Quelle est la température du bulbe humide?

La température du bulbe humide est cruciale pour la conception et le dimensionnement d'une tour de refroidissement. Une tour de refroidissement refroidit l'eau par évaporation à des températures inférieures à la température ambiante et proches de la température du bulbe humide. Mais qu'est-ce que la température du bulbe humide et comment la calculer?

Quelle est la température du bulbe humide?

La température du bulbe humide est la température la plus basse atteinte par l'évaporation adiabatique (= sans ajout de chaleur ou avec une enthalpie égale) de l'eau dans l'air jusqu'à ce que l'air soit saturé (l'humidité absolue augmente).

L'évaporation de l'eau nécessite de la chaleur. Si cette évaporation est adiabatique, la chaleur est extraite de l'environnement (l'air, par exemple), ce qui a pour effet de refroidir l'air et de le rendre plus humide. La même chose se produit lorsque nous sortons de la douche ou de la piscine. L'eau sur notre corps s'évapore, extrait la chaleur de notre corps et nous refroidit.

Comment mesure-t-on la température du bulbe humide?

La température du thermomètre mouillé peut être mesurée à l'aide d'un thermomètre dont le réservoir de mercure est contenu dans un bas de coton. Il est maintenu humide en le reliant à un réservoir d'eau à l'aide d'un fil de coton. Le thermomètre est placé dans un courant d'air. Comme l'eau s'évapore, de la chaleur est extraite de l'environnement, y compris du réservoir de mercure, et la température mesurée diminue. L'eau continue de s'évaporer jusqu'à ce que l'air soit saturé ; l'humidité relative est alors de 100 %. La température atteint un équilibre et c'est la température du bulbe humide. Lorsque l'air est sec, une plus grande quantité d'eau peut s'évaporer et la température du bulbe humide sera plus basse. Plus la différence entre la température du bulbe sec (ou la température normale) et la température du bulbe humide est grande, plus l'air est sec et plus l'eau peut s'évaporer.

Différence avec la température du point de rosée?

La température du bulbe humide n'est pas la même que la température du point de rosée. Le point de rosée est la température à laquelle la vapeur d'eau commence à se condenser en refroidissant l'air (baisse de l'enthalpie) sans ajout ni retrait d'humidité (l'humidité absolue reste constante). Le point de rosée est inférieur à la température du bulbe humide, qui est elle-même inférieure à la température du bulbe sec (si l'humidité relative est inférieure à 100 %).

Comment calculer la température du bulbe humide?

Nous pouvons donc conclure qu'il existe un lien entre la température sèche, la température humide, le point de rosée et l'humidité. Cette relation peut être illustrée à l'aide d'un diagramme psychrométrique.

• Les lignes noires verticales représentent la température sèche (°C).
• Les lignes noires horizontales représentent l'humidité absolue (kg/kg).
• Les lignes obliques violettes sont des lignes d'enthalpie égale (kJ/kg).
• Les lignes vertes incurvées représentent l'humidité relative (%).
  

Pour déterminer la température du thermomètre mouillé, il faut déterminer l'intersection entre la verticale de la température du thermomètre sec et la ligne courbe de l'humidité relative. À partir de là, on trace une parallèle aux lignes obliques d'enthalpie égale. À l'intersection de la ligne courbe de l'humidité relative de 100 %, vous pouvez lire la température sur l'axe horizontal.

Le point de rosée est déterminé en traçant une ligne horizontale à partir de l'intersection de la température verticale du bulbe sec et de la ligne courbe de l'humidité relative. À l'intersection de la ligne courbe de l'humidité relative de 100 %, vous pouvez lire la température sur l'axe horizontal.

Exemple : pour une température ambiante de 30°C et une humidité relative de 40%, la température du thermomètre mouillé est de 20°C et le point de rosée est de 15°C.

Comment appliquer la théorie de la température du bulbe humide dans le contexte des tours de refroidissement?

Le mécanisme de refroidissement d'une tour de refroidissement fonctionne, dans une faible mesure, par convection, au contact de l'eau chaude avec l'air plus froid. Le refroidissement est principalement obtenu par évaporation : une partie de l'eau s'évapore. La chaleur (énergie) nécessaire à l'évaporation est extraite de l'eau à refroidir (évaporation adiabatique). Cette évaporation sature d'eau l'air qui traverse la tour de refroidissement et augmente l'humidité relative de l'air. Cette évaporation permet de refroidir l'eau à des températures inférieures à la température ambiante et de s'approcher de la température du bulbe humide. C'est pourquoi la température du bulbe humide est si importante lors de la conception d'une tour de refroidissement.

Le dimensionnement d'une tour de refroidissement dépend d'une part de la puissance à évacuer (fonction de la différence de température et de débit) mais aussi de la distance limite de refroidissement (approche) entre la température de l'eau froide sortante et la température du bulbe humide. Plus la distance limite de refroidissement est faible, plus la tour de refroidissement doit être grande pour une même puissance de sortie. Ainsi, une tour de refroidissement pour une puissance de 500 kW avec une distance limite de refroidissement de 4° sera plus grande qu'une tour de refroidissement pour 500 kW avec une distance limite de refroidissement de 7°.

Température réelle du bulbe humide

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