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Brevet de technicien supérieur Fluides Énergies Domotique Option : GCF Épreuve

Brevet de technicien supérieur Fluides Énergies Domotique Option : GCF Épreuve E32 Physique et Chimie Session 2021 Durée : 2 heures Coefficient : 1 L’usage de calculatrice avec mode examen actif est autorisé. L’usage de calculatrice sans mémoire, « type collège », est autorisé. Important Ce sujet comporte, en plus de cette page de garde, 11 pages BTS Fluides énergies domotique – session 2021 – épreuve E32 option GCF Code sujet 21FEPHGCF1 BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 1/11 Mise en service d’une C. T. A. Présentation du système L’entreprise Air2nothing assure la mise en service d’une Centrale de Traitement de l’Air pour un laboratoire d’analyses médicales, dans la région de Brest. . La production d’eau chaude est assurée par une chaudière à condensation. Le technicien effectue l’ensemble des mesures permettant le bon fonctionnement de cette installation. L’alimentation électrique de secours est assurée par un système de cogénération électrique/chaudière, l’énergie électrique étant fournie par une pile à combustible. A. Contrôles électriques BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 2/11 I. Mesure de la tension en sortie d’une pile à combustible Le technicien contrôle l’alimentation de secours assurée par une pile à combustible. 1. Indiquer l’appareil utilisé par le technicien pour mesurer la tension à la sortie de la pile à combustible et préciser la position du commutateur (AC ; DC ; AC+DC). 2. Indiquer le type de convertisseur à installer en aval de la pile pour fournir le courant au réseau d’alimentation de la CTA. II. Mesure de la chute de tension aux bornes du câble d’alimentation du moteur du ventilateur Pour déterminer la chute de tension aux bornes du câble d’alimentation du moteur du ventilateur, le technicien décide d’évaluer la valeur de la résistance du câble en cuivre, d’une longueur de 112 m, qui relie le sectionneur situé dans le TGBT et le moteur du ventilateur de la CTA. Le moteur est alimenté par un courant d’intensité nominale égale à 19,3 A. 1. Le technicien effectue plusieurs mesures de la résistance R du câble c’est-à-dire de l’ensemble des deux fils qui le constituent. Ces valeurs sont consignées dans la tableau ci-dessous. n° de la mesure 1 2 3 4 5 6 R (Ω) 0,466 0,468 0,467 0,469 0,466 0,469 Ecart type expérimental σn-1 (Ω) 0,001378 1.1. Calculer l’incertitude de type A, U(R), sur les mesures de la résistance à partir de l’annexe 1. Le résultat sera donné avec 2 chiffres significatifs pour un niveau de confiance de 95 %. 1.2. En déduire l’intervalle des valeurs de la résistance R. 1.3. Déterminer alors l’intervalle des valeurs de la chute de tension notée ∆U1 aux bornes du câble. 2. Finalement, le technicien décide d’effectuer une mesure directe de tension aux bornes du moteur puis de la tension au niveau du sectionneur. Il a reporté les valeurs dans le tableau ci-dessous. Mesure amont Sectionneur Tension 232 V Mesure aux bornes du moteur Bornier moteur Tension 223 V Calculer la chute de tension correspondante notée ∆U2 aux bornes du câble et la comparer avec la valeur précédente ∆U1. III. Mesure de puissance absorbée nominale par le moteur Le technicien mesure la puissance absorbée nominale par le moteur et obtient 4 010 W. Indiquer si la valeur mesurée est cohérente avec les indications de la plaque signalétique du moteur donnée sur l’annexe 2. BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 3/11 B. Contrôle échangeur I. Qualité de l’eau Le technicien doit évaluer la qualité de l’eau. Pour cela, il effectue plusieurs mesures sur l’échangeur. 1. Teneur en glycol 1.1. À partir de l’annexe 3, citer deux conséquences de l’utilisation du glycol dans l’eau sur les performances d’un échangeur thermique. 1.2. Le technicien mesure la quantité de glycol de l’eau employée avec un réfractomètre dont l’afficheur est représenté ci-dessous. Donner la température de gel TG et la capacité thermique C de l’eau glycolée du circuit. 2. Mesure du pH Le technicien mesure une valeur de pH égale à 7,2. Citer deux méthodes de mesure d’un pH et indiquer la méthode plus probablement mise en œuvre par le technicien. 3. Mesure du titre hydrotimétrique La dureté d’une eau est donnée par son Titre Hydrotimétrique (TH) exprimé en degré français (°f), les concentrations étant exprimées en mol⋅L-1 : TH = ([Ca2+] + [Mg2+])⋅104 TH (°f) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 45 > à 45 Eau Très douce Douce Moyennement douce Dure Très dure Le technicien mesure une valeur de TH égale à 14 °f. Indiquer l’influence du titre hydrotimétrique de l’eau sur les performances d’un échangeur. 4. Communication des résultats Rédiger un compte rendu sur la qualité de l’eau à partir des mesures effectuées par le technicien. II. Maintenance du filtre de protection de l’échangeur Pour contrôler l’encrassement du filtre qui protège l’échangeur, un contrôleur de pression différentielle est installé au niveau du filtre. BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 4/11 1. Déterminer les grandeurs d’entrée et de sortie du capteur à partir de l’annexe 4. 2. Pour les besoins de l’installation, le filtre est de classe M6. Le capteur installé est le PX274-05DI. Justifier le choix de ce capteur à partir des valeurs des pertes de charges données dans l’annexe 5. 3. Le technicien souhaite régler une alarme indiquant que le filtre est encrassé. Cette alarme doit se déclencher lorsque les pertes de charge atteignent 90 % de la valeur des pertes de charge finales. Le technicien sélectionne la plage « 0 - 6,25 mbar » du capteur. Déterminer la valeur de la grandeur de sortie du capteur qui doit déclencher l’alarme. C. Contrôle de la production calorifique de la CTA I. Production calorifique La production d’eau chaude pour la batterie chaude de la CTA est assurée par une chaudière gaz à condensation. Le technicien souhaite vérifier le bon fonctionnement de ce système. 1. Le rendement d’une installation dépend en partie du rapport PCS/PCI. Le PCS, Pouvoir Calorifique Supérieur, et le PCI, Pouvoir Calorifique Inférieur, de la chaudière ont un rapport, PCS/PCI, dû à l’utilisation du gaz naturel égal à 1,11 D’après les définitions rappelées dans l’annexe 6, expliquer pourquoi le rapport PCS/PCI du gaz de combustion est toujours supérieur à 1. 2. Pour contrôler le rendement de la chaudière, le technicien bypasse le réseau hydraulique en sortie de la chaudière. Il calcule la masse d’eau contenue dans ce circuit, puis mesure l’augmentation de la température de l’eau et détermine la valeur de la consommation de gaz pendant 5 minutes à partir des relevés du compteur. À partir de ces résultats, expliquer la démarche du technicien lui permettant de vérifier le rendement de la chaudière. BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 5/11 II. Circuit hydraulique 1. Le technicien doit régler le débit de la pompe pour assurer les besoins énergétiques de la CTA qui sont de l’ordre de 105 kJ·h-1. La température de l’eau à l’entrée de la chaudière est de 50 °C. La température de l’eau à la sortie de la chaudière est de 60 °C. Calculer le débit volumique qV de la pompe. 2. Le technicien veut vérifier le bon dimensionnement de la pompe. 2.1. Relever la valeur de la HMT, Hauteur Manométrique Totale, sur la documentation de la pompe, fournie sur l’annexe 7. 2.2. Lors du contrôle de la pompe le technicien manipule les vannes en amont et en aval de celle- ci. Lors de la fermeture de la vanne amont, il y a un risque de cavitation de la pompe (formation de gaz). Expliquer l’apparition de gaz à l’aspiration de la pompe. Données : - Capacité thermique de l’eau : Ceau = 4,18 kJ·kg-1·K-1 - Puissance d’un échangeur : P = qm·Ceau·ΔΘ - Masse volumique de l’eau : ρ = 1 000 kg.m-3 BTS Fluide Énergies Domotique Option GCF sujet session 2021 épreuve E32 : physique et chimie durée : 2 heures coefficient : 1 Code : 21FEPHGCF1 page 6/11 Annexe 1 Estimer une incertitude L’incertitude d’une mesure correspond à la zone au sein de laquelle se trouve probablement la valeur vraie. Cette zone reflète la qualité d’un instrument ou d’une méthode employée. Elle représente donc un indicateur de qualité. Estimation d’une incertitude de type A Une part importante du travail expérimental réside dans l’estimation de l’intervalle de confiance associé à un niveau de confiance donné exprimé en %. Lorsque les incertitudes sont évaluées par des méthodes statistiques, l’évaluation est dite de type A. Soient n mesures effectuées dans les mêmes conditions expérimentales dites conditions de répétabilité (même uploads/Management/ epreuve-u32-sujet-bts-fed-2021-gcf 1 .pdf