Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

È Sessrol.t 2010 BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR DOMOTIQUE ÉpaeuvE ; ScrENcEs Pu

È Sessrol.t 2010 BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR DOMOTIQUE ÉpaeuvE ; ScrENcEs PuvstQUEs Thème : Générateur expérimental solaire PROMES Partie | : Le récepteur solaire Partie ll : Le moteur Stirling Partie lll : Acoustique Partie lV : Chimie Toutes les parties l, ll, lll et lV sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. Durée : 2 heures Coefficient : 2 La catculatrice (conforme à la circulaire N'99-186 du 16-1{-99) est autorisée. La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interuiendront dans I'appréciation des copies. Ce sujet comporleT pages numérotées de 1 l7 à7 l7 y compris la page de présentation. Assurez-vous qu'il est complet ; s'il est incomplet, veuillez le signaler au surveillant de la salle qui vous en remettra un autre exemplaire. BTS DOMOTIQUE SUJ ET Session zUA Épreuve U32 Sciences Physiques Durée : 2 heures Coefficient : 2 CODE : 1ODOPHY1 Pase 117 Le moteur Stirlinq PROMES de 11 kW à Odeillo Les systèmes 'parabole-moteur' sont destinés à l'électrification décentralisée car leur puissance varie de quelques centaines de Watts à quelques dizaines de kW. lls sont destinés, par exemple, à l'électrification de villages isolés. Cette réalisation s'inscrit dans le cadre du projet international < EnviroDish > financé par le Ministère allemand de I'Environnement et plusieurs industriels de ce pays. ll a pour objectif d'implanter sur différents sites (Espagne, ltalie, Allemagne, France, Inde) des systèmes < Parabole-stirling > afin d'en mesurer I'efficacité dans d ifférentes cond itions d'ensoleillement. ' - , t , ; t ' . i l t t , r , r t ' l . , r t ' . . t r - i , . . t . r-t'*t -t, '' l, "-' '. ,tt t '. tt, On distingue sur cette photographie : - la parabole servant à concentrer le rayonnement solaire ; - le bloc << moteur Stirling et alternateur > permettant de transformer l'énergie solaire en énergie électrique. BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Phvsiques Session 2010 CODE : lODOPHY'1 SUJET Page 217 Schéma de principe de I'ensemble Moteur et alternateur Radiateur et ventilateur f :4,5 m Parabole D : 8 " 5 m I fê c*on-centratêur sôlâire --- - Les caractéristiques du concentrateur (réflecteur parabolique ou "parabole") sont : diamètre, 8,5 m ; surface projetée (collectrice) , 56,7 m2; distance focale, 4,5 m ', réflectivitê, 94o/o. On supposera que I'ensoleillement E est de 1000 W.m-2 ("ensoleillement standard optimal"). l. 1 Quelle est alors la puissance d u rayonnement solaire reçue par la parabole ? 1.2 Quelle est alors la puissance transmise au capteur ? BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Physiques Session 2010 CODE : 1ODOPHY1 SUJET Page 317 ll Le moteur Stirlinq Cette rnachine thermique utilise un gaz qui reçoit de la chaleur d'une source chaude (la cavité) et qui fournit de la chaleur à une source froide (le radiateur à refroidissement à eau) et du travail à l'alternateur. La cavité assure le transfert thermique vers le gaz de l'énergie de rayonnement solaire qu'elle reçoit. Les caractéristiques du moteur Stirling (SOLO 161) sont : - gaz utilisé . dihydrogène ; - pression de fonctionnement : 20-150 bar ; - température de fonctionnement : 650 "C. Pour un éclairement de 1000 W.m-2, I'alternateur triphasé 400V-5OHz fournit une puissance électrique utile de 9,8 kW. ll.A Rendement, puissance et énergie ll.A.1.a Dans ces conditions d'éclairement (1000 W.m-'), la puissance du rayonnement solaire reçue est de 53 kW. Calculer le rendement r11 du dispositif. Le comparer à celui d'une installation photovoltaïque sachant que le rendement des meilleures photopiles (au silicium monocristallin) est de I'ordre de 1 5 à 22 % dans ces mêmes conditions d'éclairement. ll.A.1.b En supposant que le rendement de I'alternateur rtn est de I'ordre de 92o/o, estimer le rendement ls du moteur Stirling. f l.A.2 La puissance fournie au gaz par la source chaude est de 53 kW. La puissance mécanique fournie à I'alternateur est de 10,5 kW. Quelle puissance le gaz cèdet-il à la source froide ? ll,A,_3 _ Lauileqse {e_ r_o_talion dg_Ln_eteqr,çgt 4e 15Qq1oUrç_ pAtmrnglq. ll.A.3.a Sachant qu'un tour du moteur correspond à un cycle thermodynamique, calculer la durée d'un cycle. ll.A.3.b Calculer, pour un cycle, le travail Wfourni par le moteur Stirling. ll.B Étude du cvcle théorique de Stirlinq On se propose dans cette partie de calculer le rendement théorique d'un cycle de Stirling. On rappelle que le cycle théorique du moteur Stirling est constitué de quatre transformations réversibles (dont deux sont isothermes). Le dihydrogène est considéré comrne un gaz partaft. Sur le diagramme de Clapeyron ci-dessous, une des transformations isothermes a f ieu à la température 0r = 70'C et I'autre à la température 0. = 650 "C. BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Physiques Session 2010 CODE: 1ODOPHY1 SUJ ET Page 417 Diagramme de Clapeyron du cycle Stirling théorique Au point C la pression est de 15.106 Pa et la température de 650 'C Le volume de gazévolue entre les valeurs Vmin = 184,5 cm3 et Vr.* = 344,5 cm3. On donne : - constante de gaz parfaits : R = 8,32 J.mol-1.K-1 - travail de compression isotherme d'un gaz partait : Wr 2= tlRT Ln(Vl Vz) - relation T(K) = 273 + e('C). il.8.1 Donner le nom de chacune des transformations AB, BC, CD, DA, en indiquant s'il s'agit de détentes ou de compressions. Pré ci sertatransforrnatio n'aucourrdrtaquel telegazfournitr u- t ravail .- ll.B.2 il.8.3 il.B 4 il.8.5 il. 8.6 il. 8.7 Montrer que le nombre de moles de gaz mises en jeu est n= 0,36 mol. Calculer la pression correspondant au point D du diagramme. Calcuter le travait Wne et le travail Wco reçus par le gaz lors des transformations AB et CD. Justifier que la variation de l'énergie interne du gaz lors des transformations AB et CD est nulle. En déduire les chaleurs Qne et Qco reçues par le gaz durant ces mêmes transformations. Calculer le travail reçu par le gaz lors d'un cycle. ( W = W n e + W e c + W c o + W o n ) BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Physiques Session 2010 CODE : 1ODOPHY1 SUJET Page 517 ll.B.8 On suppose que la chaleur n'est fournie au gaz que lors de transformation CD. Définir et calculer alors le rendement thermodynamique théorique qrn de ce moteur (ce rendement théorique est, pour des raisons de modélisation, très supérieur au rendement réel mesuré). lll Étude acoustique du moteur Stirlinq Le moteur utilisé produit un bruit de niveau Lr = 60 dB à une distance de 1m. On considère que l'émission sonore est la même dans toutes les directions. On rappelle I'expression du niveau sonore en fonction de I'intensité : L :70 .toe I avec lo = 1 ,0 10-12 W.m-2 " In lll.1 Calculer I'intensité acoustique 11 à 1 mètre du moteur. lll.2 En déduire la puissance acoustique du moteur. lll.3 Calculer I'intensité sonore lzo à 20 mètres du moteur. lll.4 En déduire le niveau d'intensité sonore Lzo à cette même distance. P, on considérer que le moteur Stirling est nuisant d'un point de vue sonore ? lV lntérêt de la solution d'un point de vue environnemental On se propose d'évaluer la réduction des rejets de dioxyde de carbone obtenue ce type d'installation solaire. On cherchera donc à calculer la quantité de ( p+oduite-par--une-instatlation - de-puissance-identique-utilisant le méthane con combustible. Données : L'énergie thermique produite par la combustion d'une mole de méthane (CHa) es 810 kJ, I'eau formée restant sous forme de vapeur. Les masses molaires : M(c) = 12 g.rnol-1 M(o) = 16 g.mol-1 M(H) - 1 g.mol-1 M(N) =14 g.mol-1 Le volurne molair e à 20 "C : VM = 24 L.mol-1 lV.1 La puissance thermique fournie est de 53 kW. Calculer en joule l'énergie produite pendant une heure de fonctionnement. BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Physiques Session 2010 CODE : 10DOPHY1 SUJET Paqe 617 lV.2 Calculer le nombre de moles de méthane consommé pendant cette d u rée. lV.3 En déduire le volume, en mètre cube, de méthane consommé en une heure de fonctionnement. Le gaz est stocké à une température de 20 'C. lV.4 Écrire l'équation de la combustion complète du méthane. lV.S En déduire la masse de dioxyde de carbone produite par la combustion d'une rnole de méthane. lV.6 Le brûleur fournissant une puissance thermique de 53 kW, calculer la masse de dioxyde de carbone formée pendant une heure de fonctionnement. BTS DOMOTIQUE Epreuve U32 Sciences Physiques Session 2AA CODE: 1ODOPHY1 SUJET Paqe 717 uploads/S4/ bts-domotique-sciences-physiques-2010 1 .pdf