Problème de compréhension de l'air humide à très forte température

[Vanessa38]

Bonjour,

je tente de comprendre ce qu'il se passe lorsqu'on est en présence d'un air humide à haute température (125°C). Mes conditions sont les suivantes: pression 1.1 10^5 Pa, température 125°C, humidité relative (HR) comprise entre 40 et 100%.

Lorsque je calcule la pression partielle de vapeur d'eau (Pv=HR x Pression saturante (125°C)) je m'aperçois que cette pression partielle est supérieure à la pression ambiante... du coup quelque chose doit m'échapper. Qu'est-ce que je ne comprends pas? Est-ce que ça veut dire que lorsqu'on est à très forte température il est impossible d'atteindre la saturation en eau?

Mon raisonnement est le suivant. L'air et la vapeur d'eau peuvent tous les deux être considérés comme un gaz parfait, donc l'air humide est un mélange de gaz parfaits (P= Pression partielle vapeur d'eau + pression partielle air sec). Lorsqu'il fait très chaud, les molécules d'air sec sont très espacés dans un volume donné, laissant beaucoup de place éventuelle pour les molécules d'eau sous forme de vapeur. Donc plus il fait chaud, plus il est possible pour l'air humide de contenir de l'eau. Au delà d'une certaine quantité d'eau, l'air est à saturation, la pression partielle est égale à la pression de saturation et alors l'eau supplémentaire se condense.

Dans mon cas si je calcule la pression partielle de vapeur d'eau à la température (selon la formule de Dupré par exemple) j’obtiens 2.4 10^5 Pa ce qui est deux fois plus grand que ma pression atmosphérique... ce qui entraine que pour 80 ou 100% humidité relative mes calculs d'humidité absolue sont négatifs. ce qui n'a pas de sens.

Ce peut-il qu'à haute température un taux d’humidité forte soit impossible?


Merci d'avance pour votre aide

Vanessa
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[SULREN]

Bonjour,

Est-ce que ça veut dire que lorsqu'on est à très forte température il est impossible d'atteindre la saturation en eau?

On peut être en vapeur d'eau saturée, c'est à dire en mélange d'eau liquide et de vapeur d'eau, jusque vers 375°C.

Est-ce que ça veut dire que lorsqu'on est à très forte température il est impossible d'atteindre la saturation en eau?

A 125°C ce mélange eau liquide et vapeur d'eau est à une pression relative d'environ 2,4 Bars, comme vous l'avez vous-même écrit.

A 1,1 Bar relatif et 125°C il parait donc logique que la saturation soit impossible. L'air reste sec.

MAIS attention, je peux me tromper, je ne suis pas un spécialiste de l'air humide.

[SULREN]

Je retire le terme l'air reste sec, impropre: il n'y a pas saturation.

Jusqu'à quelles limites air et vapeur d'eau peuvent être considérés comme gaz parfaits?

[Vanessa38]

Merci pour votre réponse.

Si je comprends bien votre raisonnement la pression partielle d'eau dans l'air humide est à la fois celle de l'eau sous forme de vapeur et l'eau sous forme de gouttelette? ça explique pourquoi la pression partielle serait supérieure à la pression atmosphérique...

Ptotale = Ppartielle (vapeur d'eau) + Ppartielle(goutelettes) + Pparteille (air sec)

Donc lorsque que je calcule la pression partielle selon la formule de Dupré, ce serait une pression partielle de gouttes et de vapeur?... je suis confuse.

PS: 1.1bar est la pression absolue dans mon problème.

[A voir en vidéo sur Futura]

[SULREN]

Re,
Désolé pour mes lapsus dans mon premier post (voilà où cela mène d'écrire tout en écoutant les commentaires politiques sur le sujet du jour: USA). Il s'agit bien de pression de 1,1 bar absolu.

Mon message avait juste pour but de répondre à votre question:

Est-ce que ça veut dire que lorsqu'on est à très forte température il est impossible d'atteindre la saturation en eau?

Mais revenons à l'expression:
Pression partielle Vap Eau = HR x Pression saturante

A 125°C la pression de vapeur saturante de l'eau est de 2,4 bars abs.
Si l'air humide que l'on considère est à 1,1 bar abs, la pression partielle de la vapeur d'eau ne peut excéder 1,1 bar abs.
Donc: Pression partielle Vap Eau < 1,1
Soit HR x Pression saturante < 1,1
Donc HR < 1,1 /2,4 x 100 Impossible d'aller au delà.

Me gourge je ?

[SULREN]

La conclusion est donc celle que vous a aviez trouvée:

Ce peut-il qu'à haute température un taux d’humidité forte soit impossible?

Oui.

Il me semble que la notion de HR a été créée pour évaluer le confort d’une ambiance à la pression atmosphérique et aussi les risques de condensation (=> corrosion, etc)
La température d'ébullition de l'eau étant de 100°C à la pression atmosphérique normale, il est un peu normal qu'à 125°C les valeurs de HR ne puissent être données qu’avec précaution.

[phys4]

Si je comprends bien votre raisonnement la pression partielle d'eau dans l'air humide est à la fois celle de l'eau sous forme de vapeur et l'eau sous forme de gouttelette? ça explique pourquoi la pression partielle serait supérieure à la pression atmosphérique...

Ptotale = Ppartielle (vapeur d'eau) + Ppartielle(goutelettes) + Pparteille (air)

Les gouttes n'ont pas de pression partielle, seule les pressions partielles des gaz s'ajoutent, et chaque pression partielle est plus petite que le pression totale, l'exemple est bien indiqué dans les messages précédents.

[Vanessa38]

En effet tout ce que j'ai du lire était pour des conditions humainement supportables.

Il semble donc qu'avec mes infos je ne suis pas capable de savoir ma quantité de vapeur d'eau et d'air sec à ces conditions. Je vais devoir ruser!
Merci pour vos réponses.

[SULREN]

Bonjour,

Vanessa, le problème que vous avez posé initialement était :

Je tente de comprendre ce qu'il se passe lorsqu'on est en présence d'un air humide à haute température (125°C). Mes conditions sont les suivantes: pression 1.1 10^5 Pa, température 125°C, humidité relative (HR) comprise entre 40 et 100%.

Puis vous venez d’écrire :

Il semble donc qu'avec mes infos je ne suis pas capable de savoir ma quantité de vapeur d'eau et d'air sec à ces conditions. Je vais devoir ruser!

Pourtant, plus haut il a été dit qu’à 1,1 bar abs et 125°C on avait nécessairement : HR < 1,1 /2,4 x 100 donc : HR < 45,8 %

En recoupant tout cela on ne peut que conclure que 40% < HR < 45,8%
Et en déduire la fourchette des proportions d’air sec et d’eau.

[RomVi]

Bonjour

Dès l'instant ou la pression est supérieure à Pv sat la notion d'humidité relative n'a absolument aucun sens, celle ci n'est pas inférieure à 45.8% ou tout autre valeur.

[SULREN]

Bonjour,

Dès l'instant ou la pression est supérieure à Pv sat la notion d'humidité relative n'a absolument aucun sens,

Où avez vous lu que la pression de l'échantillon considéré (1,1 bar abs à 125°C) est supérieure à Pv sat à 125°C.

celle ci n'est pas inférieure à 45.8% ou tout autre valeur

J'ai pu me tromper en donnant 45,8% de limite haute pour la HR de cet échantillon, mais je serais heureux que vous me démontriez où, afin que je corrige mes raisonnements.

[RomVi]

C'était une faute d’inattention, je voulais bien évidement dire "inférieure à PV sat", qui à 125°C est de 2.3b.
Dès l'instant où PV sat dépasse la pression totale le mélange air-eau prend un degré de liberté supplémentaire, et la notion de saturation de l'air perd tout son sens. Par exemple on pourrait très bien avoir un mélange à 95% d'air et 5% d'eau, l'inverse, voire même 100% d'eau sous forme de vapeur sèche.

[SULREN]

Bonjour,
Romvi, désolé, vous êtes en train de vous embrouiller.

Vous venez d’écrire :

C'était une faute d’inattention, je voulais bien évidement dire "inférieure à PV sat", qui à 125°C est de 2.3b .

Donc, vous vouliez dire dans votre premier post :
"Dès l'instant où la pression est INFERIEURE à Pv sat la notion d'humidité relative n'a absolument aucun sens, celle-ci n'est pas inférieure à 45.8% ou tout autre valeur".
No comment ! Vous êtes en train de remettre en cause la physique de l’air humide, et l’existence d’une notion de HR. Laissons les autres en juger.

Vous dites:

Dès l'instant où PV sat dépasse la pression totale le mélange air-eau prend un degré de liberté supplémentaire, et la notion de saturation de l'air perd tout son sens.

Oui, et c’est ce que nous avions dit dans nos posts précédents. Dans ces conditions la saturation est impossible, mais la notion d'«humidité relative» continue d’être définie. Humidité relative ne veut pas dire présence de gouttelettes d’eau.

Vous dites:

Par exemple on pourrait très bien avoir un mélange à 95% d'air et 5% d'eau, l'inverse, voire même 100% d'eau sous forme de vapeur sèche.

Là vous enfoncez une porte ouverte. Tout le monde sait que 100% d’eau dans une enceinte peut exister à l’état de vapeur sans aucune gouttelette d’eau.
Heureusement, sinon les centrales électriques thermiques ne pourraient pas exister. On « surchauffe » la vapeur pour l’amener très haut dans la zone de vapeur sèche (en général vapeur à 170 bars 545°C) avant de l’envoyer à la turbine. On est sûr ainsi que malgré sa détente dans les étages de la turbine elle restera sèche jusqu’à la sortie vers le condenseur. Sinon le matraquage des gouttelettes sur les pales éroderaient ces dernières (voir NB). Aujourd’hui on va plus loin avec les centrales thermiques supercritiques.

Mais vous ne remettez pas en cause mon calcul des 45,8%, en tous cas vous n’avez pas répondu à la question posée dans mon post précédent:

J'ai pu me tromper en donnant 45,8% de limite haute pour la HR de cet échantillon, mais je serais heureux que vous me démontriez où, afin que je corrige mes raisonnements.

NB : Pour l’anecdote : en 1971, alors que je travaillais juste à côté d’une turbine en fonctionnement de 250 MW (c’est petit par rapport aux turbines actuelles) des pales de la dernière roue, qui fait plusieurs mètres de diamètre, se sont décrochées et sont allé hacher menu les tubes du condenseur. Suite à un mauvais calcul de cette turbine, de la condensation (vapeur saturée) apparaissait au niveau de cette roue et avait usé la base des pales. Heureusement le carter de la turbine ne s’est pas ouvert….car je serais mort à ce moment là.

[RomVi]

L'humidité relative est une notion qui n'a de sens que pour un mélange d'eau de d'un autre gaz, or dans ces conditions il est possible d'avoir 100% d'eau, donc cette notion n'a pas de sens. Encore une fois il y a un degré de liberté de trop pour pouvoir affirmer qu'il existe une humidité relative maximale.
J'ai répondu à ta question, si tu n'a rien compris je ne vois pas ce que je peux faire de plus.

Je ne commenterai pas le reste de ton blabla qui est hors sujet.

[SULREN]

« Cool » mon cher ! Cet énervement de votre part traduit un état de perdition certain dans la compréhension du sujet traité.

Restons en au morceau délectable de votre intervention dans cette discussion, quand vous avez écrit :

Dès l'instant ou la pression est supérieure à Pv sat la notion d'humidité relative n'a absolument aucun sens, celle ci n'est pas inférieure à 45.8% ou tout autre valeur.

Que vous avez ensuite corrigé en :

Dès l'instant ou la pression est inférieure à Pv sat la notion d'humidité relative n'a absolument aucun sens, celle ci n'est pas inférieure à 45.8% ou tout autre valeur.

"Absolument aucun sens", rien de moins !!!

Chacun pourra juger de la pertinence de ces affirmations techniques et en déduire qui de nous deux n’a rien compris.

[LPFR]

Bonjour.
Dans les conditions du problème : 1 bar 125°C, je suis d’accord que la notion d’humidité relative n’a pas de sens. Tout le gaz peut être du H2O et il n’y aura pas de condensation.
Au revoir.

[SULREN]

Bonjour LPFR,
Merci pour l’intérêt que porte un Modérateur à ce débat.

- 1) Je ne peux m’empêcher de dire : « ne nous égarons pas en raisonnant sur de l’eau pure ».
Vanessa a ouvert cette discussion par :

Je tente de comprendre ce qu'il se passe lorsqu'on est en présence d'un air humide à haute température (125°C). Mes conditions sont les suivantes: pression 1.1 10^5 Pa, température 125°C, humidité relative (HR) comprise entre 40 et 100%.

Elle a parlé d’air humide, pas d’eau pure.
QUESTION 1 : Ai-je raison ou pas ?

-2) J’ai fait remarquer à Vanessa au #6 que la notion de HR s’appliquait en général à de l’air humide à la pression atmosphérique et pas à : 1,1 bar ; 125°C.
Mais je n’ai vu nulle part que la HR n’était définie que dans un domaine {Pression ; Température}.limité.
Je me suis donc permis d’intervenir dans sa discussion malgré le domaine inhabituel de 1,1 bar ; 125°C sur lequel elle voulait raisonner.
QUESTION 2 : Ai-je raison ou pas ?

-3) Ensuite au # 5 j’ai écrit :
Donc HR < 1,1 /2,4 x 100 Impossible d'aller au-delà (de ces 45,8%)
Explication :
A 125°C la pression saturante de l’eau est autour de 2,4 bars.
HR = (Pression Partielle Vapeur Eau/ Pression Saturante) *100
Donc :
HR = PPVE /2,4 * 100
Les limites que peuvent atteindre HR sont donc :

Limite basse : pour PPVE = 0
Donc HR basse = 0 ¨%
On n’a que de l’air dans l’enceinte, mais personne n’interdit de parler de HR. Cette notion a un sens.

Valeur intermédiaire : PPVE = 0,55 bar et pression partielle de l’air = 0,55 bar :
Donc HR = 0,55/2,4 * 100 = 22,9 % On peut parler de HR.

Limite haute : pour PPVE = 1,1 bar (soit PPVE = pression de l’enceinte, on ne peut aller au-delà. La vapeur d’eau occupe toute l’enceinte)
Donc HR = 1,1/2,4 * 100 = 45,8%
Mais il est vrai qu’il n’y a plus d’air du tout dans l’enceinte.
On reste conforme à la définition théorique de la HR, mais le résultat cela semble dénué d'intérêt pratique et ne correspond plus à la perception qu’on se fait habituellement de la HR.

Cependant, si Vanessa veut raisonner sur la HR à très forte température (c’est le titre de sa discussion), c’est son problème. Soit on refuse de l’aider, soit on le fait et on reste dans son domaine.
Je lui ai donc indiqué la valeur max de HR (limite théorique) dans le problème qu'elle essayait de comprendre.
QUESTION 3 : ai-je raison ou pas de lui indiquer cette valeur ?

Commentaire perso :
Je me suis toujours peu préoccupé de HR, même pour mon confort.
La notion de point de rosée me semble plus utile, déjà pour évaluer les risques de condensation sur les parties métalliques, dans mes garage, granges, grenier, par souci de protection des matériels contre l’oxydation (l’eau condensée étant très agressive).
De plus la notion de point de rosée reste, elle, communément utilisée, même aux valeurs de pression et température plus élevées que les conditions atmosphériques.

Merci d'avance de vos réponses à mes questions: 1, 2, 3.
Il est possible que je me trompe, je l’ai dit à plusieurs reprises dans mes posts. Mais j’aimerais savoir où.
Au revoir.

[LPFR]

Re.
Premièrement, je ne suis pas intervenu en tant que modérateur. Si ça avait été le cas, j’aurais écrit en vert.

Deuxièmement, il est vrai que l’humidité relative est définie par rapport à la pression saturante à la température donnée. Mais quand cette pression saturante est inaccessible, la notion d’humidité relative perd son sens.
A+

[SULREN]

Bonsoir,
Merci beaucoup de me conforter dans l’idée qu’il n’y a pas d’erreurs dans ce que j’ai écrit, y compris quand je veux faire comprendre à Vanessa que :
- dans les conditions de pression et de température qu’elle a affectées à l’échantillon dont elle se propose d'étudier le comportement,
- et avec la définition qu’elle a donnée de l’humidité relative, et qui n’est rien d'autre que la définition officielle, en tous cas à ma connaissance,

Elle a :

- implicitement écrit que l’humidité relative ne pouvait varier que de 0% à 45,8 %, quelles que soient les proportions de l’air et de l’eau dans l’échantillon,
- et que de ce fait l’humidité relative ne pouvait pas varier de 40% à 100%, comme elle l’avait aussi écrit dans la définition de son échantillon.

Mais je ne serais pas allé jusqu'à lui dire que l’humidité relative n’avait aucun sens dans son énoncé du problème, n’y trouvant rien d’incompatible avec la définition officielle de cette grandeur et ne voulant pas tomber dans les appréciations purement personnelles.
A+