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
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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.
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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.
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