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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE Sciences et Technologies de l'Industrie et du Développement Durable ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX Session 2016 Coefficient 8 - Durée 4 heures Aucun document autorisé - Calculatrice autorisée Centrale biomasse Constitution du sujet :
. Dossier Sujet : o PARTIE 1 (3 heures) Pages 2 à 6 o PARTIE 2 (1 heure) Page 7
. Document Technique Page 8
. Documents Réponse Pages 9 à 10 Corrigé
Travail demandé PARTIE 1 Problématique 1 : |Question 1.1 |A l'aide de l'article du DT1, citer les arguments qui |
| |présentent les chaufferies au bois comme respectueuses de |
| |l'environnement (par opposition aux hydrocarbures liquides et |
| |gazeux). |
|DT1 | |
Les chaufferies... (voir DT1 surligné en jaune)
> ...permettent de lutter contre l'effet de serre,
> ...encouragent l'exploitation raisonnée des forêts,
> ...permettent le renouvellement et l'entretien des peuplements en
massif ou linéaires,
> ...favorisent la préservation des milieux naturels sans contrarier la
biodiversité,
> ...rejettent très peu de monoxyde de carbone, d'oxyde d'azote, de
composés organiques volatils ou de poussières,
> ...luttent contre le réchauffement du climat, évitent les marées
noires et empêchent les pollutions urbaines,
|Question 1.2 |Indiquer quelles sont les étapes du cycle de vie du bois |
| |utilisé comme combustible sont à l'origine de l'excès de CO2 |
| |rejeté. |
| |Dans ce cas, pour limiter l'empreinte carbone, déduire |
| |l'intérêt de faire en sorte que la biomasse soit une énergie |
| |locale. |
| | |
Le transport ou distribution (circulation de camions et tracteurs
agricoles, manutention du mélange de combustibles par le chargeur) ,la
fabrication ou production ou débit des plaquettes forestières (broyeurs) et
l'incinération des résidus de bois. Pour limiter les distances d'acheminement du bois. |Question 1.3 |Calculer combien représente, en moyenne, la réduction de 57 000|
| |tonnes de CO2 (par rapport au charbon) en nombre de véhicules |
| |parcourant 15 000 km/an. Voir l'exemple de calcul fourni par |
| |l'A.D.E.M.E. sur le DT1 |
|DT1 | |
Quantité de CO2 pour un véhicule parcourant 15 000 km :
127g/km x 15 000 km = 1,905t de CO2
Nombre de véhicules concernés par l'économie de CO2 :
57 000 / 1,905 = 29 921 véhicules soit 30 000 environ |Question 1.4 |A l'aide du document DT1, donner les deux principaux composants|
|DT1 |pollueurs dans les fumées issues de la combustion du bois. |
| |Indiquer pourquoi cette centrale biomasse préserve davantage la|
| |qualité de l'air qu'une multitude de chauffages individuels. |
Les deux principaux pollueurs sont les particules fines et les oxydes
d'azote,
Cette centrale biomasse préserve davantage la qualité de l'air car elle
traite les fumées, entre autre les particules et les NOx, ce qui n'est pas
le cas des chauffages individuels |Question 1.5 |À l'aide des documents DT1 et DT2, compléter les 5 cases du |
| |schéma bloc sur le document réponse DR1 en précisant : |
| |le flux d'entrée et 2 constituants du système (3 cases à |
| |remplir) ; |
| |le type de pertes (thermiques ou mécaniques) au niveau de la |
| |chaudière et de l'alternateur (2 cases à remplir). |
|DT2 et DR1 | |
Voir DR1 |Question 1.6 |Calculer la puissance absorbée (ou puissance enfournée) de la |
| |chaudière bois sachant que : |
| |le Pouvoir Calorifique Inférieur (P.C.I.) du mélange |
| |bois-plaquettes est égal à 2,36 kWh[pic]kg-1 ; |
| |le débit du mélange bois-plaquettes de la chaudière bois est de|
| |21,72 t[pic]h-1. |
Pabsorbée = débit du mélange x PCI = 2,36 x 21 720 = 51 259,2 kW |Question 1.7 |À l'aide du document DT2, calculer le rendement global du |
|DT2 |système de cogénération biomasse (zone grisée) sachant que : |
| |le rendement de la chaudière bois est égal à 87,78% ; |
| |le rendement global du système de cogénération est égal à |
| |[pic] |
[pic] soit 84,4% |Question 1.8 |Compléter le document DR1 en calculant, dans le cas de |
|DR1 |production d'électricité et de chaleur par filières séparées, |
| |les puissances de départ (au niveau du combustible) |
Voir DR1
D'après le document DR1, on constate que pour une même production finale
d'électricité et de chaleur, l'énergie de départ est plus importante. |Question 1.9 |En vous servant de vos réponses précédentes, rédiger une |
| |conclusion argumentée (5 lignes) sur le respect ou non de la |
| |problématique 1. |
| | |
Il s'agit ici de dire que ce type de centrale est :
. Respectueuse de l'environnement : énergie locale, captage des
particules fines et des oxydes d'azote...
. Performante énergétiquement : rendement et on constate que pour
une même production finale d'électricité et de chaleur,
l'énergie de départ est moins importante (DR1)
Problématique 2 : |Question 1.10|A l'aide de la chaîne cinématique ci-dessous, calculer la |
| |fréquence de rotation du tambour. |
Ntambour = Nmoteur / 30 = 1470/30 =49 tr.min-1 |Question 1.11|Calculer la vitesse linéaire de la bande Vbande |
| | |
|V=(xR | |
|(( en | |
|rad.s-1) | |
Vbande=?. Ntambour/30 x 0,2=1 m/s |Question 1.12|Estimer approximativement la surface grisée représentant la |
| |section de plaquettes acheminée à la chaudière par le convoyeur|
| |à bande n°3. Exprimer le résultat en m2 |
On peut estimer que la surface de plaquettes correspond à 12, 13 ou 14
carrés de 0,0036m2 chacun soit une surface comprise entre 0,0432m2 et
0,0504m2 [pic] |Question 1.13|A l'aide de vos deux résultats précédents, calculer le débit de|
| |plaquettes acheminées à la chaudière par le convoyeur à bande |
| |n°3. |
Qplaquette = Vbande x Splaquette = 1 x 0,043 = 0,043 m3.s-1 = 155 m3.h-1
Qplaquette = Vbande x Splaquette = 1 x 0,050 = 0,050 m3.s-1 = 181 m3.h-1
|Question 1.14|Conclure quant à la garantie d'approvisionnement en bois de la |
| |chaudière sachant que le chargeur est équipé d'un godet de 9m3 |
| |ayant une cadence d'un godet toutes les 5 minutes et que la |
| |consommation de la chaudière est de 90m3.h-1 (0,025m3.s-1). |
Choix effectué par l'U.E.M. : godet de 9m3.
La cadence de 1 godet toutes les 5 min étant fixée arbitrairement, cela
permettra l'alimentation de la chaudière.
Quant au débit calculé du tapis, il dépasse largement les besoins de la
chaudière (90 m3.h-1).
Problématique 3 : |Question 1.15|En vous aidant du résultat de la simulation du modèle du |
| |détecteur de flammes ainsi que du schéma logique sur le |
|DT5 |document technique DT5, analyser ces courbes et justifier quel|
| |est le spectre (1 ou 2) où il y a présence d'un feu carboné. |
Spectre 1 : Les 3 filtres IR ne sont pas à l'état haut donc l'alarme n'est
pas générée. Le spectre 1 n'est pas un feu carboné. C'est un spectre de
rayonnement infrarouge perturbant.
Spectre 2 : Les 3 filtres IR sont à l'état haut donc l'alarme est générée.
Le spectre 2 est un feu carboné car il possède un maximum (filtre 2) et
deux minimums (filtre 1 et 3).
|Question 1.16|Calculer l'adresse en décimal du capteur de flamme qui a |
| |signalé une alarme et conclure que cette valeur est conforme à|
|DT6 |la plage d'adresses préconisées par le constructeur |
Les commutateurs sur « On » sont 1, 3, 4, 6 et 7. La valeur de l'adresse
est (1 + 4 + 8 + 32 + 64 = 109). Cette valeur correspond bien à la plage
préconisée par le constructeur (de 5 à 250).
|Question 1.17|A partir du diagramme des exigences sur le document technique |
| |DT7 préciser le type de caméra IP qui doit satisfaire |
|DT7