V Bourdin, Ivan Delbende 2012 Epreuve d’énergies

Avant-propos Ce support de ours s’adresse aux étudiants des I S E T du niveau L2 - Semestre 2 du département Génie électrique Il a pour but : d’initier les étudiants aux notions de base des installations industrielles

V Bourdin, Ivan Delbende 2012 Epreuve d’énergies

1 Pompe à chaleur, choix d’un système de chauffage 1 Sur le diagramme, fourni en annexe, on a représenté le cycle d’une pompe à chaleur (PAC) : dans un tableau indiquez pour chaque organe (évaporateur, compresseur, condenseur et détendeur) les propriétés (T, p, enthalpie h) et l’état du fluide à sa sortie 2

Titre Corrigé TD Nutrition-alimentation Technologies et

exercices suivants : course, ronde, tricycle, parcours de motricité, exercices en chan-son – Course, ronde : muscles des jambes et abdomen – Tricycle et parcours de motricité : muscles des jambes – Exercices en chanson : muscles des jambes, bras, et abdomen 3 Nommez les deux types de muscles présents dans notre organisme

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CONDITIONS GÉNÉRALES D’UTILISATION DU PROGRAMME DE FIDÉLITÉ

d’identité en cours de validité peut être demandée e Consultation du nombre de points et de bon(s) d’achat acquis Le nombre de points et de bon(s) d’achat acquis seront consultables dans la rubrique « Mon compte » sur le Site Internet, ou aux services Relation Clientèle des Magasins ou en appelant le 09 69 39 75

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année -énergies renouvelables - efficacité

énergétique

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Ivan Delbende

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Examen du

21
/03/12 - 14h-17h - bât. 337, salle 3

Durée

, dont conseillé : 1h pour la partie " éolienne », et 2h pour " solaire- efficacité ».

Répartissez votre temps entre les deux parties. Les exercices sont indépendants.

Tous documents,

cours, TD, notes et ouvrages personnels autorisés.

Calculatrice autorisée.

S'il vous semble qu'une donnée est manquante, faites une hypothèse et indiquez la sur votre copie. Il ne sera pas répondu aux questions pour maintenir l'égalité entre tous.

Attention : Les parties " éolien » et " solaire thermique - efficacité énergétique » seront

traitées sur des feuilles indépendantes. Bon courage. Rappel : capacité thermique isobare moyenne de l'eau liquide ; c p = 4185 J/kg.K

1. Pompe à chaleur, choix d'un système de chauffage 1. Sur le diagramme, fourni en annexe, on a représenté le cycle d'une pompe à chaleur

(PAC) : dans un tableau indiquez pour chaque organe (évaporateur, compresseur, condenseur et détendeur) les propriétés (T, p, enthalpie h) et l'état du fluide à sa sortie. 2. Que peut-on dire des étapes de condensation et d'évaporation ? De la détente ? 3. A quoi voit-on que le fluide est légèrement zéotrope ? 4.

Que vaut le COP du cycle

5. Sur une période d'une heure et demie, on mesure une consommation de la PAC égale

à 2,7

kWh électrique, et on peut évaluer la puissance thermique cédée au logement à

7,4 kW. Que vaut le COP global du système de chauffage ?

6. Quels faits peuvent expliquer la différence avec le COP du cycle ? 7. D'après les données du tableau ci-dessous comparez le bilan carbone lié à cette période d'une heure et demi de fonctionnement de la PAC avec celui d'une chaudière

à gaz moyenne.

Commentez votre résultat.

(Information extraite de http://fr.wikipedia.org/wiki/Contenu_CO2#cite_note-12) Les consommations sont des ordres de grandeur pour un logement demandant 10 MWh thermique utile pour le chau ffage, les rendements sont issu s de la méthode réglementaire française du

diagnostic de performance énergétique. Le contenu marginal de l'électricité proposé par

l'ADEME et RTE est utilisé dans ce cas. Exemple de comparaison des émissions de gaz à effet de serre des chauffages en maison Solution

énergétique

Besoin

énergétique

(kWh/an)

Consommation

(kWh PCI/an)

Contenu CO

2 (gCO 2eq /kWh)

Émissions de

CO 2 annuelles (tCO 2eq /an)

Chauffage

électrique à effet

joule

10 000 10 000 500-600 5-6

Chaudière fioul 10 000 11 000 300 3,3

Chaudière gaz 10 000 10 500 234 2,4

Pompe à chaleur

électrique

10 000 4 000 500-600 2-2,4

Chaudière bois 10 000 14 000 13 0,2

Université Paris-Sud Orsay - Master PAM spécialité PIE 2

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2. Insolation et production thermique d'un capteur plan

Le système est situé à 44° de latitude nord, et nous étudions la situation au solstice d'été (vers le 21

juin) à midi " temps solaire vrai ». Un capteur plan sans vitrage est situé sur un plan dégagé (sans

obstacle) supposé uniforme, parfaitement diffusant et de coefficient de réflexion pour le rayonnement solaire égal à = 0,2. Le capteur mesure 2m dans la direction horizontale et 1m dans la direction perpendiculaire. Il est incliné de s = 45° et orienté avec un azimut nul ( = 0).

1. Que vaut la densité de flux extra-terrestre E

0 (mesurée dans une section droite du faisceau issu du Soleil) ?

2. On suppose que la transmission de l'atmosphère pour le rayonnement direct vaut

s = 0,61, et que 15% du rayonnement incident sur l'atmosphère est transmis sous forme diffuse jusqu'au sol (on pourra noter d = 0,15). Le capteur n'échange par rayonnement qu'avec le sol et la voûte céleste. On considérera un facteur de forme entre le capteur et la voûte céleste égal à F cc = 0,68. Calculer l'éclairement direct, l'éclairement diffus venant du ciel, l'éclairement diffus venant sol et l'éclairement global à la surface du panneau solaire.

3. Dans quel sens évoluerait cet éclairement si on augmentait l'inclinaison s ? Justifiez votre

réponse par un raisonnement.

4. Le panneau ne comporte pas de vitrage, mais une surface sélective ayant un coefficient

d'absorption pour le rayonnement solaire égal à S = 0,91 et une émissivité dans l'infrarouge moyen ir = 0,5. On rappelle que l'absorptivité est égale à l'émissivité dans chaque bande de longueur d'onde. La température ambiante est égale à T a = 35°C et on considérera que l'ensemble du milieu extérieur rayonne comme un corps noir à T e = 300K. La face arrière est suffisamment isolée pour qu'on puisse négliger les déperditi ons arrière. Le coefficient d'échange par convection en face avant sera pris égal à h = 15 W/m².K. Une certaine puissance utile Pu [W] est prélevée par un circuit caloporteur cheminant sous la face du panneau. Ecrire l'équation de bilan thermique. avec T m = (T a +T b )/2 la moyenne arithmétique des températures, à condition que ((T a -T b )/T m 2 soit petit devant 1.

6. Même si vous ne l'avez pas démontrée, utiliser la formule ci-dessus (question 5) pour

linéariser le bilan du capteur en

T = (T

c -T e ). En partant d'une valeur initiale de T c raisonnable pour calculer T m , déduisez -en par itérations une valeur approchée de T c pour une puissance P u

nulle. N'allez pas au-delà de 2 itérations, même si le calcul n'a pas convergé, à moins qu'il

vous reste beaucoup de temps.

7. Refaites le calcul de T

c pour une puissance utile égale à 1000 W. Que vaut alors le rendement global du capteur ?

8. Le capteur chauffe de l'eau qui entre à 50°C avec un débit égal à 2 L/mn et une masse

volumique de 988 kg/m 3 . A quelle température ressort cette eau ? Université Paris-Sud Orsay - Master PAM spécialité PIE 2

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PARTIE AEROGENERATION

- EXERCICES

Attention : Pensez-à travailler sur une copie séparée, pensez-bien à numéroter toutes vos copies.

NB : les trois exercices suivants sont indépendants.

1. Rappeler ce que l'on appelle le coefficient de puissance du rotor C

PR pour une éolienne. Quelle est sa limite supérieure pour une éolienne standard ? Quelle est la raison physique de cette limite ? Que faut-il modifier sur l'éolienne si on souhaite la dépasser ?

2. Le vent est supposé uniforme à la vitesse C

1 . On considère le tube de courant intercepté par le rotor d'aire A d'une éolienne à flux axial, et on se place dans le cadre de la théorie monodimensionnelle avec vitesse axiale seulement (suivant la direction x de l'axe du rotor). Si l'on souhaite, pour une application particulière, maximiser la poussée F x de l'air sur le rotor plutôt que la puissance, on peut considérer le coefficient de poussée défini par : a. Exprimer le coefficient C F à l'aide du coefficient de puissance du rotor C PR. b. En déduire l'expression de C F seulement à l'aide du facteur d'induction axiale a. c. Pour quelle valeur de a le coefficient C F (a) est-il maximal ? Que vaut alors C PR (a) ?

3. Dans une région où le vent vient principalement de l'ouest, 4 éoliennes de diamètre de rotor

50m et de puissance nominale 1MW (par éolienne) ont été placées suivant un axe nord-sud,

espacées de 150m. On souhaite estimer la puissance instantanée que produit ce parc quand le vent souffle du nord suivant l'axe d'implantation des éoliennes. On suppose que le vent

souffle à sa vitesse nominale (c'est-à-dire la vitesse minimale permettant de faire fonctionner

l'éolienne à sa puissance nominale), et que chacune des éoliennes fonctionne dans le régime de Betz. Proposer une modélisation simple et estimez la puissance instantanée dans ces conditions de vent. Faites une critique de votre modélisation.quotesdbs_dbs18.pdfusesText_24

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1. Pompe à chaleur, choix d'un système de chauffage 1. Sur le diagramme, fourni en annexe, on a représenté le cycle d'une pompe à chaleur

Que vaut le COP du cycle

à 2,7

7,4 kW. Que vaut le COP global du système de chauffage ?

à gaz moyenne.

Commentez votre résultat.

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Besoin

énergétique

Consommation

Contenu CO

Émissions de

Chauffage

électrique à effet

10 000 10 000 500-600 5-6

Chaudière fioul 10 000 11 000 300 3,3

Chaudière gaz 10 000 10 500 234 2,4

Pompe à chaleur

électrique

10 000 4 000 500-600 2-2,4

Chaudière bois 10 000 14 000 13 0,2

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2. Insolation et production thermique d'un capteur plan

1. Que vaut la densité de flux extra-terrestre E

2. On suppose que la transmission de l'atmosphère pour le rayonnement direct vaut

3. Dans quel sens évoluerait cet éclairement si on augmentait l'inclinaison s ? Justifiez votre

4. Le panneau ne comporte pas de vitrage, mais une surface sélective ayant un coefficient

6. Même si vous ne l'avez pas démontrée, utiliser la formule ci-dessus (question 5) pour

T = (T

7. Refaites le calcul de T

8. Le capteur chauffe de l'eau qui entre à 50°C avec un débit égal à 2 L/mn et une masse

ème

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PARTIE AEROGENERATION

1. Rappeler ce que l'on appelle le coefficient de puissance du rotor C

2. Le vent est supposé uniforme à la vitesse C

3. Dans une région où le vent vient principalement de l'ouest, 4 éoliennes de diamètre de rotor

50m et de puissance nominale 1MW (par éolienne) ont été placées suivant un axe nord-sud,