BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques
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BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques UF3.2 Sciences physiques et chimiques appliquées S.GOUÉ-Lycée GRANDMONT-TOURS http://physique-goue.pagesperso-orange.fr/ MODULE M1 ENERGIE BILAN ÉNERGÉTIQUE – RENDEMENT Première partie : chaîne énergétique Une chaîne énergétique représente les éléments de stockage et de conversion de l’énergie en précisant ses différentes formes. Ea : énergie absorbée Réservoir Eu : énergie utile Convertisseur Ep : énergie perdue L’énergie se conserve : Ea = Eu + Ep Exemple 1 : chaîne énergétique d’un moteur électrique Réseau EDF ou batterie Energie électrique Moteur électrique Energie mécanique Energie thermique (chaleur) Exemple 2 : chaîne énergétique d’une voiture à essence Essence + air Energie chimique Moteur thermique Energie thermique (chaleur) + énergie mécanique (frottement) Batterie Energie mécanique Voiture en mouvement Energie cinétique Energie mécanique (frottement) Alternateur Energie électrique Phare Energie rayonnante (lumière) Energie chimique Page 1 sur 3 BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques UF3.2 Sciences physiques et chimiques appliquées S.GOUÉ-Lycée GRANDMONT-TOURS http://physique-goue.pagesperso-orange.fr/ Deuxième partie : rendement Lorsqu’un système convertit de l’énergie d’une forme sous une autre forme, une partie de l’énergie absorbée est perdue. On définit : Pu : puissance utile Pa : puissance absorbée Pp : puissance perdue La puissance se conserve : Pa = Pu + Pp Le rendement est défini par le rapport de la puissance utile sur la puissance absorbée : Pu Pa Le rendement est un nombre sans unité compris entre 0 et 1. Le rendement est très souvent exprimé en pourcentage. Troisième partie : application Activité 1 : Vérification de documentation technique Voici un extrait de la documentation technique de deux moteurs à courant continu que votre entreprise désire mettre sur le marché avant cela, on vous demande de vérifier la validité des données, le technico-commercial a un doute sur les valeurs entourées. A vous de les vérifier. Page 2 sur 3 BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques UF3.2 Sciences physiques et chimiques appliquées S.GOUÉ-Lycée GRANDMONT-TOURS http://physique-goue.pagesperso-orange.fr/ Activité 2 : Voiture électrique Lire attentivement l’article extrait du site moteurnature.com 1. Représenter la chaîne énergétique de ce véhicule en mouvement. 2. Représenter la chaîne énergétique lors de la recharge de la batterie par l’éolienne. 3. Calculer l’énergie rayonnante emmagasinée durant une journée d’exposition (environ 12 heures) par les panneaux solaires. On prendra la puissance moyenne rayonnante égale à 150 W.m-2. 4. Calculer l’énergie électrique disponible quotidiennement. 5. En admettant un rendement de 70 % du moteur électrique, quelle est la durée de fonctionnement du véhicule pour une vitesse de 50 km.h-1. Activité 3 : Scooter électrique La consommation d’énergie d’un scooter électrique est due à la résistance de l’air, au frottement des roulements, à la variation éventuelle de sa vitesse et au profil de la route. Voici quelques données relevées sur la documentation technique d’un scooter : Puissance maximale : 2,8 kW à 5500 tr.min-1 Vitesse maximale : 45 km.h-1 Poids à vide : 110 kg Batterie : Lithium-Phosphate 60 V – 40 Ah On s’intéresse à une utilisation du scooter sur route plate, dans ce cas les deux forces de frottement à prendre en compte sont : Le traînage aérodynamique qui exerce une force : 1 FT C x S v 2 2 FT : force de résistance en newtons (N) ρ : masse volumique de l’air (1,2 kg.m-3) CX : coefficient aérodynamique (CX = 0.80) S : section frontale du scooter en m2 (S = 1 m2) v : vitesse du scooter en m.s-1 Le frottement du roulement qui exerce une force : FR b m g FR : force de résistance en newtons (N) b : coefficient de frottement (b= 0,024 pour des pneus biens gonflés) m : masse du scooter + du conducteur en kg g : intensité de la pesanteur ( g = 10 m.s-2) On rappelle que l’expression de la puissance mécanique est : PM F v Le rendement du moteur électrique et des organes de transmission est égal à 80 %. 1) A l’aide d’un tableur, tracer la puissance mécanique PM fournie en fonction de la vitesse v, pour un conducteur de 70 kg. 2) Tracer l’autonomie du scooter en fonction de sa vitesse. Commenter cette courbe. 3) Exprimer l’intensité du courant débitée par la batterie et représenter son graphe en fonction de la vitesse. Page 3 sur 3
