Corrigé Épreuve E21 BTS FEE FEE 2015 (link is external) - Eduscol

[pic]
FLUIDIQUE - ENERGETIQUE - ENVIRONNEMENT
SESSION 2014 CORRECTION Matériel autorisé :
- Toutes les calculatrices de proche y compris les calculatrices
programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que
leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage
d'imprimante (circulaire n°99-186, 16/11/1999) - Tout autre matériel est interdit
Documents rendus avec chaque copie : . Graphe pilotage PAC + Chaudière Page 17/19
. Diagramme de l'air Humide valable pour 1840m d'altitude Page
18/19
. Tableau acoustique Page 19/19 |BTS Fluides Energies Environnements |Session 2014 |
|Nom de l'épreuve : Fluidique - Energétique |CORRECTION |Page : 1/16 |
|- Environnement | | |
Extrait du Cahier des Charges : 1) Caractéristiques techniques et climatiques du site :
o Localisation : Piau Angaly (station de Ski)
o Altitude : 1840m
o Constitution du sol (Etude du forage réalisé à proximité du
site par le bureau BRGM) : |Profondeur|Lithologie |Stratigraphie|
|De 0 à 1.1|Terre végétale de débris | |
|m | | |
|De 1.1 à 7|Sable gris fin avec débris |Quaternaire |
|m |rocheux avec quelques filons | |
| |de calcite | |
|De 7 à |Calcschiste |Dévonien |
|10.5 m | | | o Température du sol à la profondeur de 6m : 5°C (en hiver et en
moyenne)
o Conditions climatiques extérieures :
. Text = -14°C
. HRext = 90%
2) Conditions de chauffage de la zone Aqualudique étudiée ici :
- Conditions climatiques intérieures : Tint = 29°C HR = 70% - Nombre d'heures de chauffage jusqu' à 8°C : 4507h
- Volume de la zone étudiée : 1200 m3
- Charges climatiques :
. Hiver : Déperditions : 85 kW
Charge hydrique : 150 kgeau/h
. Eté : Non fournies 3) Caractéristiques du puits canadien projeté : Société REHAU Le puits canadien permettra le préchauffage de l'air pulsé dans la
zone aqualudique (piscine)
. Débit d'air neuf véhiculé : 6500 m3/h
. Longueur totale du puits: 30m
. Nombre de piquages : 15
. Diamètre des piquages : 250 x 8,80
. Diamètre du collecteur : 630 x 24,0
. Conductivité thermique du tube : 0,16 W/m.°C
(qualité alimentaire)
. Schéma de principe : Voir Annexes page 12/19
. Cout global du puits installé : 35000E 4) Centrale de traitement d'air de la zone aqualudique :
Composition : Filtre Type F2
Récupérateur double batteries Caisson de
mélange
Batterie Chaude à eau Filtre Type F7 5) Prix de l'énergie électrique sur site : 14cE/kWh
|BTS Fluides Energies Environnements |Session 2014 |
|Nom de l'épreuve : Fluidique - Energétique |CORRECTION |Page : 2/16 |
|- Environnement | | |
1ère PARTIE : Etude Thermique et Fluidique - 1h00
Objectif principal : Etude de l'impact des caractéristiques d'un
puits canadien sur la réduction de la facture
énergétique. L'étude va porter sur la zone aqualudique. Seule cette zone sera
équipée de puits canadien.
Etude énergétique sans la présence du puits : a) Déterminez la puissance nécessaire au chauffage de l'air neuf
portée à la température de 8°C
(valeur de la température dans le caisson de mélange).
P ' 0,34 × Qv
× (8
+ 14)
P ' 0,34 × 6500 × 22
' 48
620 W
b) En supposant que ce chauffage est réalisé par une batterie
électrique, déterminez la consommation énergétique liée au débit
d'air neuf introduit dans la zone.
On donne : Rendement du système de chauffage : 0,95 C ' P × t
C ' 48,62 × 4507 0,95 ' 230 663,52 kWh
c) Pour un cout de 14cE/kWh, calculez le montant de la facture
énergétique (hors abonnement) de la ventilation d'air neuf de la
zone aqualudique.
Cout ' 230 663,52 × 0,14 ' 32 293 E Etude énergétique avec la présence du puits : 1) Etude thermique du puits canadien :
a) Calculez la vitesse de l'air dans le tube :
air
6500 [pic]
' 15 × 3600 ' 2,83 m/s
? × (0,25 - 2 × 0,0088)2 [pic]
4
b) Calculez la résistance thermique du tube « Rtube » Coefficient de
convection intérieur dans un tube : Ri conv
R ' 1 ' 1 ' 0,0784 m2 .°C/W
i conv
5,55 × w air
0 ,8
? 6500
?
0 ,8 ? ?
5,55 × ? 15 × 3600 ?
? ? × (0,25 - 2 × 0,0088)2 ? ? ? ? 4 ? Résistance thermique d'un tube : RTotal en °C/W
ln 0,125
R ' 0,0784 + 0,1162 ' 0,180 m.°C/W
-- K
' 1 ' 5,555 W/m.°C
Total
2 × ? × 0,1162
2 × ? × 0,16
Tube
0,180 c) Evaluez la température de l'air à la sortie du puits. On
considérera l'ensemble des piquages comme un seul, véhiculant la
totalité du débit d'air neuf.
On donne : masse volumique moyenne de l'air : 1,2kg/m3
Ts(l)
' 5 + (-14 - 5) × e -5 ,555 × 30
433,33 ×1 ,2 ×1000
3600
' - 1 °C
|BTS Fluides Energies Environnements |Session 2014 |
|Nom de l'épreuve : Fluidique - Energétique |CORRECTION |Page : 3/16 |
|- Environnement | | |
Etude de l'impact énergétique du puits canadien :
d) Calculez la puissance récupérée par le puits si la température de
l'air en sortie du puits est estimée à -1°C.
P ' 0,34 × Qv
× (- 14
+ 1 )
P ' - 0,34 × 6500 × 13 ' - 28 730 W e) Evaluez le gain énergétique réalisé sur la saison, en kWh puis en
E.
C ' P × t C ' 28,73 × 4507 ' 129 576,3 kWh gain ' 129 576,3 × 0,14 ' 18 140,7 E f) Estimez le temps de retour brut sur l'investissement de ce puits
canadien. Conclusion.
Pour comparer les deux solutions, il faut tenir compte de la puissance
nécessaire pour chauffer l'air de -1°C à 8°C, soit : Temps de retour '
35000 E
18 140,7 ' 1,93 années L'installation du puits canadien est rentable immédiatement. Optimisation du Puits canadien : Le projet a été basé sur une longueur totale du puits de 30m. Le
maitre d'?uvre souhaiterait savoir s'il est possible de doubler la
puissance récupérée, si on doublait la longueur du puits, soit une
longueur de piquage de 60m. On donne : Ktube = 6,00 W/m.K Calculez alors la puissance récupérée par le puits. Conclure sur
le résultat obtenu vis-à-vis du projet initial. | |60m |
|Températur|-6 × 60 |P ' 6500 × 1,2 × 1 × (-14 - 3 |
|e sortie |[pic] |,42 ) ' - 37,74 kW |
|puits |433,33 ×1 ,2 ×1000 |3600 |
| |Ts(l) ' 5 + (-14 - 5) × e | |
| |3600 ' 3,42 °C | | Le fait de doubler la longueur du puits n'a permis de doubler la puissance
récupérée : % d' augmentation ' 100 - 28,17
37,74 × 100 ' 25,4 %
|BTS Fluides Energies Environnements |Session 2014 |
|Nom de l'épreuve : Fluidique - Energétique |CORRECTION |Page : 4/16 |
|- Environnement | | |
Impact du fonctionnement du ventilateur du Puits :
L'étude aéraulique du puits a donné les résultats suivants :
- Perte de charge totale du puits : 245 Pa
- Rendement global moyen du ventilateur : 70% Estimez la puissance consommée par le ventilateur ainsi que sa consommation
énergétique.
Si le gain annuel réalisé par le puits est de 18000E, estimez alors
l'augmentation du temps de retour sur investissement lié au fonct