UTBM sources d energie electrique 2006 gesc

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2ementdèleEL53:(Duréemac2saheures,ourdoetcumendetsenondiamètreautorisés)treMardisont27Questionjuinet2006endrL'examen(3estgrâcediviséeeen1troisrotorpartiesde:vitesse1.prQuestionsénerdequecourseur(6,5(1,5poloinget)c;son2.étudeExerciceNous1électricité:utilétudeded'un22systèmetéeéoliente,(3ellep(deoinunets)est;e3.tExerciceonsable2de:cvqueléhiculedémarpileadopteriezàercomutilbustibleo(10,5oinpleoincharts).dé1bQuestionsprdàepcourson(6,51psystèmeoinoints)osonsQuestiontationnsiteoune1t(1,5asyncpioindets).:préExpliquerlalesuivfunontctdotéeionnementtroisd'une14piletàvctr/mn).ombustidebleuiPEMFlorsqueCv(Schémacomprise+esprFinaléojetactions).développQuestiondenesogies2les(1,5lespchesoinvousts)p:développDonnerllesmoisations.dèlend'un4supperts)cDonnerondensateur,prexpldeiquergepdeourcharqueld'uneleatterierlesaisonélaautionscprapeacitéourdebcfonctionnement.eExercicedernier:estd'untréolienèspgrts)ande.propExpliquerl'étudebrl'alimenienèvementd'unlaisoléstructuràeéolienned'unisansupuneerhinechroneondensateurpuetssanclesnominalematériauxm/s.utilisés.etQuestionCettnéolienne,osen3sur(2gureppageoaninestts)mo:largemenDonnerrépandu,lesestpd'unoiànpalestm ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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2 ement dèle EL53 : (Durée mac 2 sa heures, our do et cumen de ts e non diamètre autorisés) tre Mardi sont 27 Question juin et 2006 endr L'examen (3 est grâce divisée e en 1 trois rotor parties de : vitesse 1. pr Questions éner de que cours eur (6,5 (1,5 p ol oin ge t) c ; son 2. étude Exercice Nous 1 électricité : util étude de d'un 22 système tée éolien te, (3 elle p (de oin une ts) est ; e 3. t Exercice onsable 2 de : c v quel éhicule démar pile adopteriez à er com util bustible o (10,5 oin p le oin char ts). dé 1 b Questions pr d à e p cours on (6,5 1 p système oin oin ts) osons Question tation n site o une 1 t (1,5 async p i oin de ts) . : pré Expliquer la le suiv f un on t ct dotée ionnement trois d'une 14 pile t à v c tr/mn). ombusti de ble ui PEMF lorsque C v (Schéma comprise + esp r Final é ojet actions). développ Question de n es o gies 2 les (1,5 les p ches oin vous ts) p : développ Donner l le s mo isations. dèle n d'un 4 sup p er ts) c Donner ondensateur, pr expl de iquer ge p de our char quel d'une le atterie r les aison é la autions c pr ap e acité our de b c fonctionnement. e Exercice dernier : est d'un tr éolien ès p gr ts) ande. prop Expliquer l'étude br l'alimen i en èvement d'un la isolé structur à e éolienne d'un isan sup une er hine c hrone ondensateur pu et ssanc les nominale matériaux m/s. utilisés. et Question Cett n éolienne, o sen 3 sur (2 gure p page o an in est ts) mo : largemen Donner répandu, les est p d'un oi à n pales t m/s s de forts tournan et à les vitesse p oisine oints 43 faibles Elle des capable diér fournir entes p éner ssanc gies nominale r la enouvelables du ? en Si est vous en étiez 1 r d'un 300kW 20m c disp de rapide que A ( B n Énergie p électrique p V é en estimé t c F duir rein o Arbre la len sous t i Fig. L 1 endement  de Schéma et de de princip gie e 96 de e l'é e olienne n Caractéristiques : de déterminer la disque mac de hine oser async c hrone é Ces de caractéristiques 2 son c t (0,5 dénies 'ensemble par 90 le r constructeur c lorsque gie la en mac ctrique hine estimé asyn- En c la hrone c fonctionne sur en de moteur ateur. . 3  in 4 utili p de ôl surfac e avoir s, olien rotor d'un à m cage de ; la  e alimen nique tation e : é 230 masse / Question 400 à V r  mé 50 anique Hz p ; )  l puissance 4 électrique à : % Arbre le âles. endement p la des onversion e l'éner diamètr mé ; anique  éner vitesse éle nominale o : est le à Déterminer %. : dé ts) e oin puissanc tr/mn. mé 2.1 anique Caractérisation onible de l'arbr l'éolienne lent (3 l'aér p génér oin Question ts) o Question (1 n o o t) 1 En (0.5 sant p loi oin Betz ts) la : e Compléter doit le le schéma é pr qui, op l'action osé vent en 15 indiquant /s, le ermet nom disp des de él pu éments ssanc A mé et a- B. nominale Question alculé n pr o c 2 demment. (1 a p volumique o l'air in est t) gale : . L e est P = 300kWUN N = 1485N ηm ηe ρ −31,225kg·m v nécessaire de Exercice : 2 fron : néce v  éhicule t pile te à p com ; bustible a (10  p ertisseur oin c ts) action 3.1 Fig Présen ; tation m du : problème 3 Ob omp je refroidissemen ct le ifs de L'ob  jectif brute de diéren l'exercice air est air de  dimensionner éhicule une ul pile t à Masse c kg om de bustible Co (puissance : brute,  puissance Diamètre nette, à surface la activ à e, ire nom de bre ; de 3 cellules, refroidissemen quan pile. tité  d'h  ydrogène comp à con em hine barquer) rendemen p électrique our de une la v aux oiture Fig. électrique de p du our caractéristiques une hi autonomie (v e 3) t suiv un : prol  de réducteur vitesse  donnés. : Présen Rapp tation ; du t système dans On x considère des l ecien e t système  donné compresseur par air la  gure p 2. e La eau pile ssa à au com t bustible l est pile de  t v yp tilateur e au PEF t C. la Elle  est  alimen  tée  directemen  t . en : h et ydrogène v sto mac c réducteur k tiel é t sous roues pression moteur (300 traction atm) haîne et nette en aux,const o de xygène compresseur au Rendemen mo 2 y Système en tr d'un Caractéristiques compresseur v à Les air. du La é pile c alimen e te, oir d'une . part son le les moteur an électrique s p  our : la v traction : de du la ; v Surface oiture, tale et réduction d'autre ort part,  le ; s  auxi ecien liaires de de énétration la l'air pile m que r l'on roues considérera ; au Co nom t bre roulemen de : trois r : ;  le en ηtH2 H2 IU PP P P P M = 1200 2S = 2,5 C = 0,3 C = 0,01 D = 0,52 r = 7,2 → η = 0,90t ne bustible est rapp donnée elle couran que véhicule la v force couran équiv (3) al pile e  n mo te p à couran la an résistance On de pile l'air le sur la un de v (4) éhicule c est pile donné la e sa par cellule l'équation de suiv en an 4(a) te densité : par On tension (5) à air a W la aux,const dih aut te v F, tilateur) de air nom en v v Fig. + des e sur x de omp adoptera (p statique puissance à (1) té où e Cette (tension est c la en vite densité sse : du 2 v la éhicule ge (en La m/s) puissance-densité et est le. gure air que la la masse jamais v V olumi ac,mi que par de rapp l'air en ( molaire pi et air 4 la constan par v ivrée et l la kg/m cellules 3 bre ). le La c résistance où de F s 3 roues Bilan sur for le es sol le (horizon Caractéristiques tal) la est On donnée un par dèle la de form pile ule com dé représen puissance c r courb la de soit olarisation que d'une quelle H r en onstante olts c fonction sance la (2) de où t puis- exprimée est mA/cm représen ) te par le gure p pa oids suiv du te. v caractéristique éhicule. de une de ble t ensem donnée t la consommen 4(b). tilateur souhaite en la v de le pile et soit e inférieure air 100 omp : p P la n que l considérera débitée air On On elle auxiliaires relation des tre Puissance débit C/mol). de (F ydrogène y le arada t F de par 1 2~F =− ρ v SC ~x, 2 v ρ ρ = 1,3 ~F =−P C ~x, P ~v ~Rr~y 1 2~F =− ρ v SC ~xx2 G ~x ~ ~F =−M gC ~x Fr r t ~P =M ~g V j V > 100V I In n˙ = ,2 2 n = 96485 P = 400 600 de puissance-densité de 200 couran W/cm t à Densité (mA/cm (mA/cm 600 2 de ) (b) 0.4 d'une 0.5 com- 0.6 t 0.7 ) 0.8 400 0.9 200 1 1000 1.1 pile 1.2 ) 0 densité 200 couran 400 de 600 com 800 Densité 1000 couran T à ension 2 de 100 cellul 300 e 500 bustible 0 (V) 400 0.3 800 (a) Densité Caractéristique puissance T (m ension-densité 2 de 0 couran Caractéristique t de d'une de cell t ule cellule de 5 pile bustible j j P V 293,15 est : puissance te électrique compresseur) du endan compresseur, 5 quan s t t à fonctionnemen elle, adopté n'est vitesse pas à constan d'air te pile. et érature dép c end ; de à la 3 puissance Le de s l 4 a ; pile. t Elle (représen est à donnée et par une la on form : ule 0 suiv le an 4 te l : t La constan comp  s. 1. 13 le t 2. endan base p 6 arrêt air 6. km/h p te ; 2. c où s co m rapp 4 st÷c en le km/h rapp syst quan 0 à à c km/h tension 20 de de ce décélération les 5. an ; la s l'air 6 égale (6) ; a t v pre ec est : é t à c le rendemen moteur t m du et compresseur accélération endan pression m du rendemen est t ; électrique ecien du égal moteur routier du routier compresseur de p divisé co 6 ecien 5 t t isen p tropique 0 de de l'air constan : brute km/h c 0 (7) 2 s de le te ecien constan de vitesse ort 4. la débit hiométrie massique te d'air surplus [kg/s] par ; ort s la pression tité atmosphérique théorique [atm] fournir) 7 en syst représen pression la de d' sortie cellule du la compresseur Dans (pression problème système) considérera [atm] donnée en suiv p tes capacité  thermique temp de de l'air km/h km/h est p à 20 K à  km/h rendemen 40 du [J/kg om de sseur K] c décélération constan 3. et temp ga érature à d'en km/h trée  de rendemen l'air du [K] (du La 0 v est aleur t du égal débit de d'air ; est la liée de à t la système puissance syst brute de ( atm ;  brute co ) t de est la à pile Cycle suiv adopté an cycle t de la (prol form vitesse) ule est suiv en an phases te : d'air !γ−1  γq˙ T c Pair e P = −1 η η P0 η η γ γ = 1,4 q˙air P0 P c c = 1004 · Te P P−7q˙ = 3,57×10 ν , V ν V Te η 70% η 90% P ν c (0,75 puissanc Questions e T doit outes ette les est parties e (de puissanc 3.2.1 P à et 3.2.5) et son esseur t p indép brute endan aximale tes. 6 3.2.1 nette,max Puissance pile motrice pile et pt) puissance de de c la ( mac la hine tension électrique puissanc (3 (0,75 p omp,max oin ar ts) (c.-à-d, Question (donner n maximale. o Que 1 nett (0,25 2) pt) Dimensionnemen : ible Déterminer on la nette r n elation les entr 5, e Déterminer le e, c ( ouple d'une 3.2 Question r l'expr sur ctrique les en r l oues : et brute la Question for le c ession e la de délivr tr Question action du ? délivr t ). du valeur véhicule. puissanc Question n n pt) o alors 2 éle (0,5 maximale pt) Fig : la Dé ? duir de e com la (2,5 puissanc la e que mé une c arrondie anique . 3) 7 m D'apr de es tr p action la en e fonction our de de la densité vites ant se numérique age tension et el de c,min la o for : c (numérique) e e de c tr c action de p c t l (sans le la de développ brute er) é du la véhicule. o Question : n la o c 3 (0,75 (0,75 fonction pt) sanc : 10 En e a pile ppl o iquant phase le cycle princip à e brute,max fondamental m de Calculer la la dynamique, numérique) exprime brute r e de Question f o açon (0,25 littér : ale vaut la la for e c ctrique e e de e tr (voir action . 2 que t pile en fournir fonction 3.2.2 de t . la air à , bust Fig 1/2 , pt) (voir ar v suite , admettra pile la v a , puissance la maximale , à ar la r Question , o d (0,25 p : d ès e gur . 4(a) Question 4(b) n age o déterminer 4 densité (0,25 puissanc pt) maximale. : p Dé c duir densité e puissanc des la questions de pr our é maximale c de é ) dentes la l' minimale expr c ession lule littér valeur ale ). de n la 8 puissanc pt) e Donner mé ession c de anique puissanc é éle m du développ ompr é la e omp p fonction ar la les d'une r el oues. u Question e n c o Quel 5 et (1 la pt) e : pt) L délivr a e puissanc ar e pile. mé n c 9 anique pt) maximale Quel sur est un puissanc cycle de r ompr outier maximale est c atteinte en en de n puis- d'ac e c maximale él brute,max é- é r p ation la de ? la n pr 7 emièr ette Γ F P v F vF ρ v S M g C t P t = 5s P 32kW jm V P V (j) P P P P et d'une Pa) Dimensionnemen de t atm) de l'utilisation la auxiliair pile ? à (on com plus bust la ible ( 2/2 n (1 les p onsommé oin Quel t) à P sto ar loi la pr suite le on e admettr ol a pt) que tr la les pile e a er une 8 puissance sur brute 16 maximale (en arrondie de à dans 3.2.3 que onse. pr . app Question arfaits n où, o atm 11 e (0,5 [m pt) gaz : sour Quel atur le 3.2.5 doit n êtr ensez-vous e ombustible la voitur surfac pt) e d'une active e totale à ép atteries tot Dans de ours la gène pile (en ? kilomètr Question n n pt) o le 12 es-cub (0,5 litr pt) o : ar Quel voitur est oser le gaz nombr sous e de minimal On de le c gaz el ? lules R r est c [Pa] à 101 mettr le e moles en du série ] sur onstante la arfaits pile e ? d'une 3.2.4 temp Consommation outier) é ain, n de e ,75) r 17 g Que étique l'ut (2,25 à p dans oin de ts) ? Le 18 prol Quels de de la c puissance de brute asso de la la ombustible pile les sur les le ondensateurs cycle typ est ar donné ol par o la c gure e 4 moles) page 100 suiv es an Justier te. o On (0,5 supp : osera est que volume le mètr nom e bre en de es) cellules dihydr de gène la emb pile quer est la égale e à supp 180. a Question le n est o cké 13 une (0,75 ession pt) 300 : ? Quel r le el est la l'éner des gie p délivr : é avantageuse e la p le ar est-el la la pile ession sur (1 le e cycle 325,024 donné puissanc ? nombr Question de n de o volume 14 gaz (0,25 3 pt) R : c Sachant des que p c R e auxiliair cycle c c [J/mol orr K] esp la ond ér à e 186 autor mètr pr es, [K] quel Questions est réexion le 1 nombr Question e o de (0,75 cycles : la p cycles de à ilisation ee pile ctuer c p seule our la p action ar la c e ourir Question 100 o km. (1 Q : uel sont le avantages est l'utilisation alors sour l' e éner e g puissanc ie (SAP) c cié orr à esp pile ondante c ? tel Question que n b o ou 15 sup (0,75 c pt) ? : quel Quel e le p est c la (pr quantité urb de dihydr Question 45kW S n n P V = n T P = n V = 8,314 · T T = 293,15 1 an 6 9 sur 8  7 par 6 oin 5 (A) 3 de 4 9 2 t 10 tableau -10 : 25 un 30 la Puissance brute (k puissanc W) Pr T Fig. emps 3 (s) 4 cycle donnés brute le 15 suiv 10 t 5 p 0 t 40 (s) 30 pile 20 de 10 brute 0 (W) 20 e Les la co ol o 2 r 4 données 10 des 8 p 7 oin 5 ts 9 son 1 P t I(t) P 0 2,5 456 5 362 43000 5 18 3000 10 18 3000 10 2,5 456 17 2,5 456 17 7,5 1300 23 7,5 1300 23 2,5 456 30 2,5 456
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