Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Ressources pédagogiques pour les professeurs de filière STI2D

Avertissement

Cette page a pour objet de proposer aux professeurs de filière STI2D un certain nombre de ressources pédagogiques destinées à les aider à utiliser Thermoptim dans leurs enseignements.

La réforme des lycées venant à peine de prendre effet, nous manquons encore de recul pour être certain que ces ressources conviennent bien, aussi actualiserons nous régulièrement son contenu.

Si vous avez des demandes ou suggestions, n'hésitez pas à nous contacter en adressant un courriel à info-th@thermoptim.org.

Cycle de la pompe à chaleur

L'étude d'une pompe à chaleur étant au programme, nous avons rédigé un petit guide destiné à proposer une présentation aussi allégée que possible du cycle de la pompe à chaleur utilisant un fluide thermodynamique pur (le R134a).

Cette présentation est basée sur de nombreuses discussions sur la pédagogie de la thermodynamique appliquée, avec des enseignants de tous niveaux, en formation initiale aussi bien que professionnelle, notamment dans les écoles de la Marine Nationale et de la Marine Marchande.

Elle constitue une version limitée aux aspects relatifs aux pompes à chaleur de la Présentation pédagogique allégée des cycles thermodynamiques élémentaires disponible dans le portail.

Ce guide compléte la fiche thématique qui est consacrée aux pompes à chaleur.

Le très grand intérêt que présente une pompe à chaleur pour chauffer des locaux est qu'au prix d'un travail mécanique de compression modéré, elle permet de fournir à moyenne température une énergie de chauffage plusieurs fois plus importante. Elle permet donc de valoriser l'énergie électrique de bien meilleure manière que le chauffage électrique par effet Joule.

La modélisation dans Thermoptim d'une telle machine ne pose pas de problème particulier : il s'agit d'une variante du cycle de réfrigération simple.

Une fois que l'on dispose d'un modèle de pompe à chaleur réalisé dans Thermoptim, l'une des difficultés est toutefois de savoir comment le reparamétrer quand la température extérieure varie. Une page du portail explique comment le faire.

Un certain nombre de lycées s'étant équipé d'une pompe à chaleur utilisant comme fluide un mélange de deux réfrigérants, le R410A, nous avons aussi préparé une petite note expliquant comment modéliser un tel cycle avec Thermoptim.

Vous trouverez ci-dessous des liens vers ces documents et une archive contenant les fichiers de projet et de schéma utilisés pour les différents exemples.

PresPAC2.pdf

PresPAC_R410A.pdf

modeles_PAC.zip

Notions fondamentales

Nous vous recommandons de consulter la page sur les Notions fondamentales et l'approche qualitative des principes de la thermodynamique , qui peut servir de toile de fond pour les explications à fournir aux lycéens sur les transferts et conversion d'énergie qui prennent place dans les systèmes énergétiques.

Evolutions élémentaires

Des petits exercices de simulation des évolutions subies par un fluide thermodynamique dans les composants constitutifs de la pompe à chaleur (échanges de chaleur, compressions, détente isenthalpique) peuvent très facilement être effectués avec Thermoptim, et donner lieu à visualisation dans le diagrammes (h, ln(P)) dit des frigoristes : il suffit de créer un composant dans l'éditeur de schémas, de définir ses points d'entrée et de sortie, puis de les transférer dans le simulateur et de les paramétrer.

Les énergies mises en jeu apparaissent clairement, et, en transférant ces points depuis le simulateur dans le diagramme approprié, les points amont et aval peuvent être affichés. Grâce à l'éditeur des points de cycle, on peut ensuite insérer des points intermédiaires, ce qui permet de représenter l'évolution subie par le fluide.

L'archive ci-dessous contient quelques fichiers de projet et de schéma correspondant à ces composants (compresseur, condenseur, détendeur). Nous avons aussi ajouté dans l'archive un modèle du condenseur en représentant les échangeurs de chaleur avec le circuit de chauffage, ce qui permet de visualiser l'échauffement de l'eau.

EvolElemPAC.zip

Animation relative à un réfrigérateur

Une pompe à chaleur étant une simple variante d'une machine de réfrigération, l'animation Voyage au cœur d'un réfrigérateur réalisée par Paraschool afin d'expliquer le fonctionnement d'un réfrigérateur constitue une ressource pédagogique qui intéresser les professeurs de STI2D.

copyright R. Gicquel v2019.4

Réalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)