Les acquis d'apprentissage visés par ce module sont :

- Maitriser les concepts de transfert thermiques à travers les parois
- Manier les concepts de base de la thermodynamique ( travail, chaleur, variables
d'état)
- Appliquer ces connaissances à l'étude des gaz parfaits
- Manier le premier et le second principe
- Appliquer ces connaissances à l'étude des machines thermiques

Les connaissances acquises sont mises en application dans le cadre d'un projet consistant à évaluer le bilan frigorifique d'une installation pour la conservation de denrées alimentaires.

Évaluation :

- Devoir sur table Thermodynamique (coefficient 1)
- Évaluation projet (coefficient 2) :
● Rapport technique (bilan thermique, modélisation, analyse, optimisation, dimensionnement)
● Soutenance orale (20 min), échange questions/réponses (10 min) et délibération et restitution

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Programme :

1. Calcul de la puissance frigorifique d’un local à réfrigérer

- Maîtriser les transferts de chaleur :
● Conduction : loi de Fourier, équation de la chaleur (Laplace), applications aux problèmes unidimensionnels sans production interne de chaleur, en géométries plane
● Convection : convection forcée et naturelle, coefficient d’échange par convection
● Rayonnement : rappel des lois physiques, rayonnement des corps noirs et des corps réels

- Déterminer les apports internes :
● des produits (à refroidir ou à congeler),
● respiratoires (provenant des produits végétaux),
● par les occupants, o par l’éclairage, o par dissipation d’équipements

- Déterminer les apports externes :
● par infiltration

- Réaliser le bilan thermique (estimer l’ensemble des apports et des déperditions énergétiques)

- Calculer la puissance frigorifique

2. Thermodynamique - Les fondamentaux

- Notions de base
● Domaines de la thermodynamique
● Systèmes thermodynamiques
● État et fonction d’état
● Transformations et cycles
● Propriétés thermodynamiques : pression, volume et température
● Équation d’état d’un gaz parfait

- Chaleur et travail
● Notions de chaleur et température
● Chaleur massique, capacité calorifique et chaleur latente
● Notion de travail
● Travail des forces de pression : Détente et compression d’un gaz parfait
● Calcul de travail sur des transformations isotherme, isobare, isochore et adiabatique réversible

- Premier principe de la thermodynamique
● Équilibre thermodynamique et bilan énergétique d’un système fermé
● Fonctions d’état d’énergie totale, énergie interne et enthalpie

- Deuxième principe de la thermodynamique
● Transformations réversibles et irréversibles
● Entropie
● Deuxième principe de la thermodynamique

- Machines Thermiques
● Cycles moteurs (moteurs thermiques) de machines diathermes
● Cycles récepteurs : cycle de Carnot et rendement des machines

3. Principe thermodynamique d’un système de production de froid par compression

- Lire et réaliser un schéma théorique d’une installation de production de froid
- Maîtriser le principe général de fonctionnement d’une installation de production de froid
- Maîtriser le rôle des éléments constitutifs et leur fonctionnement (fluide frigorigène (terminologie, catégories, réglementation, coûts …), compresseur, évaporateur, condenseur et détendeur)
- Représenter et analyser le cycle frigorifique mono-étagé sur le diagramme enthalpique d’un fluide frigorigène (dont la surchauffe, la désurchauffe et le sous-refroidissement)
- Utiliser un logiciel métier de type SOLKANE OU COOLPACK (logiciel gratuit)

4. Efficacité d’une installation frigorifique

- Déterminer le coefficient de performance (COP)
- Analyser l’effet de la température d'évaporation ou de condensation sur le COP

5. Dimensionnement d’une installation mono-étagée

- Déterminer l’ensemble des paramètres nécessaires à la conception d’une installation de production de froid
- Dimensionner une installation en prenant en compte les facteurs d’efficacité
- Calculer les puissances et paramètres de fonctionnement de chacun des éléments constitutifs d’une installation de production de froid

6. Analyse critique et prise de recul sur une installation mono-étagée

- Analyser de manière critique l’installation au regard des aspects réglementaires, écologiques, économiques, techniques …