Retrouver les valeurs des masses molaires





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 III- L’éolien

DOC 5. - LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ GRÂCE AU VENT

« Les pales de l’éolienne transfèrent l’énergie cinétique du vent au générateur situé dans la nacelle via l’arbre de trans­mission et la boîte de vitesses. Les pales sont réglables ce qui permet de produire le plus d’électricité possible, que le vent soit fort ou modéré.

Quand le vent souffle à plus de 3 m/s, la nacelle pivote pour que les pales soient face au vent et la production d’électricité commence. La production maximale est atteinte quand le vent souffle à 13 m/s. Si le vent atteint 25 m/s l’éolienne s’ar­rête pour éviter d’endommager l’appa­reil.

La hauteur du mât, le diamètre des pales et la puissance de l’éolienne sont va­riables. Les éoliennes des parcs de Statkraft ont une capacité installée de 2,3 MW. Les mâts font 70 m de haut. Le diamètre du rotor avec ses pales est de 83 m et chaque éolienne pèse au total un peu plus de 260 tonnes. »

  1. Faire le bilan des transferts d’énergie transformées et/ou perdues, intervenant dans le fonctionnement d’une éolienne (s’aider d’un schéma avec des rectangles et des flèches, et nommer les énergies).

  2. Le vent souffle à 95 km.h-1, quelle est l’activité des éoliennes décrites ? Pourquoi ?

  3. De quoi dépend la production électrique d’une éolienne ?

  4. Combien faut-il d’éoliennes de ce type pour remplacer un réacteur de 1,4 GW ? Mais, est-ce comparable ?

  5. Statkraft a eu l’idée d’utiliser des éoliennes pour pomper de l’eau et la placer dans des barrages en hauteur. Ainsi, pendant les pointes de consommation d’électricité, l’eau est libérée et des alternateurs produisent de l’électricité en bas du barrage grâce à l’énergie potentielle de l’eau. Quel est l’intérêt d’un tel procédé ?

 IV- L’énergie hydraulique

On donne : la masse volumique du béton utilisé :  = 2500 kg.m-3 / Celle de l’eau :  = 1kg par litre.

  1. Construction du barrage :

1.1. La retenue d’eau est contenue par un réservoir en béton. Le béton est fabriqué puis pompé et acheminé par des conduites jusqu’aux moules des parois à fabriquer. Le diamètre extérieur des conduites est de 20 cm. La paroi des conduites a une épaisseur de 6 mm. La vitesse v du béton dans la conduite est de 0,55 m.s-1. Calculer le débit volumique du béton dans la conduite.

1.2. L’ouvrage partiel réalisé est rectangulaire : Longueur L= 12 m ; Epaisseur e = 5 m ; hauteur h=18 m. Calculer le volume puis la masse de l’ouvrage réalisé.

1.3. Pourquoi est-il important d’estimer la masse du mur ?

  1. Physique dans le réservoir :

2.1. Le réservoir présente une hauteur d’eau de 145 m. Calculer la pression relative due à l’eau à cette profondeur. Comment mesurer la pression au fond du réservoir ?

2.2 A cette profondeur, le fond du réservoir ne mesure plus que 56 mètres sur 3 mètres. Calculer la force agissant sur la surface du fond.

2.3. A quoi peut servir cette donnée dans la construction du réservoir ?

  1. Conduites de départ :

La conduite immergée C1 emmenant l’eau a un diamètre D1 = 1,3 m, ceci à la vitesse V1 = 2 m.s-1.

3.1. Calculer le débit massique de l’eau dans C1.

3.2. La conduite C1 se sépare rapidement en 4 conduites C2 identiques. Quel est le débit massique dans une des conduites C2 ? Pourquoi ?

3.3. Calculer le débit volumique dans une conduite C2. Le diamètre D2 = 0,45 m. Calculer la vitesse de l’eau dans C2.

3.4. Quel est l’intérêt de séparer le flux hydraulique en plusieurs conduites (pour un barrage) ?

  1. Etude théorique de la chute d’eau : on donne : g = 9,81 m.s-1.

En simplifiant les échanges d’énergie, on peut dire que l’énergie potentielle de l’eau à une hauteur h (Ep = m.g.h) se transforme intégralement en énergie cinétique en bas du barrage (Ec = ½.m.v2). m est la masse de l’eau.

4. 1. En raisonnant sur une masse m d’eau, exprimer la vitesse v de l’eau parvenue en bas du barrage en fonction de g et h. La vitesse dépend-t-elle de la masse ?

4.2. Calculer cette vitesse pour une hauteur de 145 m. En déduire l’énergie cinétique fournie par un mètre cube d’eau sur les turbines d’alternateur.

4.3. Considérons une énergie cinétique de 710 kJ parvenant sur les turbines. L’ensemble turbine/alternateur a un rendement de 44 %. Calculer l’énergie produite en MWh en sortie d’alternateur.

  1. Ouverture des canaux anti crue à l’aide vérins hydrauliques

En cas d’afflux d’eau très important en haut du barrage, il est prévu d’ouvrir des portes permettant à l’eau de s’écouler sans passer par les turbines. Ces portes sont commandées par des vérins hydrauliques.

    1. Quel est l’intérêt d’utiliser ce type de système d’ouverture et de fermeture ?

    2. Expliquer le fonctionnement d’un vérin hydraulique en utilisant la définition de la pression suivante :

P = F/S où F est la force en Newton appliquée à la surface S en m2.

La réponse doit comporter : un schéma expliquant ce fonctionnement, un texte présentant en 3 lignes le fonctionnement, une démonstration concernant l’augmentation de la force disponible.

    1. On donne : Vérin de barrage : course : 2600 mm
      Pression 185 bars - force en traction : 80 600 daN.


Calculer la section utile S du piston poussé par l’huile.

 V- Le solaire thermique

Le rayonnement solaire permet de chauffer l’eau d’un panneau solaire thermique (DOC 6.).


DOC 6.
On donne = .T4 (Loi de Stephan) constante de Stephan = 5,67.10-8 SI SI = Système International

En vous aidant du schéma ci-contre :

  1. Quels sont les transferts thermiques mis en jeu dans ce système ?

  2. Utilise-t-on la même partie du spectre de la lumière blanche (longueurs d’onde) que pour un panneau photovoltaïque ? Préciser.

  3. Pourquoi le fond du panneau doit-il être noir mat ?

  4. Préciser les unités SI de P, S et T ?

  5. Sachant que peut s’exprimer en fonction de P, S et T, quelle est l’unité de la constante de Stephan ?

  6. Calculer la température atteinte au fond du panneau pour un rayonnement de 1000W.m-2 ?

  7. Combien de circuits d’eau différents compose le système ? Expliquer pourquoi.

  8. Pourquoi doit-on réguler la vitesse du fluide dans l’échangeur ? Quels capteurs installe-t-on alors pour y parvenir ?
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