La
régulation de l’humidification permet de protéger tout ce qui est
sensible à l’humidité : matériaux, personnel, machines délicates
ou tout autre équipement.
Par
exemple dans les industries manipulant du bois, du papier ou du carton, une
atmosphère trop sèche pourra provoquer des cassures et craquelures, des
défauts de collage, un manque de planéïté des feuilles.
Dans des
conditions atmosphériques sèches, de l’électricité statique peut
s’accumuler et nuire au fonctionnement d’équipements de production ou
de machines électroniques dans les bureaux. Aux endroits où on manipule
des matériaux sensibles à l'électricité statique (papier, disques
d’ordinateur, films plastiques, etc.), l’air sec aggrave le problème.
Dans des atmosphères potentiellement
explosives, l’air sec et l’accumulation d’électricité statique qui en
résulte peuvent devenir extrêmement dangereux.
Principes de l'humidification
Humidifier
l'air consiste à lui ajouter de l'eau en quantité suffisante pour
atteindre le taux d'humidité relative visé. Deux principes coexistent:
- Humidification adiabatique
- l'eau
est injectée sous forme liquide et se vaporise dans un courant d'air à
humidifier. La vaporisation de l'eau absorbe de la chaleur qui dans ce
cas est prélevée du courant d'air à humidifier. La vaporisation de
l'eau abaissera donc sa température. Ce phénomène peut
être bénéfique en cas de forte chaleur ambiante, cependant c'est en
hiver que les problèmes d'atmosphère sèche sont les plus importants.
- Humidification isotherme
- l'eau
est préalablement vaporisée dans un équipement externe, et la vapeur
est injectée dans le courant d'air à traiter. Contrairement à
l'humidification adiabatique, la température de l'air traité est peu
modifiée.
Dangers d'un air trop humide
En
augmentant la teneur en eau de l'air on accroît son point de rosée,
c'est à dire la température à partir de laquelle de l'eau liquide peut
apparaitre par condensation. Si cette température est supérieure à la
température la plus froide présente (typiquement la température
extérieure en hiver, ou la température d'un fluide froid circulant dans
l'atelier) des condensations peuvent se former sur des points froids
(fenêtres, charpentes, tuyauteries, ponts thermiques, défauts
d'isolation...). Ces condensations pourront alors être source de
corrosion, de développements biologiques, ou toute dégradation causée
par la présence d'eau liquide.
Techniques d'humidification
Injection directe de vapeur
Si
de la vapeur est disponible, c'est la méthode la plus simple. La vapeur
est détendue et dispersée dans l'air sous le contrôle d'une vanne de
régulation.
La vapeur est naturellement stérile en raison de sa température élevée.
A vapeur secondaire
La vapeur injectée dans l'air est produite par chauffage dans un générateur.
La
qualité de la vapeur injectée dépend de la qualité de l'eau utilisée
pour la générer. Si des matières minérales sont présentes dans l'eau,
on observera un entartrage du générateur.
La régulation de
l'humidité de l'air est délicate en raison du temps de réaction élevé
du générateur.Le chauffage peut être assuré par de la vapeur, une
résistance électrique, un brûleur à gaz ou un passage de courant dans
l'eau à vaporiser; dans ce dernier cas, l'eau doit être suffisament
minéralisée pour conduire le courant électrique.
La vapeur
secondaire est générée à une pression très basse, proche de la pression
atmosphérique. Le générateur devra alors être positionné à proxmité du
point d'injection dans l'air.
Si
l'eau alimentant le générateur contient des sels dissous, ceux-ci
s'accumuleront dans le générateur. Une purge de déconcentration devra
être prévue. Ces sels concentrés peuvent précipiter. Un moyen de les
maintenir en suspension devra également être prévu (bullage d'air
comprimé par exemple).
Par pulvérisation
L'eau liquide
est pulvérisée à l'aide d'air comprimé en un fin brouillard dans le
courant d'air à humidifier. C'est système d'humidification adiabatique.
Dispersion de la vapeur
Lors
de l'humidification de l'air par injection de vapeur, au contact de
l'air froid, la vapeur chaude échange sa chaleur et se refroidi jusqu'à
partiellement se condenser en fine gouttelettes. Un panache opaque se
forme, puis mélangé à une plus grande quantité d'air sec, disparait. Il
est important de minimiser la formation de ce panache par une
distribution judicieuse de la vapeur. Le capteur d'humidité qui permet
la régulation du système doit être placé suffisament loin du point
d'injection pour ne pas être influencé par ce panache.
Débit d'eau d'humidification
Pour
déterminer la quantité d'eau à injecter pour atteindre le taux
d'humidité relative visé, il est nécessaire de connaitre la teneur en
eau de l'air à traiter. Les diagrammes psychrométriques sont d'une grande aide pour ce type de détermination.
La situation la plus fréquente est celle d'un
air froid en hiver alimentant un bâtiment chauffé. L'air extérieur
possède une humidité relative de 60% en moyenne, quelle que soit sa
température. Son humidité absolue est donc d'autant plus faible que la
température est basse. Après chauffage aux environs de 20°C, l'humidité
relative de l'air décroît, d'autant plus fortement que la différence de
température est importante. L'humidité relative visée sera d'environ
50% pour satisfaire la plupart des besoins (confort du personnel, lutte
contre l'électricité statique, ...). Dans ces conditions la teneur en
eau visée sera de 7,26 g / kg d'air sec. La quantité d'eau à injecter
sera d'autant plus importante que la progression en humidité relative
sera grande.
Le tableau ci-dessous résume les différents résultats:
Tre air ext °C | teneur en eau pour HR=60% g eau / kg air sec | Tre de rosée °C | HR à 20°C | eau à injecter pour HR=50% à 20°C g eau / kg air sec |
-40 | 0,05 | -44 | 0,3% | 7,2 |
-20 | 0,4 | -25 | 3% | 6,9 |
-10 | 1,0 | -16 | 7% | 6,3 |
-5 | 1,5 | -11 | 10% | 5,8 |
0 | 2,3 | -6 | 16% | 5,0 |
5 | 3,2 | -2 | 22% | 4,0 |
10 | 4,6 | 3 | 32% | 2,7 |
20 | 8,8 | 12 | 60% | |
30 | 16,1 | 21 | (1) | |
40 | 28,5 | 31 | (1) | |
(1) le point de rosée de l'air étant supérieur à 20°C, l'eau excédentaire est condensés et l'humidité relative est de 100%.