Le chauffe eau solaire : Bac Sti2d ( biotechnologies) Antilles 2013



Citer la fonction principale de l'absorbeur ?
L'absorbeur capte le rayonnement infrarouge émis par la lumière solaire.
Quel est le rôle du vitrage situé à l'extrémité du panneau ? A quel phénomène naturel cela fait-il penser ?
Le rayonnement infrarouge est piégé par la vitre. Cela fait penser à l'effet de serre.
Pourquoi ajoute-t-on du glycol dans l'eau du fluide caloporteur ?
Le glycol joue le rôle d'antigel.
Indiquer quel mode de  transfert d'énergie intervient :
énergie  rayonnante entre le soleil et l'absorbeur ; transfert par conduction entre le fluide caloporteur et l'eau chaude sanitaire ; transfert par convexion dans le ballon d'eau chaude.
Compléter la chaîne énergétique suivante :

On désire disposer d'eau chaude à une température voisine de 40°C. Il existe trois types de capteurs.
Quels sont les deux types de capteurs à privilégier ? Dégager les inconvénients de deux types de chauffe-eau.
 
Le capteur plan et le capteur sous vide assurent un bon rendement, contrairement au capteur sans vitre.
Le chauffe-solaire en thermosiphon fonctionne sans pompe, sans régulateur  ( sans électricité ), il est moins cher et nécessite peu de maintennce. En revanche, le ballon doit être placé au dessus des capteurs.
Le chauffe-eau solaire en circulation forcée coût plus cher, nécessite davantage de maintenance. Par contre le ballon peut être situé à n'importe quel endroit et son rendement est meilleur en cas de faible ensoleillement.
Le bateau ne disposant pas d'électricité pour cet usage, quel chauffe-eau solaire faut-il choisir ?
Le chauffe-solaire en thermosiphon fonctionne sans électricité.
Quelle est la contrainte technique à prendre en compte ?
Le ballon doit être situé au dessus du capteur.



Quelle inclinaison du panneau par rapport aux rayons du soleil offre une exposition aux rayonnements optimale pour le mois de février ? 55 °.
A quoi correspond la valeur " 3440" associée à la grandeur Hopt ?
Unité de Hopt : Wh m-2 jour-1.
Il s'agit de l'énergie produite en un jour par un mètre carré de panneau.
Dans les conditions optimales, en février, un mètre carré de panneau peut fournir une énergie Q = 1,03 103 Wh par jour. Calculer le rendement d'un tel panneau.
Hopt / Q =
1,03 103 /3440 =0,30 ( 30 %).
On souhaite élever la température de l'eau du ballon de Dq=30° dans les conditions envisagées ci-dessus.
Q = m1 ceau Dq avec ceau = 4,18 103 J kg-1 °C-1.
Exprimer Q en joule.
1 Wh = 3600 J ; Q =
1,03 103 *3600 =3,71 106 J.
Calculer m1, masse d'eau pouvant être chauffée par un panneau de 1 m2.
m1  = Q /(
ceau Dq) =3,71 106 /(4,18 103*30)=29,6 kg.
4 m2 de panneaux peuvent être installés. Quel est le volume maximum du ballon d'eau chaude ?
29,6*4 ~118 kg d'eau soit 118 L ou 0,118 m3.

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Le chauffe-eau a été dimensionné pour une utilisation en hiver. L'eau risquant d'être trop chaude en été, on décide d'installer un avertisseur de dépassement de température : thermistance et amplificateur opérationnel fonctionnant en comparateur. Une thermistance est un dipole résistif dont la valeur varie avec la température.
  Quelles sont les grandeurs d'entrée et de sortie de ce capteur ? Est-ce un capteur passif ou actif ? Justifier.
Un capteur résistif est passif, la puissance comsommée est uniquement de la puissance joule.
Entrée : température ; sortie : résistance.
Proposer un protocole permettant d'étalonner la thermistance en fonction de la température.
Un récipient contenant de l'eau froide est placé sur une plaque chauffante. Un thermomètre mesure la température de cette eau. Plongée la thermistance, reliée à un ohmètre, dans cette eau.
Noter la valeur de la résistance pour différentes températures.
Compléter la troisième ligne du tableau.
q (°C) 5 15 35 50 70
R(ohm) 8,34 103 6,25 103 4,24 103 3,45 103 2,74 103
1/R( ohm-1) 1,19 10-4 1,6 10-4 2,36 10-4 2,9 10-4 3,65 10-4
Tracer le graphe  représentant l'inverse de la résistance en fonction de la température et déterminer la valeur de la résistance à 25°C.








 



  

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