Physique chimie ; des économies d'énergie avérés dans les bâtiments, BTS FED 09/20.

Physique chimie ; des économies d'énergie avérées dans les bâtiments, BTS FED 09/20.

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.

.. ..

.
.

.. ..
......

...
A. Machine frigorifique théorique air - air.
Cette machine doit permettre de maintenir dans le magasin une température théorique constante T₁.

Le fluide est assimilable à un gaz parfait et toutes les transformations sont réversibles. Il décrit la cycle suivant :
De A vers B : compression adiabatique.
De B vers C : refroidissement isobare.
De C vers D : détente adiabatique.
De D vers A : réchauffement isobare.
T_A = T₁ = 293 K. T_C = T₂ = 313 K. T_B = 329 K. T_D = 279 K.
p_A = 2,0 bar. p_B = 3,0 bar. C_p = 1,0 kJ kg^-1 K^-1.
1. Placer les points A, B, C et D sur le cycle.

2. Déterminer les quantités de chaleur massiques Q_AB, Q_BC, Q_CD et Q_DA échangées.
Q_AB =Q_CD =0, adiabatiques.
Q_BC=C_p(T_C-T_B) =1,0 (313-329)= -16 kJ kg^-1.
Q_DA =C_p(T_A-T_D) =1,0 (293-279)= +14 kJ kg^-1.
3. En déduire le travail massique W_cycle.
W_cycle +Q_AB +Q_CD +Q_BC+Q_DA =0.
W_cycle = -Q_BC-Q_DA =16-14= 2 kJ kg^-1. 4. Montrer que l'efficacité est e = 7.
e = Q_DA / W_cycle = 14 / 2 = 7.

B. Rendement du moteur du compresseur.
Le moteur est alimenté par un réseau triphasé équilibré 230 / 400 V - 50 Hz.
1. Déterminer le couplage des enroulements du moteur du compresseur à effectuer.
La tension maximale que peut supporter un enroulement correspond à la plus petite des tensions indiquées sur la plaque signalétique.
La tension aux bornes de chaque enroulement doit être égale à 230 V, donc montage étoile.
2. Représenter le couplage à effectuer.

3. Vérifier que le rendement est égal à 0,69 en régime nominal.
Puissance utile : 0,75 kW.
Puissance absorbée : 3^½U_eff I_effcos f =1,732 x400 x1,9 x0,83 =1,09 kW.
Rendement : Puissance utile / Puissance absorbée =0,75 / 1,09 ~0,69 ( 69 %).
4. Proposer une démarche expérimentale qui permettrait de vérifier la valeur du rendement.
Au cours d'un essai sur le banc de ce moteur seul, on relève le couple utile M et la fréquence de rotation n. La mesure du couple est effectuée avec un couplemètre numérique.
Calculer la puissance utile développée par le moteur au cours de cet essai.
n / 60 Hz ( tours /seconde ) ; w = 2 p n rad/s.
P_utile =M w .
Connaissant lapuissance électrique délivrée par l'alimentation et la puissance utile on en déduit le rendement.

C. Chauffe eau solaire individuel ( CESI).
On donne le schéma de principe du chauffe-eau.

1. .Citer le mode de transfert d'énergie thermique intervenant au niveau de chacun des éléments suivants :
- le capteur solaire : rayonnement ;
- l'échangeur thermique : conduction, convection ;
- le ballon de stockage : conduction, convection ;
2. Analyse de l'eau.
L'eau est issue d'un puits.
2.1. Proposer un protocole expérimental permettant de déterminer le Titre Alcalimétrique Complet ( T.A.C) de l'eau du puits.
Introduire dans un erlenmeyer de 250 mL : 100 mL d'eau à analyser et quelques gouttes de vert de bromocrésol.
Introduire dans la burette la solution d'acide chlorhydrique à 0,020 mol/ L.
Réaliser le dosage.
T.A.C = volume ( mL) d'acide versé à l'équivalence.
2.2 Compléter le schéma du montage.

3.1 Compléter la 5^ème ligne du tableau.

Ca²⁺
Mg²⁺
Na⁺ +K⁺
Cl^-
SO₄^2-
HCO₃^-+CO₃^2-

Oct 2007
120
17
22
40
75
300

Fev 2010
120
18
22
48
69
300

Oct 2013
110
17
28
45
70
300

Fev 2016
110
20
24
43
70
300

Moyenne
115
18
24
44
71
300

Exemple de calcul : Ca²⁺ : (120 +120 +110 +x) / 4 = 115 ; 350+x = 4 *115 =460 ; x =460-350 =110.
3.2. Vérifier que le TH moyen est égal à environ 36°f
Un degré correspond à une concentration molaire totale en ions Mg²⁺ et Ca²⁺ de 1,0 10^-4 mol / L.
300 mg / L correspondent à 5 mmol / L soit 50 10^-4 mol / L.
TH = 50°f.
3.3. Conclure sur la nature de l'eau.
50 °f > 45 °F, l'eau est très dure.
4. Proposer une solution pour protéger l'installation.
Mettre un adouciceur d'eau en amont de l'installation.

...

....

Fonctionnement de la pompe.
Une pompe est installée au fond du puits ( entrée de la pompe point A, sortie de la pompe point B) relève l'eau jusqu'à un réservoir ( point C).
Débit de la pompe : 7,2 m³ / h. Section du tube de refoulement BC = 7,0 cm².
1. Déterminer la vitesse de refoulement en B.
Débit ( m³ / s ) = vitesse ( m /s) fois section ( m²).
v = (7,2 / 3600) / (7 10^-4) =2,857 ~2,9 m /s.
2. La bouche d'aspiration de la pompe est situé au point A en moyenne 1,0 m en dessous de la surface de l'eau du puits.
Montrer que la pression absolue p_A au point A est égale à 1,1 10⁵ Pa avant la mise en route de la pompe.
p_A = p_atm +r_eaugh = 1,0 10⁵ +1000 x9,8 x1 ~ 1,1 10⁵ Pa.
2.b Calculer la probabilité que la durée de fonctionnement entre deux pannes soit supérieure à trois semaines.
p(T > 3 ) =e^-3l =e^-1,5 ~0,223.
3.1 Afin de couper l'alimentation électrique de la pompe en cas de manque d'eau, un capteur de pression est installé en sortie de pompe.
3.1. Déduire :
- le type de pression mesurée : mesure de pression relative ;
- la gamme de pression mesurée :0 à 50 bar ;
- la gamme du signal de sortie : 4 à 20 mA ; 0 à 5 V DC ; 0 à 10 V DC.
3.2. Proposer une stratégie expérimentale permettant de vérifier la linéarité du capteur.
Plonger le capteur de pression à différentes profondeur dans l'eau.
Tracer la courbe de la pression relative en fonction de la profondeur.

menu