Objectifs pédagogiques détaillés du cours Systèmes Energétiques
Ce document précise les différentes catégories de connaissances que vous devriez avoir acquises à l'issue du cours Systèmes Energétiques, c'est-à-dire d'une part des savoirs, en distinguant ce qui doit être parfaitement mémorisé de ce qui doit être simplement compris, d'autre part des savoir-faire, et enfin des aptitudes en matière d'analyse et de synthèse. Vous tirerez le meilleur parti de ce cours si vous suivez les recommandations données ici.
La formule pédagogique retenue vous laisse une grande initiative : vous travaillez aux moments qui vous conviennent le mieux, avec un emploi du temps très libre. N'oubliez cependant pas que la charge de travail reste conséquente car le champ couvert par cet enseignement est large. Ne prenez pas de retard, faute de quoi vous aurez des difficultés au cours des dernières semaines pour dégager le temps nécessaire pour tout étudier.
Mémorisation
Le parti pris pédagogique dans cet enseignement étant de minimiser le recours aux équations, il est souhaitable que vous maîtrisiez parfaitement celles qui sont maintenues (essentiellement celles qui permettent d'établir les bilans conservatifs), ainsi que les outils vous permettant de raisonner qualitativement sur les différentes technologies de conversion de l'énergie (TCE), comme par exemple les diagrammes thermodynamiques qui ont dans ce contexte une grande importance.
Vous devriez terminer le cours en ayant parfaitement mémorisé les savoirs suivants :
le vocabulaire et les concepts de base de la thermodynamique
les propriétés thermodynamiques des fluides (sur le plan qualitatif), et leur correspondance dans les différentes zones des diagrammes
les allures des isovaleurs dans les diagrammes
le premier principe, les fonctions h, W, Q, ð, l'établissement des bilans énergétiques
l'architecture des exemples de base, leurs ordres de grandeur de dimensionnement
la forme des cycles de ces exemples, au moins dans les diagrammes (T, s) et (h, log P)
les écarts (qualitatifs) des cycles des exemples par rapport au cycle de Carnot, c'est-à-dire l'analyse qualitative de leurs sources d'irréversibilité
les principales contraintes technologiques rencontrées dans les exemples
Compréhension
Il est souhaitable que vous compreniez parfaitement (sinon que vous mémorisiez) les exemples de base et que vous soyez capables de modéliser des installations relativement simples pour les dimensionner ou en effectuer un audit. Cela suppose une bonne compréhension des évolutions subies par les fluides dans les composants monofonctionnels mis en œuvre dans ces exemples.
Plus précisément, vous devriez bien comprendre :
la typologie et les principes de calcul des composants monofonctionnels (y compris leurs caractéristiques technologiques)
pour chaque exemple, l'origine des irréversibilités et les axes d'amélioration
les principes de calcul des échangeurs, en dimensionnement et en non-nominal
la forme des cycles des exemples dans les diagrammes (h, s), (xh, h) et (xh, s)
l'influence des principaux paramètres constructifs sur les performances des principales TCE
l'influence des principales sollicitations externes sur les performances des principales TCE
l'impact environnemental des principales TCE
les principes d'établissement des bilans exergétiques
Savoir-faire
Les savoir-faire suivants découlent des objectifs présentés ci-dessus :
pouvoir paramétrer un modèle relativement simple dans Thermoptim et en calculer les performances
savoir tracer son cycle dans les diagrammes pertinents et vérifier sa cohérence
savoir dimensionner un échangeur de chaleur
savoir rechercher dans la documentation technique les caractéristiques technologiques des composants monofonctionnels
savoir recalculer à partir d'une feuille de calcul prédéfinie le bilan exergétique d'un des exemples pour un paramétrage différent
Capacités d'analyse et de synthèse
Enfin, vous développerez vos capacités d'analyse et de synthèse dans le cadre du projet, en mettant en application l'ensemble des savoirs acquis, pour :
savoir analyser un schéma d'installation industrielle relativement simple et proposer, sur la base d'hypothèses clairement explicitées, un modèle permettant de le représenter (par exemple un schéma Thermoptim), si nécessaire en demandant conseil à l'enseignant
savoir quelles caractéristiques technologiques rechercher dans la documentation technique disponible
après élaboration et paramétrage d'un modèle, pouvoir proposer des pistes d'amélioration des performances
Les quatre exemples de base qui sont évoqués ici sont les machines frigorifiques, les centrales à vapeur, les turbines à gaz et les moteurs alternatifs à combustion interne.
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R. Gicquel