ÉTUDE D`UN FOUR MICRO

SESSION 2009
BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUÉE
STI Génie Civil
STI Génie Énergétique
Temps alloué : 2 heures
Coefficient : 5
La calculatrice (conforme à la circulaire N° 99-186 du 16-11-99) est autorisée.
Ce sujet comporte 4 pages.
La page 4 est à rendre avec la copie
ÉTUDE D’UN FOUR MICRO-ONDES INDUSTRIEL
Outre les applications domestiques très répandues du four micro-ondes, celui-ci a
des applications industrielles dans de nombreux secteurs d’activités :
agroalimentaire, bois et dérivés, chimie, textiles…
On trouve des fours micro-ondes dans la chaîne de traitement de certains déchets.
En particulier, les déchets hospitaliers, après avoir été broyés, sont entraînés sous
un jet de vapeur à 150°C pour être désinfectés dans un four micro-ondes avant d’être
mis en décharge ou incinérés.
On se propose d’étudier certains aspects de l’utilisation d’un four à micro-ondes
industriel :
- le moteur du tapis d’entraînement des déchets ;
- le système d’obtention d’une haute tension ;
- le bilan énergétique de l’appareil ;
- le nettoyage du four.
PARTIE A : MOTEUR D’ENTRAINEMENT DU TAPIS. (4,5 points)
Les déchets , broyés, sont acheminés vers le four micro-ondes par un tapis roulant
entraîné par un moteur triphasé asynchrone couplé à un réducteur mécanique de
vitesse qui divise la vitesse du moteur par 30.
MOTEUR
RÉDUCTEUR
n
nréd
1. On veut disposer en sortie du réducteur d’une vitesse nred = 30 tours par minute.
Quelle doit être la vitesse de rotation n du moteur ?
2. Le moteur est raccordé au réseau triphasé 230 V / 400 V , 50 Hz. Calculer la
vitesse de synchronisme nS et montrer que le moteur doit posséder 6 pôles.
3. Calculer le glissement g du moteur.
4. Le moteur développe un couple utile de moment Tu = 100 N.m. Quelle doit être sa
puissance utile PU ?
1
PARTIE B : OBTENTION D’UNE HAUTE TENSION. (8 points)
Le four micro-ondes est raccordé au réseau triphasé 230 V / 400 V , 50 Hz. La
production des micro-ondes par le magnétron M nécessite une tension de plusieurs
kV obtenue par un ensemble transformateur-redresseur schématisé ci-dessous.
1. Étude du transformateur.
Le transformateur porte l’indication 230 V / 2300 V , 50 Hz .
1.1. Quelle est la période T de la tension disponible au secondaire ?
1.2. Le primaire du transformateur porte 50 spires. Calculer le nombre de spires au
secondaire.
1.3. Deux essais effectués sur ce transformateur ont donné :
à vide P1,v = 180 W ;
en court-circuit P1,cc = 220 W.
A quoi correspondent ces deux puissances ?
1.4. Ce transformateur a un rendement de 95 %. Montrer que la puissance délivrée
par le secondaire est égale à P2 = 7600 W.
1.5. En déduire la puissance P1 reçue par le primaire dans ces conditions.
2. Étude du système redresseur.
La tension sinusoïdale u2 délivrée par le secondaire du transformateur est appliquée
à un pont de diodes qui délivre une tension u caractérisée par :
si u2  0 alors u = u2 , si u2  0 alors u = - u2 .
2.1. Sur le document réponse page 5, à rendre avec la copie, figure le graphe des
variations de u2 dans le temps. Tracer sur ce document la représentation graphique
de u en fonction du temps.
2.2. Justifier les valeurs 3250 V et 10 ms qui figurent sur le document.
2.3. La valeur moyenne de la tension u délivrée par un pont de diodes est donnée
par u = 2 Umax /  .
Calculer la valeur de u .
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PARTIE C : BILAN ÉNERGÉTIQUE. (4 points)
On veut vérifier la valeur de la puissance affichée sur le four. Pour cela on introduit
une quantité d’eau correspondant à une masse m = 10 kg dans le four ; on observe
que la température de l’eau passe de 17°C à 27°C en 70 secondes.
Données : capacité thermique massique c de l’eau = 4200 J .°C-1.kg-1
formule : Q = m.c.
1. Calculer la quantité de chaleur reçue Q par l’eau.
2. Quelle est la puissance thermique P reçue par l’eau ?
3. Comparer cette puissance à la valeur 6200 W affichée sur le four.
4. Quel temps serait nécessaire pour effectuer la même opération de chauffage de
cette masse d’eau de 17°C à 27°C en utilisant une plaque électrique chauffante de
6000 W ayant un rendement de 60% ?
PARTIE D : NETTOYAGE DU FOUR. (3,5 points)
On donne le produit ionique de l’eau à 25°C
Ke = 10-14
Pour nettoyer le four, on utilise un produit en solution dont l’étiquette porte
l’indication pH = 8.
1. Ce produit est-il acide ou basique ? Justifier.
2. Calculer la concentration molaire en ion hydronium H3O+ et en ion hydroxyde HO –
de ce produit .
3. On dilue ce produit dans une grande quantité d’eau.
3.1. Comment évolue le pH au cours de cette dilution ?
3.2. Vers quelle valeur limite tend-il?
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DOCUMENT RÉPONSE
À RENDRE AVEC LA COPIE
u2(V)
3250
t (ms)
10 ms
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