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Auteur(s)
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Bernard CLAUDEL : Professeur au département de Génie énergétique de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA)
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Le but de cet article est de donner les bases sur lesquelles se fondent les propriétés thermodynamiques des fluides et les applications pratiques qui en découlent. Un premier paragraphe rappelle les trois principes de la thermodynamique macroscopique, ainsi que les définitions des grandeurs fondamentales caractérisant un système soit à constituant unique, soit à constituants multiples.
Mais la thermodynamique macroscopique est un cadre vide pour l’étude de la matière. En particulier, elle ne dit rien sur les équations d’état des constituants du système. C’est pourquoi le paragraphe suivant traite de ces équations d’état, pour le gaz parfait et pour le fluide réel. Un modèle microscopique de l’état gazeux est brièvement introduit, afin de montrer qu’il permet, dans son domaine de validité, d’évaluer de nombreuses grandeurs utiles, comme les capacités thermiques.
Sont ensuite abordés les changements d’état d’un fluide, donc les transformations gaz-liquide pour un corps pur et pour un système à composants multiples (solution idéale et solution réelle), avec présentation des diagrammes qui permettent une description commode, qualitative et quantitative, de ces changements d’état.
Deux systèmes multicomposants particuliers font l’objet d’une étude spéciale, en raison de leur importance pratique : l’air humide et les fumées.
Enfin, des indications sont fournies sur les sources de données et les méthodes d’estimation des grandeurs qui entrent dans les multiples applications des considérations générales développées dans cet article.
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Sources de données et estimation des grandeurs thermodynamiques
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5. Systèmes multicomposants particuliers
5.1 L’air humide
L’air sec est un mélange de différents composants, dont les proportions volumiques peuvent être considérées comme invariables :
-
N2 = 78,09 % ;
-
O2 = 20,95 % ;
-
Ar = 0,93 % ;
-
CO2 = 0,03 %.
À cette invariance de composition correspond une masse molaire moyenne M a = 28,96 g · mol –1, l’air sec pouvant donc être considéré comme un constituant unique ayant une masse molaire M a . Nous supposons dans la suite que la pression totale P n’étant pas trop élevée, la loi des gaz parfaits est applicable à l’air humide comme à l’air sec. Les pressions partielles respectives de l’air sec Pa et de l’eau P w dans un air humide seront donc :
Nous admettrons le résultat expérimental suivant : dans un mélange d’un gaz permanent (ici l’air) et d’une vapeur (ici l’eau) la condensation isotherme de la vapeur a lieu lorsque sa pression partielle P w est au moins égale à la pression de vapeur saturante
à la température fixée.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Thermodynamique macroscopique. - A223, traité sciences fondamentales, Techniques de l’Ingénieur, fév. 1978.
-
(2) - LIDE (D.R.) - Handbook of Chemistry and Physics. - , Ed. The Chemical Rubber Co (1993).
-
(3) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), SHERWOOD (T.K.), POLING (B.E.) - The Properties of Gases and liquids. - 4th Ed., McGraw Hill (1987).
-
(4) - DYMOND (J.H.), SMITH (E.B.) - The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures. - Clarendon Press Oxford (1980).
-
(5) - NELSON (L.C.), OBERT (O.F.) - * - Trans ASME, 76, 1057 (1954).
-
(6) - VIDAL (J.) - Thermodynamique. Méthodes appliquées au raffinage et au Génie chimique. - T. 1, p. 247, Éditions Technip (1973).
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...
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