Programme des cours 2016-2017
ATTENTION : version 2015-2016 de l'engagement pédagogique
MECA0512-1  
Thermodynamique et machines thermiques : applications au secteur bâtiment
Durée :
30h Th, 30h Pr
Nombre de crédits :
Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil architecte4
Nom du professeur :
Vincent Lemort
Langue(s) de l'unité d'enseignement :
Langue française
Organisation et évaluation :
Enseignement au deuxième quadrimestre
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement :
Le cours abordera tout d'abord les notions de système (ouvert et fermé), de grandeurs thermodynamiques (température, pression, volume spécifique, énergie interne, etc.), d'état thermodynamique et de procédé. La première loi de la thermodynamique sera ensuite introduite. On décrira les différents modes de transferts de l'énergie (notamment les transferts par chaleur et par travail). On apprendra à exprimer un bilan énergétique sur un système fermé et sur un cycle. La caractérisation de l'état d'un fluide ou d'un mélange sera abordée : lecture des diagrammes thermodynamiques, description des états solide, liquide et gazeux, utilisation du modèle du gaz idéal, description des changements de phase.
Les concepts de conservation de la masse et de l'énergie seront appliqués à l'étude des volumes de contrôle. Les systèmes étudiés trouveront une application dans le domaine des bâtiments : systèmes de stockage thermique (chaleur/froid), échangeurs de chaleur (radiateurs, collecteurs solaires), pompes et compresseurs, etc. Le second principe de la thermodynamique sera introduit, en se basant sur les définitions de processus réversibles et irréversibles, et appliqué à l'étude des cycles thermodynamiques. On définira l'entropie d'un système et l'efficacité isentropique d'un procédé. Finalement, on abordera la notion d'exergue.
Les principaux cycles thermodynamiques seront étudiés (cycles à compression de vapeur (Rankine et cycle frigorifique), Brayton-Joule, Stirling, Otto, Diesel, etc.) et les machines et les systèmes thermiques qui les décrivent seront décrites. L'étude de ces cycles exploitera les premiers et second principes de la thermodynamique. Une fois de plus, les machines et systèmes thermiques abordés dans le cours trouveront une application dans le domaine des bâtiments (machines frigorifiques et pompes à chaleur à compression de vapeur, machines trithermes (climatisation solaire et trigénération), moteurs à combustion interne pour la petite et moyenne cogénération).
Enfin, le cours couvrira l'étude de la psychrométrie : caractérisation de l'air humide (humidité spécifique, humidité relative, température de rosée, température humide), utilisation des diagrammes psychrométriques, étude des procédés de conditionnement d'air (dont les procédés d'humidification et déshumidification, les mélanges de flux d'air humides), et le fonctionnement d'une tour de refroidissement.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement :
L'objectif de ce cours est de donner une formation de base à des ingénieurs non encore spécialisés en insistant sur les aspects pratiques et les possibilités d'application directe au secteur des bâtiments. A l'issue du cours, l'étudiant sera capable d'évaluer les performances d'une machine ou d'un système thermique en exploitant les notions de bilan énergétique et entropique. Lors de l'étude de ces systèmes, c'est le point de vue de l'utilisateur qui est pris en compte.
Savoirs et compétences prérequis :
Notions de base en thermodynamique générale, mécanique des fluides, transfert de chaleur et emploi des combustibles. Le cours rappellera brièvement les notions de base de la thermodynamique générale mais portera essentiellement sur les applications pratiques.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Le cours consistera en 12 séances de 4 heures. Chaque séance comportera un exposé ex-cathedra de 2 heures directement illustré par une séance de 2 heures d'exercices sur ordinateurs.
Les énoncés d'exercices sont distribués en début de séance aux étudiants et résolus au moyen du logiciel "EES" (Engineering Equations Solver). Le Répétiteur résout lui-même les exercices en même temps que les étudiants et ses calculs sont présentés en direct au moyen d'un projecteur LCD. Après la séance, les fichiers de calcul sont transmis par email à tous les étudiants.
Le cours est aussi illustré par 1 séance de laboratoires qui donne l'occasion aux étudiants d'appliquer la notion de bilans énergétiques à des systèmes réels. Les laboratoires seront définis en fonction des projets de recherche en cours au laboratoire de thermodynamique. Il pourra s'agir de l'étude d'un compresseur, d'une chaudière, d'une pompe à chaleur, d'un climatiseur résidentiel, etc. Avant la date de l'examen, l'étudiant devra remettre un rapport décrivant le banc d'essais étudié, les mesures réalisées, leur analyse, le modèle de simulation de la machine thermique développé par l'étudiant et sa validation sur base des données expérimentales.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Cours en présentiel
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Des notes de cours sont disponibles. Elles font l'objet d'une révision annuelle et sont distribuées aux étudiants en fascicules séparés (et/ou en fichiers PDF) au fur et à mesure de l'avancement du cours.
Modalités d'évaluation et critères :
L'examen consiste en une question de théorie (3 points sur 20) et deux exercices (7 points sur 20 par exercice). La question de théorie est préparée par écrit et défendue oralement. Les deux exercices seront résolus sur ordinateur (au moyen du logiciel EES) et feront l'objet d'une discussion. Les étudiants ne disposent pas des notes de cours pour résoudre les exercices. Le rapport sur la séance de laboratoire comptera pour 3 points sur 20).
L'évaluation en seconde session est identique à celle en première session.
Stage(s) :
Remarques organisationnelles :
Contacts :
Vincent Lemort Thermodynamics and Energetics Laboratory University of Liège Campus du Sart Tilman, B49 B-4000 Liège, Belgiquewww.labothap.ulg.ac.be Tel: +32 4 366 48 01 Tel Secretariat: +32 4 366 48 00