1. Qu'est-ce que l'air ? Qu'est-ce que l'air normal ?
Réponse : l'atmosphère qui entoure la Terre, nous avons coutume de l'appeler air.
L'air à la pression spécifiée de 0.1MPa, à une température de 20°C et une humidité relative de 36 % est appelé air normal. L'air normal diffère de l'air standard par sa température et sa teneur en humidité. Lorsque l'air contient de la vapeur d'eau, une fois celle-ci séparée, le volume d'air diminue.
2. Quelle est la définition de l'état standard de l'air ?
Réponse : la définition de l'état standard est la suivante : l'état de l'air lorsque la pression d'aspiration est de 0.1MPa et la température de 15.6°C (l'industrie nationale retient 0°C) est appelé état standard de l'air.
À l'état standard, la masse volumique de l'air est de 1.185kg/m3 (la capacité des équipements de traitement aval — compresseur, sécheur, filtre — est indiquée par le débit dans l'état standard de l'air, l'unité étant notée Nm3/min).
3. Qu'est-ce que l'air saturé et l'air non saturé ?
Réponse : à une température et une pression données, la teneur en vapeur d'eau de l'air humide (c'est-à-dire la densité de vapeur d'eau) a une limite ; lorsque la quantité de vapeur d'eau correspondant à une température atteint le maximum possible, l'air humide est dit saturé. L'air humide qui n'a pas atteint cette teneur maximale est dit non saturé.
4. Dans quelles conditions l'air non saturé devient-il saturé ? Qu'est-ce que la « 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 ». La condensation est courante. En été, l'air très humide forme facilement des gouttelettes sur la surface des canalisations d'eau ; le matin d'hiver, des gouttelettes apparaissent sur les vitres des habitations. Dans les deux cas, l'air humide refroidi à pression constante a atteint son point de rosée et s'est condensé sous l'effet de la température.
5. Que sont la pression atmosphérique, la pression absolue et la pression relative ? Quelles sont les unités de pression usuelles ?
Réponse : la pression exercée sur la surface terrestre ou sur les objets qui s'y trouvent par l'épaisse couche d'atmosphère entourant la Terre est appelée « pression atmosphérique », de symbole Ρb ; la pression qui s'exerce directement sur la surface d'un récipient ou d'un objet est appelée « pression absolue » ; elle se mesure à partir du vide absolu et a pour symbole Pa ; la pression mesurée par les manomètres, vacuomètres, tubes en U et autres instruments est appelée « pression relative » ; elle part de la pression atmosphérique et a pour symbole Ρg. La relation entre les trois est
Pa=Pb+Pg
La pression désigne la force par unité de surface ; son unité est le N/m², noté Pa, appelé pascal. En ingénierie, on utilise couramment le MPa
1MPa=10 puissance six Pa
1 atmosphère standard = 0.1013MPa
1kPa=1000Pa=0.01kgf/cm²
1MPa=10 puissance six Pa=10.2kgf/cm²
Dans l'ancien système d'unités, la pression s'exprime généralement en kgf/cm2 (kilogramme-force par centimètre carré).
6. Qu'est-ce que la température ? Quelles sont les unités de température usuelles ?
R : la température est la moyenne statistique du mouvement thermique des molécules d'un corps.
Température absolue : température comptée à partir de la limite inférieure où les molécules de gaz cessent de bouger, notée T. L'unité est le « kelvin », de symbole K.
Température Celsius : température comptée à partir du point de fusion de la glace ; l'unité est le « degré Celsius », de symbole ℃. Les pays anglo-saxons utilisent en outre souvent 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 ?
Réponse : 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 se trouve à la même température. La pression de l'air humide est la somme des pressions partielles des gaz constituants (air sec et vapeur d'eau). La pression de la vapeur d'eau dans l'air humide est appelée pression partielle de la vapeur d'eau, notée Pso. Sa valeur reflète la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air humide : plus la teneur en vapeur d'eau est élevée, plus la pression partielle est grande. La pression partielle de vapeur d'eau de l'air saturé est appelée pression partielle de saturation, notée Pab.
8. Qu'est-ce que l'humidité de l'air ? Quelles grandeurs d'humidité existent ?
Réponse : la grandeur physique qui exprime le caractère sec ou humide de l'air est appelée humidité. Les expressions usuelles 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 cet air, exprimée en g/m3. L'humidité absolue indique seulement la quantité de vapeur d'eau contenue dans un volume unitaire d'air humide, mais pas la capacité de cet air à absorber de la vapeur d'eau, c'est-à-dire son degré d'humidité. L'humidité absolue correspond à la densité de vapeur d'eau de 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 », souvent notée φ. L'humidité relative φ est comprise entre 0 et 100 %. Plus φ est faible, plus l'air est sec et plus sa capacité d'absorption d'eau est grande ; plus φ est élevé, plus l'air est humide et plus cette capacité est faible. La capacité d'absorption d'humidité 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 d'humidité augmente. C'est pourquoi, lors de l'aménagement du local du compresseur, il faut veiller à maintenir une bonne ventilation, à abaisser la température et à éviter les stagnations et accumulations d'eau dans la pièce afin de réduire l'humidité de l'air.
9. Qu'est-ce que la teneur en humidité ? Comment la calculer ?
Réponse : dans l'air humide, la masse de vapeur d'eau contenue dans 1kg d'air sec est appelée « teneur en humidité » de l'air humide, grandeur couramment utilisée. La teneur en humidité ω est presque proportionnelle à la pression partielle de vapeur d'eau Pso et inversement proportionnelle à la pression totale de l'air p. Elle traduit exactement la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air. La pression atmosphérique étant généralement constante, à température constante de l'air humide, Pso est également constant : l'humidité relative augmente alors, la teneur en humidité augmente et la capacité d'absorption d'humidité diminue.
10. De quoi dépend la densité de vapeur d'eau dans l'air saturé ?
Réponse : la teneur en vapeur d'eau (densité de vapeur d'eau) de l'air est limitée. Dans la plage de pression aérodynamique (2MPa), on peut considérer que la densité de vapeur d'eau de l'air saturé dépend uniquement de la température et non de la pression. Plus la température est élevée, plus la densité de vapeur d'eau saturante est grande. Par exemple, à 40°C, 1 mètre cube d'air a la même densité de vapeur d'eau saturante que sa pression soit de 0.1MPa ou de 1.0MPa.
11. Qu'est-ce que l'air humide ?
Réponse : 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 de l'air humide. À une altitude donnée, la composition et les proportions de l'air sec sont pratiquement stables et n'ont pas d'incidence particulière sur le comportement thermique de l'ensemble. Bien que la teneur en vapeur d'eau soit faible, sa variation influence fortement les propriétés physiques de l'air humide : c'est elle qui détermine son degré de siccité ou d'humidité. L'air comprimé par le compresseur est de l'air humide.
12. Qu'est-ce que la chaleur ?
Réponse : la chaleur est une forme d'énergie. Unités usuelles : KJ/(kg·℃), cal/(kg·℃), kcal/(kg·℃), etc. 1kcal=4.186kJ, 1kJ=0.24kcal.
Selon les lois de la thermodynamique, la chaleur se transfère spontanément du milieu chaud vers le milieu froid par convection, conduction, rayonnement et autres formes. Sans apport d'énergie extérieure, ce transfert ne peut jamais s'inverser.
13. Qu'est-ce que la chaleur sensible ? Qu'est-ce que la chaleur latente ?
Réponse : lors d'un échauffement ou d'un refroidissement, la chaleur absorbée ou cédée par un corps lorsque sa température monte ou descend sans changement d'état physique est appelée chaleur sensible. Elle se traduit par une sensation nette de froid ou de chaud et se mesure généralement au thermomètre. Par exemple, la chaleur absorbée en portant de l'eau de 20°C à 80°C est de la chaleur sensible.
Lorsqu'un corps absorbe ou cède de la chaleur en changeant d'état (par exemple un gaz qui devient liquide…), sans variation de température, cette chaleur est appelée chaleur latente. Elle ne se mesure pas au thermomètre et n'est pas ressentie par le corps humain, mais peut être calculée expérimentalement.
Après avoir cédé de la chaleur, une partie de la vapeur d'eau de l'air saturé passe à l'état d'eau liquide, sans que la température baisse : cette chaleur cédée est de la chaleur latente.
14. Qu'est-ce que l'enthalpie de l'air ?
Réponse : l'enthalpie de l'air désigne la chaleur totale contenue dans l'air, généralement rapportée 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 ?
Réponse : le point de rosée est la température à laquelle l'air non saturé, refroidi à pression partielle de vapeur d'eau constante (c'est-à-dire à teneur en eau absolue constante), atteint la saturation. Lorsque la température descend jusqu'au point de rosée, des gouttelettes d'eau se forment dans l'air humide. Le point de rosée de l'air humide dépend non seulement de la température, mais aussi de sa teneur en humidité : il est élevé quand la teneur en eau est forte et bas lorsqu'elle est faible. À une température donnée de l'air humide, plus le point de rosée est élevé, plus la pression partielle de vapeur d'eau est grande et plus la teneur en vapeur d'eau est importante. Le point de rosée a une application importante en technique du compresseur : si la température de refoulement du compresseur est trop basse, le mélange huile-gaz condense dans le réservoir huile-air, l'huile de lubrification se charge d'eau et l'effet de lubrification se dégrade. La température de refoulement doit donc être conçue pour rester supérieure au point de rosée correspondant à la pression partielle.
