ci est0produite soit dans une chaudire à vapeur >grosses installations@0 soit dans des appareilsautonomes fonctionnant ... comme une /ouilloire 'lectri=ue0 en =uel=ue sorte S

;a vapeur est conduite vers les rampes d,in)ection >tu/es perc's d,orifices cali/r's@0 rampes plac'es soit dans les caissons de traitement d,air0 soit directement dans la gaine d,air

conditionn'.

Figure II.1 : Principe d’un humidificateur isothermet-g-

Photo II.1 : Rampe d'injection.

;a vapeur arrive sche dans la rampe >ga invisi/le@. ;ors de son contact avec l,air froid0 elle

se condense en microgouttelettes >/rouillard visi/le@. ;,air s,'chauffe alors de 1# à 1* T0 grceà la chaleur de condensation de la vapeur. Cette chaleur permet la re'vaporisation de lavapeur0 =ui repasse à l,'tat gaeu! invisi/le0 m'lang' dans l,air. Finalement0 l,ensem/le du

processus est prati=uement isotherme >U la temp'rature de l,air aprs humidification est prati=uement 'gale à celle avant l,humidification@.

. Technolo0ie ,.

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'%st5me 3 production centralisée : ?i le /timent dispose d')à d,un sstme de productionde vapeur >hpitau!0 industries0 ...@0 on peut utiliser une partie de la vapeur produite pourhumidifier l,air distri/u' dans les locau!.

?i l,ampleur de l,installation de climatisation n'cessite un d'/it d,humidification fortimportant0 il est mBme possi/le d,installer une chaudire à vapeur sp'cifi=ue. Ce cotd,investissement est motiv' par le cot d,e!ploitation plus fai/le : l,'nergie de vaporisation estr'alis'e à partir d,un com/usti/le >fuel ou ga@0 par opposition à l,'nergie 'lectri=ue pluscoteuse des appareils autonomes.

;a vapeur est vaporis'e dans l,am/iance des locau! et respir'e par les occupants. Dn sera dslors attentif au traitement 'ventuel avec un produit to!i=ue =u,aurait pu su/ir l,eau avant savaporisation >un traitement anti8o!gne dans la chaudire0 par e!emple@. ?,il a ris=ue decontamination0 il est possi/le de pr'voir un 'changeur vapeurOvapeur =ui vaporise de l,eau

pota/le frache grce à la vapeur issue de la chaudire.

Humidificateur autonome 3 /apeur # 0énérateur 3 électrodes : ;a vaporisation de l,eau estr'alis'e au moen d,'lectrodes suspendues dans un r'servoir et mises sous tension. ;e courant'lectri=ue s,'ta/lit entre les 'lectrodes au travers de l,eau. Celle8ci s,'chauffe )us=u,à'/ullition. ;a vapeur produite peut Btre diffus'e aussi /ien dans une centrale de traitementd,air =ue dans la gaine de pulsion ou dans le local directement >avec une tur/ine de dispersionde la vapeur@.

;,ensem/le est install' dans une armoire m'talli=ue0 g'n'ralement fi!'e au mur. ;eraccordement entre l,humidificateur et le conduit d,air de climatisation sera en pente montanteafin de ramener vers l,appareil d,'ventuels condensats.

;a consommation 'lectri=ue est fonction de la surface des 'lectrodes no'es dans l,eau. ;ed'/it de vapeur produit est donc r'gul' via la r'gulation du niveau d,eau dans le r'servoir.

6 A/anta0e : l,eau du r'seau ne doit pas Btre trait'e puis=u,on a /esoin des sels pour conduirele courant S 4ne eau pure pr'senterait une conductivit' 'lectri=ue trop fai/le. En prati=ue0 laduret' de l,eau doit Btre comprise entre 1*" et 2#"@

6 Incon/énient : l,eau =ui s,'vapore laisse ses sels dans le r'servoir S 4ne purge ded'concentration automati=ue doit Btre r'alis'e par l,appareil. Il est possi/le de calculer le d'/itd,eau de d'concentration0 en fonction de la teneur en sels de l,eau du r'seau.

algr' la d'concentration r'gulire0 l,entartrage reste l,ennemi n"1 de l,humidificateur. Votamment parce =ue la couche calcaire fait office d,isolant sur les 'lectrodes0 diminue laconduction 'lectri=ue et donc le d'/it de vapeur. Aivers sstmes sont propos's pour r'soudrece pro/lme :

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• 4ne in)ection de /ulles d’air dans l’eau du r'servoir pour maintenir les sels en

suspension0 entre deu! p'riodes de d'concentration.

• 4ne pompe pour r'aliser la d'concentration0 plutt =u’une simple ouverture

d’'lectrovanne0 afin de renforcer la purge.

;,installation comprend 'galement :

• un d'tecteur de niveau d’eau de limite haute pour alarme >locale et à distance@0

• les '=uipements 'lectroni=ues de contrle du d'/it de vapeur0 de d'concentration0

• les contacteurs de puissance.

Humidificateur autonome 3 /apeur # 0énérateur 3 résistances : ;e chauffage et lavaporisation de l,eau sont r'alis's via des r'sistances 'lectri=ues immerg'es0 du tpe /arre ouserpentin =ui chauffe à 1 1##"C.

Ici0 l,'lectricit' ne traverse pas l,eau. Celle8ci ne doit ds lors pas Btre conductrice. Il est donc possi/le de la d'min'raliser0 ce =ui 'vite /eaucoup de pro/lmes de corrosion calcaire.

d'faut0 il faudra pr'voir un sstme de d'concentration automati=ue des sels.

,. Installation 2.

;a vapeur d,eau in)ect'e dans l,air doit Btre de la vapeur sche. d'faut0 le m'lange Reau QvapeurR =ui sort des orifices cr'e des d'pts0 des corrosions0 ... C,est dans ce /ut =ue lesconstructeurs des sstmes de production centralis'e pr'voient :

• un s'parateur et un purgeur de vapeur en amont de la rampe0

• une sonde thermostati=ue >ou R thermocontact R@ =ui empBche l’arriv'e de vapeur à la

rampe si la temp'rature est trop /asse >c’est le cas au d'marrage de l’installation@0

• une rampe g'n'ralement auto8r'chauff'e par la vapeur d’amen'e0 ce =ui r''vapore les

condensats 'ventuels.

?i la vapeur est destin'e à l,humidification de salles propres >informati=ue0 hpitau!0...@0 l,eausera totalement d'min'ralis'e et tous les '=uipements en contact avec la vapeur seront enacier ino!da/le.

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?i la diffusion a lieu dans une gaine d,air0 des distances minimales d,humidification doiventBtre respect'es pour 'viter l,humidification des parois >attention à la pr'sence de coudes0 par e!.@ et des '=uipements en aval.

;a situation est particulirement criti=ue lors=ue l,air à humidifier est froid >air puls' à 1+ ou1("C0 par e!emple@0 puis=ue cela allonge la port'e de l,humidification. Ae mBme0 si un filtreest pr'vu en aval >un filtre a/solu pour les salles d,op'rations0 par e!emple@0 le ris=ued,humidification de ce filtre est grand et aurait des cons'=uences hgi'ni=ues graves.

;e calcul de la port'e minimale et des s'curit's à pr'voir pour les '=uipements en aval estr'alisa/le.

?i n'cessaire0 on peut am'liorer la situation par le placement d,un sstme de diffusion àrampes multiples =ui permet la r'partition uniforme de l,in)ection sur toute la section du

conduit. ;a port'e de l,humidification est alors fortement r'duite.

E=uipements compl'mentaires à pr'voir :

• une arriv'e d’eau avec ro/inet d’arrBt0

• une 'vacuation d’eau avec entonnoir et siphon0

• une ligne 3(# 7 pour l’humidificateur0

• une ligne 22# 7 pour le r'gulateur à r'gulation proportionnelle0

• le raccordement de l’hgrostat sur la conduite de reprise0

• le raccordement de l’hgrostat de limite haute sur la conduite de pulsion0

• un pressostat pour mettre hors service l’humidificateur lors de l’arrBt du ventilateur0

• un /ac8'gouttoir de s'curit' pour recueillir l’eau de ruissellement 'ventuel >1 à 2 m en

amont des rampes et 3 à *# m en aval0 sur 3# cm de hauteur@0 reli' à l’'gout.

2. A/anta0es

• ;a =ualit' hgi'ni=ue indiscuta/le des humidificateurs à vapeur par rapport au!

humidificateurs à 'vaporation ou au! laveurs.

• ;eur fonctionnement sans /ruit.

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Pour les s%st5mes a/ec chaudi5re 3 /apeur : ;e pri! de revient de l’'nergie par com/usti/le>ga0 fuel@ nettement inf'rieur par rapport à celui de l’'nergie 'lectri=ue >le cot total estfortement d'pendant de la disponi/ilit' et du cot de la vapeur dont on dispose@.

Pour les s%st5mes autonomes électriues : 4ne facilit' de r'gulation individuelle del’humidit' am/iante.

*. Incon/énients

• ;e cot et la maintenance d’une chaudire à vapeur sp'cifi=ue.

•

;e cot de l’'nergie 'lectri=ue =ui )oue fortement en d'faveur de l’humidificateur àvapeur autonome.

• ;a sensi/ilit' à l’entartrage des appareils autonomes0 tout particulirement ceu! à

'lectrodes dont on ne peut d'min'raliser l’eau.

7. Co8ts

En particulier : ;e calcul du cot de l,humidification est possi/le pour une installationdonn'e. C,est d,autant plus important =ue la vaporisation est effectu'e sur /ase d,'nergie'lectri=ue >appareil autonome@.

En 0énéral : A,une faNon g'n'rale0 les cots de maintenance et d,amortissement indi=u's ci8

dessous sont tir's d,une W'tude comparative sur les sstmes d,humidificationW r'alis'e en?uisse. ;es cots de l,'nergie sont 'ta/lis sur /ase d,une humidification 1# hO)our0*# hOsemaine et sur /ase d,un pri! du fuel à #02* XOlitre. 4ne occupation continue des

/timents augmenterait fortement l,estimation des cots 'nerg'ti=ues.

Il est possi/le de snth'tiser les principales propri't's comme suit :

( !rais de

mainten.

!rais d’

e(ploit.

!rais d’

In/estis.

Encom"r

.

Adapta"

.

9tilisation

recom.

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pour un

dé"it d’airen m;h

A /apeur

électriueFai/le Elev' Fai/le Fai/le

thermomtreet hgromtre@ trop prBt de la rampe. priori0 une distance de 3 m minimum est

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recommand'e0 mais cette distance d'pend de la temp'rature de l,air humidifi'. 4n calcul de la

distance humidificateur8sonde peut Btre r'alis'.


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• Cette 'nergie de vaporisation lui est n'cessaire pour rester à l,'tat vapeur dans l,air. En

=uel=ue sorte0 l,eau se diffuse dans l,air Ren apportant sa propre 'nergie devaporisationR. ?,il a 'chauffement de l,air0 c,est parce =ue =uel=ues grammes d,eauchaude sont m'lang's dans l,air. Et donc l,image e!acte de l,humidification de l,air

par un )et de vapeur est une droite l'grement inclin'e vers la droite. Cette l'greaugmentation de temp'rature est trs souvent n'glig'e par le concepteur.

Figure II.4 : Exemple : un air à 23° 40 % HR sera humidifié à 24°80 % HR par un jet de vapeur.

Ce =ui est fondamental0 c,est de voir les cons'=uences technologi=ues du choi! d,unhumidificateur à vapeur : la /atterie de post chauffe à disparu S

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Figure II.5 : Comparaison entre humidificateur à eau froide et un humidificateur à vapeur

>. Précautions 3 prendre

;es humidificateurs à vapeur doivent Btre p'riodi=uement vidang's et r'gulirement d'tartr's.

Pour les appareils autonomes à 'lectrodes0 le remplacement des 'lectrodes est n'cessaire aprsun temps de fonctionnement variant entre (## et * ### heures0 selon le degr' de duret' del,eau.

Dn surveillera tout particulirement l,humidification 'ventuelle des parois internes du conduita'rauli=ue et des grilles de diffusion de l,air. 4n anti/iogramme des moisissures à ces endroitsest recommand' p'riodi=uement.

II. ;es humidificateurs adia/ati=ues :. ;es humidificateurs à pulv'risation d,eau froide :

.# Principe de fonctionnement4n humidificateur à pulv'risation d,eau froide peut Btre utilis' :

• soit pour l’humidification directe des grands locau! >halls de fa/rication0 ateliers0 ...@0

• soit comme un des 'l'ments ins'r's dans une centrale de traitement d’air.

;e principe commun à tous les sstmes à pulv'risation est de cr'er un fin /rouillard par desmicro8gouttelettes d,eau froide en suspension. ;e m'lange eau 8 air doit Btre intime afin =uel,'vaporation de l,eau puisse se faire le plus rapidement possi/le.

Figure II.6 : Humidificateur à pulvérisation d'eau froide

\uel=ues gouttelettes non 'vapor'es ris=uent d,Btre entran'es par le )et d,air0 si /ien =ue l,on pr'voit un casse8gouttelettes à la sortie : si l,air 'volue souplement entre les lamelles0 lesgouttes se fracassent sur les ailettes0 entran'es par leur masse cin'ti=ue S

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Il e!iste des sstmes oJ l,on travaille Rà refusR0 avec comme o/)ectif d,approcher lasaturation de l,air. Aans ce cas0 l,eau e!c'dentaire0 =ui n,a pas pu s,'vaporer0 retom/e dans le

/ac au fond du caisson oJ une pompe la reccle vers la rampe de gicleurs.

Aans d,autres sstmes0 on pulv'rise seulement la =uantit' d,eau n'cessaire0 en travaillant à

d'/it varia/le en fonction des /esoins.

/# vapeur@. Ce changement d,'tat demande de la chaleur >dite Rchaleur de vaporisationR@.

Cette chaleur est prise sur l,air =ui se refroidit en traversant le caisson >c,est un peu comme

l,impression de froid ressentie en sortant du /ain : l,eau pr'sente sur notre peau s,'vapore0 en prenant la chaleur de vaporisation sur notre corps ... =ui se refroiditS@.

;e /ilan 'nerg'ti=ue glo/al est neutre : la chaleur perdue par l,air est transf'r'e dans la vapeur d,eau contenue dans l,air. Dn parle d,un /ilan enthalpi=ue neutre. Dn dit encore =u,il s,agit d,unhumidificateur isenthalpi=ue ou adia/ati=ue. Aans le diagramme de l,air humide0 l,air su/it unrefroidissement dessin' le long d,une isenthalpi=ue.

Figure II.7 : Exemple : de l’air à 20°C 30 % HR sort de

l’humidificateur à 12°C et 85 % HR.

$emarques.

• En réalité, cette évolution s’écarte légèrement d’une isenthalpe,

car on devrait tenir compte de l’enthalpie de l’eau froide,

mais la différence est négligeable.

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• %orsque l’eau est rec"clée en permanence, la température de

l’eau se stabilise à la température de bulbe humide t h de l’air&dans l’e#emple ' ((,)*+

Il est int'ressant de prendre conscience de l,impact technologi=ue de ce tpe d,humidificationsur le traitement d,air en hiver : deu! 'changeurs de chaleur seront n'cessaires0 au moins pour les humidificateurs sans recclage0 pour r'aliser pr'chauffe et post chauffe.

Figure II.8 : Comparaison entre un humidificateur à eau froide et un humidificateur à

vapeur

,. Technolo0ie 2.

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Figure II.9 : Appareils à pulvérisation par buses fixes, à eau recyclée, à débit constant

Aans ce cas0 on parle d,un caisson Rlaveur d,airR0 dans le=uel un /rouillard est cr'' par la pulv'risation de micro8gouttelettes d,eau. ;,air est puls' au travers de cette Rdrache nationaleR

et en ressort ... mouill' S En prati=ue0 le degr' hgrom'tri=ue de l,air à la sortie est proche de-* $. en r'alit'0 seulement 1 $ peut8Btre du d'/it d,eau puls' est 'vapor' S

;es laveurs à pulv'risation pr'sentent une ou deu! rampes de gicleurs0 dispos'es à courants parallles etOou à contre8courant.

;,eau 'vapor'e ne contient pas de sels. Ceu!8ci retom/ent avec l,eau e!c'dentaire dans le /ac0au fond de l,humidificateur. ;a concentration en sel dans l,eau du /ac augmente r'gulirementsi /ien =u,il est pr'vu une d'concentration par un renouvellement p'riodi=ue de cette eau. 4nro/inet à flotteur permet l,alimentation automati=ue en eau d,appoint pour compenser les

pertes par 'vaporation et le d'/it de d'concentration. noter =ue la fr'=uence ded'concentration peut Btre automatis'e par une mesure de la conductivit' thermi=ue =uiaugmente avec la teneur en sels.

;e chssis du laveur sera agress' par le m'lange eau8air. Il est donc recommand' d,utiliser unestructure en mat'riau snth'ti=ue0 arm' de fi/res de verre. ?on isolation thermi=ue est'galement meilleure0 ainsi =ue sa tenue au! produits d,entretien et d'sinfectants. ?i de l,eaud'min'ralis'e est utilis'e0 le chssis en mat'riau snth'ti=ue s,impose. ;es chssis en acier galvanis' ne sont plus à recommander.

;,efficacit' d,un laveur d,air0 c,est8à8dire le pourcentage d,humification effectif ramen' au pourcentage d,humidification ma!imal >celui =ui amne l,air à la saturation@ est de l,ordre de(* à -* $. Ceci est fonction :

• du nom/re de gicleurs0

• de la direction de la pulv'risation >l’efficacit' 'tant meilleure à contre8courant@0

• de la longueur du caisson >en g'n'ral de 10* à 3 m@0

• de la vitesse de l’air >g'n'ralement 2 à mOs0 mais pouvant atteindre 5 mOs@0

• du degr' de pulv'risation0 soit le rapport masse en eauOmasse en air >en g'n'ral de

#03 ]g d’eau par m3 d’air@

Il importe de ne pas confondre un rendement d,humidificateur de (* $ et un humidificateur =ui humidifie l,air )us=u,à (* $ %& S Ae l,air entrant à # $ dans un laveur à (* $ d,efficacit'en ressort à # $ Q #0(* ! >1## $ 8 # $@ U -1 $ %&.

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-ariante : appareils 3 pul/érisation par "uses fi(es 3 dé"it /aria"le

Il est possi/le d,'=uiper les humidificateurs de pompes à d'/it varia/le >via un convertisseur de fr'=uence0 par e!emple@. ?i deu! rampes sont pr'vues0 une peut Btre fi!e et l,autre varia/le0afin d,assurer en permanence une /onne adaptation du d'/it au! /esoins des locau!. ;ar'gulation n,est cependant pas aussi pr'cise =u,avec des humidificateurs à vapeur.

;es inconv'nients du recclage sont 'vit's0 ce =ui est favora/le sur le plan hgi'ni=ue0 maisles sels restent en suspension dans l,air0 ce =ui peut entraner le /esoin de traiter l,eau au

pr'ala/le.

Figure II.10 : Pompe à débit variable

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Photo II.2 : Dans un hall industriel.

Photo II.3 :

Dans un caisson de traitement d'air.

-ariante : appareils 3 pul/érisation par centrifu0ation

Il s,agit de dis=ues tournant à 3 ### toursOminute =ui0 par l,action de la force centrifuge0

pulv'risent des a'rosols a=ueu! d,un diamtre de l,ordre de * à 2# microns >^m@. Ces micro8gouttelettes sont cette fois totalement 'vapor'es dans l,air puls'.

Figure II.11 : Pulvérisation par centrifugation

?i /ien =ue les sels pr'sents dans l,eau sont v'hicul's vers les locau! S ;a d'cision d,alimenter ces appareils avec de l,eau d'min'ralis'e d'pend des e!igences hgi'ni=ues et de la sensi/ilit'des '=uipements pr'sents dans les locau! >mat'riel informati=ue0 par e!emple@. ;e traitementde l,eau ne peut pas se faire par un adoucisseur traditionnel >car son principe est /as' sur l,'change entre sels calcium et sels sodium@ mais0 par e!emple0 un sstme par osmoseinverse.

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Ce tpe d,appareil demande un espace suffisant pour =ue les micro8gouttelettes puissents,'vaporer avant de rentrer en contact avec un o/stacle =uelcon=ue.

?i un appareil à centrifugation est introduit dans un caisson de climatisation en remplacementd,un laveur0 par e!emple0 le dimensionnement en sera fort criti=ue puis=ue la longueur minimale de vaporisation est fonction de la temp'rature de l,air0 des d'/its d,eau et d,air0 del,humidit' a/solue recherch'e0 de la section du caisson0 de la vitesse de l,air0 ... ;e ris=ue estamplifi' par le fait =ue le s'parateur de gouttelettes n,est pas tou)ours capa/le d,arrBter d,aussifines particules. 4n certain nom/re d,entre elles seront entran'es par le flu! d,air. 4nesolution consiste alors à placer un filtre à poche en aval de l,humidificateur. Ce filtre humideretiendra d,ailleurs une partie des min'rau!. ais... d,une part ces sels calcaires colmateront lefiltre par des d'pts durs >augmentant les pertes de charge@ et d,autre part ce milieu humidesera propice au d'veloppement de germes S

Pour les appareils à humidification directe0 il e!iste des modles d'pos's sur pied0 suspendusau plafond0 ou fi!'s sur un mur.

Figure II.12 : Modèle de pulvérisation par centrifugation suspendu au plafond

-ariante : appareils 3 pul/érisation par "use rotati/e

Ce sstme0 d'velopp' au d'part pour la pulv'risation a'rienne de terrains agricoles0 estdepuis peu adapt' au! /esoins de la climatisation de /timents. 4n moteur de 3## Kattsentrane une /use rotative à 11 ### toursOminute. Aes a'rosols de 2# à 3# microns sont

produits. Il est int'ressant de se rendre compte =ue le d'/it varia/le est o/tenu par unemodulation du d'/it d,eau mais =ue la vitesse de rotation reste elle inchang'e >ainsi =ue lataille des gouttelettes@.

4ne telle vitesse est o/tenue par un variateur de fr'=uence. Ce =ui rend l,appareil relativementcoteu!.

Dn retrouve ici les pro/lmes li's à la propagation de sels dans les locau! et la sensi/ilit' àl,espace minimum n'cessaire pour l,'vaporation0 peu compati/le avec la dimension descaissons >voir variante R pulv'risation par centrifugationR@.

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http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11173#centrifugationhttp://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11173#centrifugation


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-ariante : appareils 3 pul/érisation par "uses fi(es 3 eau pressurisée

Ae l,eau0 sous une pression de 5# /ars0 est pulv'ris'e sur une aiguille =ui /rise le )et. Aesa'rosols de 2 à *# microns sont produits0 avec un d'/it fonction de la pression.

;es applications se situent essentiellement dans l,humidification des grands espacesindustriels et agricoles.

-ariante : appareils 3 pul/érisation par "uses fi(es 3 eau et air comprimé

Cette fois0 c,est l,air comprim' =ui est le propulseur et =ui entrane l,eau par d'pression.

Ceci permet des a'rosols de trs fai/les diamtres >* à 1# microns@ et une trs /onne diffusionde ceu!8ci dans l,air.

Figure II.13 : Pulvérisation par buses fixes à eau et air comprimé

Photo II.4 : Pulvérisation par buses fixes à eau et air comprimé

;,air puls' doit Btre e!empt de toutes impuret's.

Ils sont souvent utilis's pour l,humidification directe des grands espaces >d'/its importants de plus de 2*# ]gOh@ mais 'galement pour l,humidification de caissons de climatisation trsvolumineu!. Aans ce cas0 un s'parateur de gouttelettes est superflu0 vu la dimension des

particules.

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titre d,e!emple0 une augmentation d,humidit' a/solue de * gr d,eau par ]g d,air sec et unevitesse d,air de 20* mOs demande une profondeur pour le dard d,humidification de 3 à m.

As lors0 en climatisation par r'seau de gaines0 la difficult' r'side dans l,emplacement des'=uipements.

Ae plus0 la technologie à mettre en place >et leur maintenance...@ est plus lourde0 vu les deu!fluides à pr'parer.

;a r'gulation se fait par action sur la proportion d,air comprim'.

;e cot d,e!ploitation est g'n'ralement plus 'lev' =ue dans le cas des autres sstmes à pulv'risation.

-ariante : appareils 3 pul/érisation par ultrasons

Figure II.14 : Pulvérisation par ultrasons

;e principe de fonctionnement de l’appareil est /as' sur la mise en vi/ration d’une lamem'talli=ue >convertisseur pi'o8'lectri=ue@ à 10+* %0 cette lame 'tant situ'e sous unecouche d’eau. ;’inertie de l’eau est telle =u’elle ne peut suivre le rthme. ;es d'pressions etles surpressions successives cr'ent des micro8/ulles =ui remontent vers la surface. Au

/ouillonnement0 )aillissent en surface des micro8gouttelettes >5 à 1# microns@. Ae plus0 des

ondes sonores sont g'n'r'es en surface0 ce =ui renforce les chocs entre les mol'cules.

4n /rouillard s,'lve de la surface...

;e d'/it d,eau atomis'e est situ' entre 1 et 2# ]gOh0 suivant le tpe d,appareil.

;a puissance 'lectri=ue a/sor/'e est fai/le puis=ue l,'nergie de vaporisation n,est pas assur'e par l,appareil >seul le fractionnement m'cani=ue en gouttelettes est r'alis'@. Elle se situeautour des *# à 1## K par ]gOh0 soit moins de 1# $ de la puissance demand'e par unhumidificateur à vapeur.

;,eau doit Btre d'min'ralis'e pr'ala/lement.

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4n rinNage automati=ue est conseill' >remplacement p'riodi=ue de l,eau dans l,appareil@0 afind,'viter le d'veloppement de germes0 mais la consommation totale en eau de l,appareil reste

/eaucoup plus fai/le =ue dans les autres tpes d,humidificateurs.

?i l,appareil est dispos' dans une gaine0 une vitesse de 10* à 3 mOs est re=uise pour le /alaagede l,air au8dessus de la surface de l,eau. Ceci sous8entend parfois =ue la section du gainagesoit augment'e pour r'duire la vitesse.

;,humidificateur à ultrasons peut Btre plac' directement dans l,am/iance à traiter. Il e!iste'galement des modles pr'vus pour Btre int'gr's dans un ventilo8convecteur.

-ariante : appareils 3 pul/érisation par infrasons

u d'part0 il s,agit d,un pulv'risateur à /use fi!e aliment'e par de l,eau à trs haute pression

>)us=u,à 2## /ars0 grce à une pompe à pistons@. la sortie de la /use0 les fines gouttelettesd,eau sont pulv'ris'es dans l,air. ais0 pour favoriser l,'vaporation0 cet air est mis en vi/ration

pr'ala/lement au moen d,ondes de trs /asse longueur d,onde : inf'rieure à 2# % S Dn lesappelle des infrasons dans la mesure oJ l,oreille humaine est incapa/le de les entendre.

Aes d'/its d,eau importants peuvent Btre pulv'ris's >de 2# à ## ]gOh@.

Cet appareil permet de r'guler le d'/it d,eau puls' entre ( et 1## $ et ce0 grce à lamodulation de la pression de l,eau dans la /use. 4n variateur de vitesse par convertisseur defr'=uence agit sur la vitesse du moteur 'lectri=ue =ui entrane la pompe à pistons. v'rifier :

ce sstme permet8il de conserver la taille des micro8gouttelettes =uelle =ue soit la pression [

?eulement *# $ de l,eau pulv'ris'e est effectivement vaporis'e. ;,e!c'dent doit Btre recueilliet 'vacu'. Ce =ui repose la =uestion du traitement hgi'ni=ue de l,humidificateur >st'rilisation

par lampes à ultraviolets@ et =ui impose son nettoage r'gulier.

;a puissance 'lectri=ue a/sor/'e est vraiment trs fai/le : autour de + K par ]gOh0 soit moinsde 1 $ de la puissance demand'e par un humidificateur à vapeur. En effet0 l,'nergie devaporisation n,est pas assur'e par l,appareil >seul le fractionnement m'cani=ue en gouttelettes

est r'alis'@ et le rendement m'cani=ue de l,op'ration est e!cellent.

;a perte de charge g'n'r'e d'pend de l,espacement entre les /uses mais se situe0 pour unespacement standard de 2# cm0 entre 3# Pa >vitesse de 2 mOs@ et 15# P >* mOs@.

2. A/anta0es

A,une faNon g'n'rale0 les humidificateurs par pulv'risation :

• Engendrent moins de pertes de charge =ue le laveur à ruissellement.

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• Ve pr'sentent pas l’inconv'nient de l’encrassement de la surface de ruissellement.

;es humidificateurs à eau froide prennent sur l,air la chaleur de vaporisation de l,eau.;,'nergie de vaporisation est donc apport'e par le chauffage de l,air0 au moen d,une /atteriede chauffe0 par e!emple. Ceci permet d,utiliser un com/usti/le traditionnel >fuel0 ga0 ...@0 plusavantageu! =ue le vecteur 'lectri=ue utilis' dans la plupart des humidificateurs à vapeur0 par e!emple >voir comparaison du pri! des 'nergies@.

En particulier0

• ;es appareils à pulv'risation par centrifugation ou par /use rotative0 permettent une

r'gulation du d'/it d’eau sur hgrostat.

• ;es appareils à pulv'risation directe dans un local sont de puissance 'lectri=ue fai/le

et de grande facilit' d’installation.

*. Incon/énients

;es humidificateurs par pulv'risation avec eau reccl'e pr'sentent les inconv'nientshgi'ni=ues li's à la stagnation de l,eau au fond du /ac de ruissellement. 4n entretien r'gulier est indispensa/le ce =ui augmente les cots d,e!ploitation.

;a consommation en eau li'e à la d'concentration n,est pas n'gligea/le.

;,int'gration des humidificateurs par pulv'risation sans recclage d,eau n,est pas tou)oursais'e dans un caisson de climatisation vu la port'e du diffuseur et le ris=ue d,humidificationdes conduits par des micro8gouttelettes non arrBt'es par le s'parateur.

7. ?aintenance +.

;ors=u,on parle d,humidification surgit trs souvent la crainte de la l'gionellose. Il faut savoir =ue les l'gionelles se multiplient à partir d,une temp'rature de 2#"CH la croissance estma!imum )us=u,à environ *"C. Elles meurent ds =u,on d'passe +#"C.

Ce tpe de /act'rie se d'veloppe en eau stagnante0 en pr'sence de su/stances organi=ues0d,algues vertes0 d,ami/es0 tartre0 etc.

Il est conseill'0 sous r'serve des pr'cautions ha/ituelles0 de d'sinfecter les agr'gats pendant( heures avec * à 1# ppm de chlore dans l,eau.

+. Précautions 3 prendre

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Pour minimiser les ris=ues de pr'sence e!cessive de l'gionelles0 on peut :

?e rappeler =u,en 't' la temp'rature de l,eau de ville est plus 'lev'e =u,en hiver. 4n /acstoc]ant de l,eau ris=ue d,Btre un /ouillon de culture.

6viter des tuauteries plasti=ues transparentes. ;,eau d'min'ralis'e sem/le Btre sensi/le à lalumire et cela favorise l,apparition d,algues.

;es humidificateurs travaillant avec de l,eau à une temp'rature sup'rieure à +#"C ne pr'sentent pas de ris=ue0 pour autant =u,il n, ait pas de longues interruptions sans vidange.

Installer des appareils avec raons ultraviolets. En effet les raons 47 ont la propri't' de tuer les l'gionelles. ais la dur'e de vie des lampes à ultraviolets est limit'e dans le temps. 4nremplacement s’impose aprs un certain nom/re d’heures.

ttention au! p'riodes d’arrBt de l’installation0 =ui entranent la prolif'ration de germes S 4nevidange et un nettoage s’imposent0 au moins deu! fois par an et au mieu! une fois par mois.Id'alement0 on peut automatiser la chose :

par horloge0

par un sstme de mesures =ui commande la vidange ds =ue la temp'rature de l’eau d'passeun seuil >en fonctionnement0 la temp'rature s’a/aisse à laWtemp'rature de /ul/e humideW del’air@0

on sera attentif0 lors de la s'lection du mat'riel0 à la facilit' de d'montage des /uses pour unentretien facile.

;e contrle d’une 'ventuelle humidification de la gaine à la sortie du caisson est utile pour pr'venir tout foer de d'veloppement de germes. Cela pourrait Btre la cons'=uence d’unevitesse trop 'lev'e de l’air dans le caisson0 emportant les gouttelettes au8delà du s'parateur.

>. Traitement de l=eau

fin d,'viter l,entartrage des pulv'risateurs0 il est conseill' d,utiliser une eau aant su/i unadoucissement puis un mitigeage pour atteindre 1# à 1*"C de duret'.

;e constructeur pr'cise le pourcentage de d'concentration à adopter en fonction de la =ualit'de l,eau initiale. 4n calcul du d'/it de d'concentration est propos'.

Aans le cas des humidificateurs à pulv'risation sans recclage0 pour 'viter =ue les sels nesoient dispers's dans l,am/iance0 il est utile de d'min'raliser l,eau pulv'ris'e. Il fautdistinguer ici Rd'min'ralisationR et RadoucissementR de l,eau. ;a d'min'ralisation 'limine les

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sels pr'sents >par car/onation ou osmose inverse@ tandis =ue l,adoucissement 'change les ionscalcaires et magn'sium par des ions sodium. doucir0 techni=ue plus classi=ue et moinson'reuse0 n,'vite pas le pro/lme de la diffusion des sels dans l,am/iance.

9. ;es humidificateurs à 'vaporationOruissellement :

1. Principe de fonctionnement

;e principe de ce tpe d,humidificateur consiste à favoriser au ma!imum l,'vaporation d,eaudans l,air puls'0 sans pulv'risation. ;a surface de contact entre air et eau doit donc Btrema!imale0 grce

• soit au passage de l’eau dans une structure alv'olaire0 tpe nid d’a/eilles0

• soit à l’impr'gnation de l’eau dans un m'dia sp'cial au travers du=uel l’air s’infiltre0

• soit au ruissellement de l’eau sur une surface en contact avec l’air.

Figure II.15 : Un humidificateur à ruissellement

Aans l,appareil sch'matis' ci8dessus0 un /ac maintient l,eau à niveau constant grce à unflotteur. ;a pompe envoie l,eau au sommet de l,appareil0 d,oJ elle s,'coule dans le m'dia ousur le support.

;a fraction non 'vapor'e est recueillie dans le /ac et reccl'e.Puis=ue les sels ne sont pas 'vapor's0 la concentration en sels augmente r'gulirement dansl,eau du /ac0 ris=uant d,o/struer ainsi le m'dia par les d'pts. Dn pr'voit alors un d'/it ded'concentration0 fonction de la teneur en sels de l,eau de ville.

Comme pour les appareils à pulv'risation0 les humidit's relatives ma!imales à la sortie del,appareil sont de l,ordre de (# à (* $. ;,encom/rement est toutefois plus fai/le.

noter =ue le tau! d,humidit' relative est fonction de la temp'rature de l,air à humidifier :

• 4n humidificateur plac' directement dans le local travaille avec de l’air à 2#" *# $%&H l’air à la sortie sera au mieu! port' à +# ou +* $ %&.

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$

http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11149http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11149http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11149http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11149


39/74


• Aans un caisson d’humidification0 l’air est d’a/ord port' par la /atterie de pr'chauffe à

une temp'rature de 2* à 3#"C et 2# $ %&H sa Rsoif d’eauR est plus importante et portera l’air à -# $ %&.

;,humidificateur agit comme un filtre humide trs efficace. Dn considre d,ailleurs =ue laclasse du filtre s’en trouve relev'e d’une unit'. ais il s’en suit =ue :

• ?i l’am/iance est propice au! poussires0 un filtre en amont reste re=uis.

• ;a matire alv'ol'e doit Btre remplac'e fr'=uemment.

.


40/74


Certains humidificateurs tra/aillent a/ec de l=eau rec%clée@ d=autres a/ec de l=eau

perdue.

Figure II.17 : Humidificateur à ruissellement travaillant avec l’eau recyclée

;a vitesse de d'placement de l,air est g'n'ralement comprise entre 1 et 3 mOs. u8delà0 il serautile de pr'voir un casse8gouttelettes =ui recueillera les micro8gouttelettes =ui seraientemport'es par la veine d,air.

Figure II.18 : Évaporateur à média

4n mat'riau de tpe snth'ti=ue est plac' >sorte d,'ponge@H il peut a/sor/er )us=u,à 1## litres

d’eau par m_ S

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


41/74


Figure II.19 : Évaporateur à fils

Aes fils de nlon sont tendus verticalement. Ae l’eau ruisselle tout au long des fils et de l’airest forc' au travers de ce r'seau trs serr'. ;’'change est efficace mais l,entretien ne sem/le

pas 'vident.

Humidificateur placé directement dans le local

Ce tpe d,humidificateur >g'n'ralement mont' sur roulettes@ est utilis' dans des /ureau!0 dessalles de mus'es0 etc`

;e principe de fonctionnement est g'n'ralement le suivant. 4ne roue constitu'e de m'diaa/sor/ant est mise en rotation lente. ?a partie inf'rieure plonge dans un /ac8r'servoir plac' en partie /asse de l,appareil. Paralllement0 un ventilateur pulse l,air au travers du m'dia. ;avitesse de rotation de la roue 'tant r'gla/le et le ventilateur 'tant un appareil à 3 vitesses0 il estais' de r'guler par hgrostat le tau! d,humidit' de l,am/iance.

;e d'/it d,humidification est en g'n'ral asse fai/le >de l,ordre de 2 litres à l,heure@.

Pour des raisons hgi'ni=ues0 le m'dia sera renouvel' r'gulirement et le /ac soigneusementnetto'.

2. A/anta0es

Par rapport à un sstme à pulv'risation0 l,humidificateur à 'vaporation pr'sente lesavantages

Ae ne pas transf'rer de sels >calcaire0 ...@ dans l’air puls' vers les locau!.

Ae purifier l’air davantage puis=ue l’humidificateur agit comme un filtre humide.

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


42/74


Ae demander un encom/rement g'n'ralement plus fai/le.

5. $nconvénient%

En prati=ue0 on constate =ue :

;e m'dia est souvent un lieu de prolif'ration de /act'ries0 de champignons0...

;’humidificateur à ruissellement est parfois difficilement nettoa/le.

;es pertes de charge sont augment'es par rapport au! autres sstmes d,humidification.

Figure II.20 : Champignons et bactéries

priori0 l,humidificateur à 'vaporation sem/le donc peu recommanda/le pour une /onne

=ualit' hgi'ni=ue de l,air. ;a st'rilisation de l,air au moen de lampes à ultraviolets est unedes solutions possi/les.

6. )aintenance

;ors=u,on parle d,humidification surgit trs souvent la crainte de la l'gionellose. ;esl'gionelles se multiplient à partir d,une temp'rature de 2#"C0 la croissance est ma!imum

)us=u,à environ *"C. Elles meurent ds =u,on d'passe +#"C.

Ce tpe de /act'rie se d'veloppe en eau stagnante0 en pr'sence de su/stances organi=ues0d,algues vertes0 d,ami/es0 tartre0 etc.


43/74


Id'alement0 on peut automatiser la chose

• soit par horloge0

• soit par un sstme de mesure =ui commande la vidange ds =ue la temp'rature

de l’eau d'passe un seuil >en fonctionnement0 la temp'rature s’a/aisse à latemp'rature de /ul/e humide de l’air@.

+. Précautions 3 prendre

Pour minimiser les ris=ues de pr'sence e!cessive de l'gionelles0 on peut

• ?e rappeler =u,en 't' la temp'rature de l,eau de ville est plus 'lev'e =u,en hiver.

4n /ac stoc]ant de l,eau ris=ue d,Btre un /ouillon de culture S

• 6viter des tuauteries plasti=ues transparentes. ;,eau d'min'ralis'e sem/le Btre

sensi/le à la lumire et cela favorise l,apparition d,algues.

• ;es humidificateurs travaillant avec de l,eau à une temp'rature sup'rieure à +#"C

ne pr'sentent pas de ris=ue0 pour autant =u,il n, ait pas de longues interruptionssans vidange.

• Installer des appareils avec raons ultraviolets. En effet les raons 47 ont la

propri't' de tuer les l'gionelles. ais la dur'e de vie des lampes à ultraviolets estlimit'e dans le temps. 4n remplacement s’impose aprs un certain nom/red’heures.

8. #raitement "e l,eau

fin d,'viter l,entartrage des alv'oles0 des fils0` 0 il est conseill' d,utiliser une eau aant su/i

un adoucissement puis un mitigeage pour atteindre 1# à 1*"C de duret'.

;e constructeur pr'cise g'n'ralement le pourcentage de d'concentration à adopter en fonctionde la =ualit' de l,eau. 4n calcul du d'/it de d'concentration est propos'.

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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CHAPITRE III :

Comportement de l’air humide

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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.# Caractéristi$ues de lair humide

.#.# Composition de lair humide

*air atmo%hérique e%t con%titué "e% élément% "é+ni% "an%

lorganigramme %uivant >

*a re%%ion atmo%hérique varie avec laltitu"e %elon la relation

%uivante J

Patm=101325

(1−0,0000225577

z )

5,2588

an% notre étu"e lair humi"e e%t con%titué "e lair %ec et "e

lhumi"ité comortant e%%entiellement "e la vaeur "eau. *air %ec et la

vaeur "eau %ont con%i"éré% comme "e% gaA arfait%.

*équation "état molaire "un gaA arfait e%t "é+nie ar >

'%0nRT

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$

ir atmosph'ri=ue

Electricit'atmosph'ri=ue

Impuret'sir sec %umidit'

Composition molaire de l’air secComposants Fraction

molaireassemolaire

oteD!gnergonAio!de de car/one V'on%'lium

Trpton%drogne'nonDone&adon

#05(#-#02#-*#0##-3#0###3#0###1(#0#####*2

#0#####1##0######*##0#######(#0#######1

2(0#13310--((3-0-(0##--2#01(30##23

(30(#20#1*-13103#50--(222

IonsImpuret'

87apeursindustrielles

87apeurs naturelles

8Poussires

8icro8organisme

• 7apeur d’eau• Eau li=uide

8En gouttelettes8En nuages8En /rume89rouillard

• Eau solide8Veige8lace8Etc`


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#K0L M N KFCL O273P16

n 0m(massedu gaz)

M (massemolaire)=

N (nombre de molécules)

N (nombre d ' Avogadro)

M 6P&2 1023

N = R

k

avec k =1,380510−23

J . K −1

olume molaire "u gaA arfait normal > Kà &FCP 1atmL M 22414 cm3

.

mol−1

n eut au%%i écrire >

'%0nRT 0m

M RT

')0rT Q équation ma%%ique

'vec v= V

M etr=

R

M

*a ma%%e volumique %écrit >

ρ=m

V =

PM

R

R e%t roortionnel à ! et inver%ement roortionnel à #

.#/ 'ropriétés et grandeurs de lair humide

*air humi"e con%titue un mélange "air %ec et "humi"itéP %i cette

"erni;re e%t reré%entée %eulement ar la vaeur "eau nou% avon% >

:)a%%e "e lair humi"e m=ma+mv Dg

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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:)a%%e volumique > ρ= ρa+ ρv Dg. m−3

:!re%%ion totale K*oi "e altonL > P= Pa+ Pv Pa

:!re%%ion "e vaeur %aturante >

i N S &FC log !vs=2,7877+ "

27,952+0,1025."

i N T &FC log !vs=2,7877+ "

31,607+0,1311."

:olume %éci+que >v=

V

mam

3/kgair sec

:Enthalie %éci+que > #= $

ma=

$ a+ $ vma

KJ /kgairsec

'vec #a= $ a

ma et#v=

$ v

m v

:é

%v=1

ρ %#=v%as m

3 /s

- 12C & 1& 2& 3& 4& 5&Cp14564g#2

C

4P218 4P192 4P182 4P178 4P178 4P181

Tableau III-1 : Chaleur massique à pression constante de l’eau

- 12C :2& :1& & 1& 2& 3& 4& 5&Cp14564g#2

C

1P&&4 1P&&5 1P&&5 1P&&6 1P&&6 1P&&7 1P&&7 1P&&8

Tableau III-2 : Chaleur massique à pression constante de l’air sec

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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.#3# 7umidité spécif$ue et relati)e

.#3#.# 7umidité spécif$ue

Ce%t le raort "e la ma%%e "e vaeur "eau contenu "an% un volume "air humi"e à la ma%%e "air %ec contenue "an% ce mUme volume "eau

%écrit >

r=m#

ma Kgeau/k gairsec

m#=mv i lhumi"ité e%t reré%entée ar la vaeur "eau %eulement.

En aliquant le% relation% récé"ente% la teneur en eau eut %e

mettre %ou% la forme >

r=mv

ma=0,622

Pv

P− Pv Kgeau/k gairsec

m#=mv +me i lair comorte en lu% "e leau %ou% forme "e articule.

.#3#/# 7umidité relati)e

*humi"ité relative e%t le raort entre la re%%ion artielle "e la

vaeur "eau "an% lair Pv et la re%%ion "e %aturation Ps "e cette

vaeur "eau à la mUme temérature N.

φ= P v

Psφ[ ]=100

Pv

Ps

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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En utili%ant le% relation% récé"ente%P lenthalie %éci+que "e lair

humi"e %écrit au%%i >

#="+r (2490+1,96" ) kJ /k gair sec

.#8# 9tilisation du diagramme de lair humide

!lu%ieur% "iagramme% %ont roo%é%. 'ctuellement "euV

reré%entation% %eulement %ont %ouvent utili%ée% >

*e "iagramme "e Carrier KNPrL le lu% emlo=é "an% le mon"e et ce%t

le "iagramme que nou% utili%on% "an% cette étu"e .

*e "iagramme "e )ollier KrPhL

an% le "iagramme Carrier "e lair humi"e on eut reérer %et

gran"eur% thermo"=namique% >

"Tem#érature $

#emérature %;che N ?Fc@ > Ce%t la temérature "onnée ar unthermom;tre à


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"/olume s#éci0que

kgair sec

m3/¿

v ¿

"Ental#ie s#éci0que

kgair seckJ /¿

#¿

Figure III81 : Aiagramme de l’air humide

.#8# Conception dun programme $ui calcul les caractéristi$ues de

lair humide sous %isual asic ; :

Ce rogramme e%t como%é "e 2 %ou% rogramme% >

• *e 1er il calcul la temérature "e %ortie #% KFCLP lhumi"ité relative "e

%ortie hi% KL et lhumi"ité %éci+que r% KDg/Dga%L %elon le%

équation% %uivante% >

( 0 $as1rs


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φ= 0,622∗ !sat ∗r101300− !sat ∗r

=t : !sat =exp (23,3265−

3802,7

+273,18−

( 472,68

+273,18 )

2

)

Photo III.1 : ;’interface graphi=ue de l’application de traitement de l’air sous 79+ >1er volet@

• *e 2;me %ou% rogramme e%t comme le 1er %auf quil calcul

lhumi"i+cation ) KDg/hL au lieu "e lhumi"ité %éci+que r%

KDg/Dga%L.

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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Photo III.2 : ;’interface graphi=ue de l’application de traitement de l’air sous 79+ >2me

volet@

En mo=ennant ce rogramme nou% avon% fait le% calcul% %uivant% >

• 'vec le 1er %ou% rogramme nou% avon% trouvé >

Ts 12C

rs

1>g6>gas ( 1>g6h phis 1?

$as1>gas6h

re

1>g6>gas phie 1? Te 12C

27P49 8P92E:&3 1 39P&&71 1&&& 7P92E:&3 3@ 3&25P5 9P23E:&3 1 45P39 1&&& 8P23E:&3 35 28

23P5&4 9P37E:&3 1 51P89 1&&& 8P37E:&3 4& 2621P5&8 9P35E:&3 1 58P51 1&&& 8P35E:&3 45 2419P51 9P22E:&3 1 65P26 1&&& 8P22E:&3 5& 2217P51 8P99E:&3 1 72P17 1&&& 7P99E:&3 55 2&15P51 8P69E:&3 1 79P26 1&&& 7P69E:&3 6& 1815P51 8P34E:&3 1 86P55 1&&& 7P34E:&3 65 16

11P52 7P94E:&3 1 94P&83 1&&& 6P94E:&3 7& 14


54/74


&

51&152&25

#% KFCL

'his 1?

Ts 12C

Figure III.1 :


55/74


&

&.51

1.52

2.53

) KDg/hL

'his 1?

( 1>g6h

Figure III.3 : ;’humidification en fonction de l’humidit' relative de sortie

• 'vec le 2;me %ou% rogramme nou% avon% trouvé >

Ts 12C

rs1>g6>gas ( 1>g6h phis 1?

$as1>gas6h

re1>g6>gas phie 1? Te 12C

21P64 &P&&97 &P14 6&P15 1&&& 9P56E:&3 58 2219P11 &P&&85 &P55 61P73 1&&& 7P94E:&3 53 2&P5

19P39 &P&&7 1P24 66P63 1&&& 5P75E:&3 45 1811P&&64 &P&&65 2P&&57 79P87 1&&& 4P49E:&3 4& 16

7P65 &P&&6 2P54 92P49 1&&& 3P45E:&3 35 146P&&44 &P&&5 2P4 86P5 1&&& 2P59E:&3 3& 12


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&.&&EO&&1.&&E:&32.&&E:&33.&&E:&34.&&E:&35.&&E:&36.&&E:&37.&&E:&38.&&E:&39.&&E:&3

re KDg/Dga%L

'his 1?

re 12C

Figure III.* : ;’humidit' sp'cifi=ue en fonction de l’humidit' relative de sortie

&

51&152&253&

#% KFCL

'his 1?

Ts 1>g6h

Figure III.+ :


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CHAPITRE I- :

Conception et Réalisation d’un

humidificateur 3 ruissellement

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


58/74


Introduction :

*o


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Figure I781 : 7ue de face

Figure I781 : 7ue de droite

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


60/74


Figure I781 : 7ue de gauche

Figure I781 : 7ue d’arrire

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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62/74


%entilateur : Gonctionne avec 22& fournit le "é


63/74


Photo 7I8 : Pompe

# =ssais réalisés

ou% avon% eYectué quelque% e%%ai% %ur le %=%t;me en +Vant our

chaque e%%aie le "é


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Photo 7I8+ : ir conditioning la/orator unit


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Figure 7I85 : ;a r'partition des thermocouples à l’entr'e du sstme

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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Figure 7I8( : ;a r'partition des thermocouples à la sortie du sstme

*e% thermocoule% ont été réarti% "e la mani;re %uivante >

#hum1 K#hermocouleL> #emérature "e lair humi"e à lentrée "u%=%t;me

#%ec1 K#hermocouleL > #emérature "e lair %ec à lentrée "u %=%t;me

#hum2 K#hermocouleL > #emérature "e lair humi"e à la %ortie "u

%=%t;me

#%ec2 K#hermocouleL > #emérature "e lair %ec à la %ortie "u %=%t;me

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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Entrée Entrée ortie ortieTsec. Thum. Thum/ Tsec/

21 19 18 2&21 19 18 182& 18 18 182& 18 18 1821 18 18 1721 19 19 1822 2& 19 1922 2& 19 1921 19 19 19

#a E%%ai 1 réali%é %ur le %=%t;me

2& 18 18 18 17 18 19 19 1919

19.5

2&2&.5

21

21.5

22

22.5

Tsec/ 1Aortie

Tsec. 1=ntrée

Gigure 5:8 > E%%ai F1 K#emérature en fonction "u tem%L

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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18 18 18 18 18 19 19 19 1917

17.5

18

18.5

19

19.5

2&

2&.5

Thum/ 1Aortie

Thum. 1=ntrée

Gigure 5:9 > *eau con"en%ée en fonction "u tem%

an% ce% con"ition% n

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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$nterrétation "e% ré%ultat% >

ar;% le% "iYérent% e%%ai% réali%é% et le% cour


70/74


CC*$ HEE'*E

'u cour% "e notre travail nou% avon% u "écouvrir limortance "e

lhumi"i+cation "e lair et le% "iYérente% technique% "humi"i+cation.

*étu"e


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). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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Anne(e

). 0hali" 'E 2&15/2&16 ). )ohamme" ''$


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Detch )aDe 2&16 > Ce logiciel ermet "e réali%er "e% "e%%in% en

3. *a ré%entation à lécran e%t cla%%ique. *e% \ a`chage ] ui% \


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Rapport PFE "Etude thermique et réalisation d'un humidificateur à ruissellement d'eau

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