Qu'est-ce que l'humidification isotherme ?

Fonctionnement d'un humidificateur à vapeur

Contrairement aux humidificateurs par évaporation, la production de vapeur d'eau a lieu avant le mélange avec l'air. La vapeur peut alors être acheminée directement dans l'air ambiant via un appareil de ventilation ou être mélangée dans un système de climatisation pendant le traitement de l'air. La vapeur provient soit d'un système central de production de vapeur, soit d'un système décentralisé installé sur le lieu même de l'humidification de l'air pour la climatisation.

Lorsque l'humidification de l'air est réalisée à l'aide de vapeur sous pression provenant d'une production centralisée, on parle d'humidificateurs à vapeur sous pression. Ce type d'humidificateur à vapeur est utilisé en association avec des systèmes de traitement de l'air (systèmes de ventilation et de climatisation). L'humidificateur se compose d'un filtre à impuretés, d'une vanne rotative, d'un manomètre et d'un purgeur de condensat.

Lorsque la vapeur doit être produite directement sur le lieu d'utilisation, les humidificateurs à vapeur électriques sont souvent judicieux.

Un humidificateur à vapeur électrique fonctionne soit selon le principe des électrodes, soit selon le principe de la résistance. Dans les humidificateurs à électrodes, des électrodes métalliques en forme de grille plongent dans le réservoir d'eau et utilisent la conductivité de l'eau. Le courant circule alors directement dans l'eau et la fait s'évaporer. Dans ce principe, le débit de vapeur est régulé par le niveau d'eau dans le cylindre à vapeur. Dans un humidificateur à vapeur à résistance, l'eau est chauffée selon le principe du thermoplongeur.

Les différents types de vapeur

Pour une humidification isotherme de l'air, il faut d'abord chauffer l'eau à 100 °C. Elle atteint alors un pouvoir calorifique de h = 419 kJ/kg et une pression de 1,0133 bar. C'est à ce moment-là qu'intervient le changement d'état physique, au cours duquel l'eau bouillante à 100 °C se transforme en vapeur à 100 °C. Pour cela, il faut apporter 2 258 kJ d'énergie par kg d'eau.

Cette énergie nécessaire à la transformation en vapeur est appelée chaleur spécifique de vaporisation. Elle est latente, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas être mesurée à l'aide d'un thermomètre.

Vapeur saturée

Tant que la vapeur est en contact direct avec l'eau, elle est « saturée », ce qui signifie qu'elle ne peut plus absorber de liquide et est donc également appelée « vapeur saturée ».

Vapeur non saturée

La vapeur non saturée se forme lorsque le volume de la vapeur augmente, mais que la température est maintenue constante par rapport à l'apport de chaleur. Le condensat constitue ici une caractéristique importante. Lorsque la vapeur est refroidie, la chaleur de vaporisation investie lui est retirée, son état physique change et il se forme du condensat.

Formation de calcaire lors de l'évaporation

Pourquoi le calcaire se forme-t-il ?

Le calcium est le cinquième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Il ne se présente généralement pas sous sa forme pure, mais sous forme de composés avec d'autres substances, comme le calcaire, ou dissous dans l'eau. Le calcaire est principalement composé de carbonate de calcium (CaCO₃).

La détermination de la dureté de l'eau permet également de prévoir l'intensité de la formation de tartre. La dureté de l'eau est un concept de la chimie appliquée qui s'est développé à partir des besoins liés à l'utilisation de l'eau naturelle et de ses composants dissous. Concrètement, la dureté de l'eau désigne la concentration équivalente des ions de métaux alcalino-terreux dissous dans l'eau, mais aussi, dans certains contextes spécifiques, celle de leurs partenaires anioniques. Parmi les « agents de dureté », on trouve principalement le calcium et le magnésium, ainsi que, à l'état de traces, le strontium et le baryum. Les agents de dureté dissous peuvent former des composés insolubles, notamment du calcaire et ce que l'on appelle des « savons de calcaire ». Cette tendance à la formation de composés insolubles est à l'origine de l'intérêt qui a conduit à l'émergence du système conceptuel et théorique autour de la dureté de l'eau.

L'eau douce est plus adaptée à toutes les applications où l'eau est chauffée, pour le lavage, l'arrosage des plantes d'intérieur, etc. On trouve de l'eau douce dans les régions où prédominent le granit, le gneiss, le basalte et les roches schisteuses. L'eau de pluie est également une eau douce.

L'eau dure entraîne l'entartrage des appareils ménagers, augmente la consommation de produits vaisselle et de lessive, altère le goût et l'aspect des aliments et boissons sensibles (par exemple le thé). L'eau dure provient de régions où prédominent les roches sableuses et calcaires.

Solution au problème du calcaire

Pour réduire les dépôts de calcaire dans les systèmes d'humidification à vapeur, il est possible d'utiliser le système de gestion du calcaire breveté par Condair, qui permet de détacher les dépôts de calcaire des éléments chauffants et de les évacuer vers un réservoir de collecte externe.

Il est également possible d'utiliser de l'eau entièrement déminéralisée, dont les minéraux et le calcium ont été préalablement éliminés par un système de traitement de l'eau. La quantité de calcaire encore présente est alors négligeable.

Il convient toutefois de noter que le fonctionnement avec de l'eau adoucie (c'est-à-dire sans minéraux) n'est pas possible avec tous les types d'humidificateurs. Un humidificateur à résistance peut également fonctionner avec de l'eau déminéralisée. En revanche, un humidificateur à électrodes a besoin d'eau conductrice et riche en minéraux pour fonctionner efficacement. L'utilisation de ce type d'humidificateur avec de l'eau adoucie n'est pas judicieuse d'un point de vue énergétique.

Exemple de calcul : humidification isotherme

Données :

Calcul de ∆h/∆x :

∆h = kJ/kg

∆x = g/kg d'air sec