Physique
chimie ; des économies d'énergie avérées dans les bâtiments, BTS FED
09/20.
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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.
TA = T1 = 293 K. TC
= T2 = 313 K. TB = 329 K. TD = 279 K.
pA = 2,0 bar. pB = 3,0 bar. Cp = 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 QAB, QBC, QCD et QDA
échangées.
QAB
=QCD
=0, adiabatiques.
QBC=Cp(TC-TB) =1,0
(313-329)= -16 kJ kg-1.
QDA =Cp(TA-TD)
=1,0 (293-279)= +14 kJ kg-1.
3. En déduire le
travail massique Wcycle.
Wcycle
+QAB +QCD
+QBC +QDA =0.
Wcycle =
-QBC - QDA =16-14=
2 kJ kg-1.
4. Montrer que
l'efficacité est e = 7.
e = QDA /
Wcycle = 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 : 3½Ueff Ieff cos 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.
Putile
=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 5ème
ligne du tableau.
|
Ca2+
|
Mg2+
|
Na+
+K+
|
Cl-
|
SO42-
|
HCO3-+CO32-
|
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.
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...
|
....
|
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 pA au point A est égale à
1,1 105 Pa avant la mise en route de la pompe.
pA = patm +reaugh
= 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.
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