1. Qu'est-ce que l'air ? Qu'appelle-t-on air ordinaire ?
Rép. : l'atmosphère qui entoure la Terre, que nous appelons communément l'air.
L'air à la pression prescrite de 0,1 MPa, à 20 °C et à 36 % d'humidité relative est appelé air ordinaire. L'air ordinaire diffère de l'air standard par sa température et contient de l'eau. Lorsque de la vapeur d'eau est présente dans l'air, le volume d'air diminue dès que cette vapeur en est séparée.
2. Quelle est la définition de l'état standard de l'air ?
Rép. : l'état standard de l'air est défini comme l'état de l'air à une pression d'aspiration de 0,1 MPa et une température de 15,6 °C (0 °C selon la définition du secteur en Chine).
À l'état standard, la masse volumique de l'air est de 1,185 kg/m3 (le débit des compresseurs ainsi que la capacité des sécheurs frigorifiques, filtres et autres équipements de post-traitement sont exprimés en débit à l'état standard, en Nm3/min).
3. Qu'est-ce que l'air saturé et l'air non saturé ?
Rép. : à une température et une pression données, la teneur en vapeur d'eau de l'air humide (sa densité de vapeur) est limitée ; lorsque, à une température donnée, la quantité de vapeur d'eau atteint son maximum possible, l'air humide est dit saturé. L'air humide qui ne contient pas ce maximum possible est dit non saturé.
4. À quelles conditions l'air non saturé devient-il saturé ? Qu'appelle-t-on « condensation » ?
Au moment où l'air non saturé devient saturé, des gouttelettes d'eau liquide se forment dans l'air humide : c'est la « condensation ». Le phénomène est courant : en été, par forte humidité, des gouttes se forment sur les canalisations d'eau ; en hiver, au petit matin, de la buée apparaît sur les vitres des logements. Il s'agit chaque fois de la condensation de l'air humide refroidi à pression constante jusqu'à son point de rosée.
5. Qu'est-ce que la pression atmosphérique, la pression absolue et la pression relative ? Quelles sont les unités de pression courantes ?
Rép. : la pression exercée par l'épaisse couche atmosphérique entourant la Terre sur sa surface ou sur les objets qui s'y trouvent est appelée « pression atmosphérique », notée Ρb ; la pression agissant directement sur la paroi d'un récipient ou d'un objet est la « pression absolue », mesurée à partir du vide absolu, notée Pa ; la pression mesurée par un manomètre, un vacuomètre ou un tube en U est la « pression relative », mesurée à partir de la pression atmosphérique, notée Ρg. La relation entre les trois est
Pa=Pb+Pg
La pression est la force exercée par unité de surface ; son unité est le N/m², noté Pa, appelé pascal. En ingénierie, on utilise couramment le MPa (mégapascal)
1 MPa = 10 puissance 6 Pa
1 atmosphère standard = 0,1013 MPa
1 kPa = 1000 Pa = 0,01 kgf/cm²
1 MPa = 10 puissance 6 Pa = 10,2 kgf/cm²
Dans l'ancien système d'unités, la pression était couramment exprimée en kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré).
6. Qu'est-ce que la température ? Quelles sont les unités de température courantes ?
Rép. : la température est la valeur moyenne statistique de l'agitation thermique des molécules d'un corps.
Température absolue : température comptée à partir du zéro absolu, température limite minimale à laquelle les molécules de gaz cessent de bouger ; notée T, son unité est le « kelvin », de symbole K.
Température Celsius : température comptée à partir du point de fusion de la glace, exprimée en « degrés Celsius », de symbole °C. Par ailleurs, les pays anglo-saxons utilisent couramment le « degré Fahrenheit », de symbole F.
La relation de conversion entre ces trois unités de température est
T (K) = t (°C) + 273,16
t(°F) = 32 + 1,8 t(°C)
7. Qu'est-ce que la pression partielle de la vapeur d'eau dans l'air humide ?
Rép. : l'air humide est un mélange de vapeur d'eau et d'air sec. Dans un volume donné d'air humide, la quantité de vapeur d'eau (en masse) est généralement bien inférieure à celle de l'air sec, mais elle occupe le même volume et est à la même température. La pression de l'air humide est la somme des pressions partielles de ses constituants (air sec et vapeur d'eau). La pression de la vapeur d'eau dans l'air humide est appelée pression partielle de vapeur d'eau, notée Pso. Sa valeur reflète la quantité de vapeur d'eau : plus la teneur en vapeur est élevée, plus la pression partielle est grande. La pression partielle de vapeur d'eau dans l'air saturé est appelée pression partielle de saturation, notée Pab.
8. Qu'est-ce que l'humidité de l'air ? Combien de formes d'humidité distingue-t-on ?
Rép. : la grandeur physique qui exprime le degré d'humidité de l'air est appelée humidité. Les modes d'expression courants sont l'humidité absolue et l'humidité relative.
Dans les conditions standard, la masse de vapeur d'eau contenue dans 1 m3 d'air humide est appelée « humidité absolue » de l'air humide, exprimée en g/m3. L'humidité absolue indique seulement la quantité de vapeur d'eau par unité de volume d'air humide, et non la capacité de l'air à absorber de la vapeur, c'est-à-dire son degré d'humidité. L'humidité absolue correspond à la densité de vapeur d'eau dans l'air humide.
Le rapport entre la quantité réelle de vapeur d'eau contenue dans l'air humide et la quantité maximale possible à la même température est appelé « humidité relative », couramment notée φ. L'humidité relative φ varie de 0 à 100 %. Plus φ est petit, plus l'air est sec et plus sa capacité d'absorption est grande ; plus φ est grand, plus l'air est humide et plus sa capacité d'absorption est faible. Cette capacité dépend aussi de la température : lorsque la température de l'air humide augmente, la pression de saturation augmente. Si la teneur en vapeur d'eau reste inchangée, l'humidité relative φ diminue, autrement dit la capacité d'absorption de l'air augmente. Lors de l'installation d'une salle des compresseurs, il faut donc veiller à maintenir la ventilation, à abaisser la température et à éviter les flaques et les évacuations obstruées, afin de réduire l'humidité de l'air.
9. Qu'est-ce que la teneur en humidité ? Comment la calcule-t-on ?
Rép. : la masse de vapeur d'eau contenue dans 1 kg d'air sec d'un air humide est appelée « teneur en humidité », couramment notée ω. Cette teneur ω est à peu près proportionnelle à la pression partielle de vapeur Pso et inversement proportionnelle à la pression totale p de l'air. ω reflète précisément la quantité de vapeur d'eau présente. Si la pression atmosphérique reste généralement constante et que la température de l'air humide ne varie pas, Pso reste constant : l'humidité relative augmente alors, la teneur en humidité augmente et la capacité d'absorption diminue.
10. De quoi dépend la densité de vapeur d'eau dans l'air saturé ?
Rép. : la teneur en vapeur d'eau de l'air (sa densité de vapeur) est limitée. Dans la plage de pression pneumatique (2 MPa), on peut considérer que la densité de vapeur d'eau de l'air saturé ne dépend que de la température et non de la pression. Plus la température est élevée, plus cette densité est grande. À 40 °C par exemple, que la pression soit de 0,1 MPa ou de 1,0 MPa, la densité de vapeur saturante de 1 mètre cube d'air est identique.
11. Qu'est-ce que l'air humide ?
Rép. : l'air contenant une certaine quantité de vapeur d'eau est appelé air humide ; l'air sans vapeur d'eau est appelé air sec. L'air qui nous entoure est toujours de l'air humide. À une altitude donnée, la composition et les proportions de l'air sec restent stables et n'ont pas d'incidence particulière sur les performances thermiques de l'air humide. Si la teneur en vapeur d'eau est faible, ses variations influencent fortement les propriétés physiques de l'air humide : c'est elle qui détermine le degré d'humidité de l'air. L'air sur lequel travaille un compresseur est précisément de l'air humide.
12. Qu'est-ce que la chaleur ?
Rép. : la chaleur est une forme d'énergie. Unités courantes : kJ/(kg·°C), cal/(kg·°C), kcal/(kg·°C), etc. 1 kcal = 4,186 kJ, 1 kJ = 0,24 kcal.
Selon les lois de la thermodynamique, la chaleur se transmet spontanément du point chaud vers le point froid par convection, conduction ou rayonnement. Sans apport de travail extérieur, elle ne peut jamais se propager en sens inverse.
13. Qu'est-ce que la chaleur sensible ? Et la chaleur latente ?
Rép. : lors d'un chauffage ou d'un refroidissement, la chaleur absorbée ou cédée par un corps dont la température augmente ou diminue sans changement d'état est appelée chaleur sensible. Elle se traduit par une sensation nette de froid ou de chaud et se mesure généralement au thermomètre. La chaleur absorbée pour porter de l'eau de 20 °C à 80 °C est par exemple de la chaleur sensible.
Lorsqu'un corps absorbe ou cède de la chaleur en changeant d'état (un gaz qui devient liquide, par exemple) sans variation de température, cette chaleur est appelée chaleur latente. Elle ne se mesure pas au thermomètre et n'est pas ressentie, mais peut être calculée expérimentalement.
Lorsque de l'air saturé cède de la chaleur, une partie de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide sans que sa température baisse : la chaleur cédée correspond à cette chaleur latente.
14. Qu'est-ce que l'enthalpie de l'air ?
Rép. : l'enthalpie de l'air est la chaleur totale qu'il contient, rapportée en général à l'unité de masse d'air sec. Elle est notée ι.
15. Qu'est-ce que le point de rosée ? De quoi dépend-il ?
Rép. : le point de rosée est la température à laquelle de l'air non saturé, refroidi à pression partielle de vapeur constante (donc à teneur en eau absolue constante), atteint la saturation. Lorsque la température descend au point de rosée, des gouttelettes se forment dans l'air humide. Le point de rosée dépend non seulement de la température mais aussi de la teneur en eau de l'air humide : plus la teneur en eau est élevée, plus le point de rosée est haut, et inversement. À une température d'air humide donnée, plus le point de rosée est élevé, plus la pression partielle de vapeur est grande et plus l'air contient de vapeur d'eau. Le point de rosée a des applications importantes en technique des compresseurs. Si la température de refoulement est trop basse, par exemple, le mélange huile/air se condense dans le réservoir huile/air refroidi, l'huile se charge d'eau et la lubrification se dégrade. La température de refoulement doit donc être conçue pour ne jamais descendre sous le point de rosée correspondant à la pression partielle considérée.
