SCIENCES DE L'INGENIEUR

Niveau : Première générale, enseignement de spécialité SI

 
  1. L'électricité et ses risques
  2. Les lois de l'électricité
  3. Analyse fonctionnelle d'un robot
  4. Codage de l'information
  5. Acquisition de l'information : Les capteurs
  6. Communiquer
  7. Alimenter les systèmes
  8. Distribuer l'énergie électrique
  9. formulaire
 
  1. Les puissances de 10
  2. Utilisation de la calculatrice
  3. Ecrire des équations en LaTeX
  4. Lampe autonome
  5. Energie et autonomie
  6. Représentation de l'information
  7. Acquisition de l'information
  8. Communiquer : projecteur scénique
  9. Alimenter : Centrale hydroélectrique
 
  1. Eclairage de vélo
  2. Afficher une information lumineuse
  3. Projet Blob de Thomas Pesquet
  4. Fournir l’énergie électrique au V.A.E
  5. Tapis de course interactif
  6. Etude des capteurs du Robot
  7. Thermomètre numérique
  8. Décoder un mot mystère
  9. Programmer en langage python
 

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TD : ENERGIE ET AUTONOMIE

Exercice 1 : autonomie d'une batterie

On souhaite faire fonctionner le moteur électrique, de référence RS-540SH, d'un modèle réduit au couple maximum (AT MAXIMUM EFFICIENCY), pendant 15 minutes.

  • Calculer la puissance Pa absorbée par le moteur pour la tension nominale (NOMINAL VOLTAGE).
    • P =

  • Calculer la capacité Q (en Ah) de la batterie.
    • Q =

    Exercice 2 : capacité et énergie d'une batterie

        

    La batterie d’une automobile possède les caractéristiques suivantes :

    • force électromotrice : U=12 V
    • capacité : Q=42 Ah.

    Lors d’un stationnement, les quatre feux-de-position ayant chacun une puissance de 5 W sont restés allumés 24 heures. En supposant que les grandeurs électriques ne varient pas, calculer :

  • L’énergie Eb (en Wh) que peut fournir la batterie.

    • Eb =

  • Le courant I débité par la batterie pour alimenter les 4 feux de position
    • I =

  • La quantité de courant Q (en Ah) délivrée par la batterie en 24 h.
    • Q =

  • La valeur de l’énergie Ep (en Wh) transférée aux feux de position en 24h
    • Ep =

  • Quelle est l’énergie en Wh, puis en Joules restante Er dans la batterie ?
    • Er =

  • Combien de secondes, le conducteur pourra-t-il actionner le démarreur, avant que la batterie soit complètement vide, sachant que la puissance du démarreur est de 1200W. 
    • t =

    Exercice 3 : dimensionner une batterie

    Le moteur d’un vélo à assistance électrique consomme en moyenne 150W sous 36V pour se déplacer à une vitesse de 25km/h. Déterminer :

  • La capacité de la batterie afin de pouvoir parcourir une cinquantaine de km.
    • Q =

    TypeTension d'une celluleCapacité
    Ni-Mh1,2V8000 mAh
    Li-ion3.6V4000 mAh

    D'après ce tableau ci-dessus, déterminer :

  • Le nombre de cellules Ni-Mh à mettre en série et en parallèle, pour obtenir un pack batterie permettant de parcourir 50 km environ.
    • P = Nombre de celulles a associer en series :

  • Même question avec des accumulateurs de type Li-Po.
    • P = Nombre de celulles a associer en series :

    Exercice 4 : panneaux photovoltaïques

        

    Un panneau solaire est composé de cellules photovoltaïques permettant de transformer l’énergie fournie par le soleil. Chaque cellule a une puissance P égale à 1,2 W et une tension nominale U égale à 0,48 V.

  • Calculer l’intensité maximale fournie par cette cellule.
    • P =

    Le panneau solaire est composés de cellules photovoltaïques montées en série pour obtenir une tension nominale de 12V.

  • Calculer le nombre de cellules de tension nominale 0,48V nécessaires pour obtenir un panneau solaire de tension nominale 12 V, puis la puissance utile que peut fournir ce panneau.
    • Nombre de cellules :

    Le panneau solaire est de forme rectangulaire. Il a les dimensions suivantes : 427 mm × 633 mm. En France métropolitaine, le soleil fournit en moyenne 1 000 W/m².

  • Calculer la puissance absorbée par le panneau solaire.
    • Pa =

  • Calculer le rendement du panneau. 
    •  = $

    Exercice 5 : les éoliennes

        

    Une tranche de centrale nucléaire a une puissance P = 900 MW. Cette puissance est fournie au réseau en moyenne 200 jours par an. Une éolienne fournit par an une énergie E = 0.5 GWh.

  • Calculer le nombre d’éoliennes de ce type nécessaires pour remplacer une tranche de centrale nucléaire.
    • Energie annuelle fournie par la tranche :

    Exercice 6 : Station de recharge solaire pour vélo

    station de recharge

    Contexte

    Dans une ville engagée dans la transition énergétique, un parking dédié aux vélos électriques est installé à proximité d'une station de transport en commun (gare, tramway, etc.). Ce parking vise à encourager les citoyens à utiliser des moyens de transport écoresponsables. Pour garantir un service autonome, écologique et fiable, une borne solaire de recharge est mise en place pour permettre aux usagers de recharger leurs vélos électriques en toute simplicité. Une batterie tampon permettra de compenser les jours sans soleil.

    Fonctionnement :

    • Les usagers garent leur vélo électrique sous un abri équipé de panneaux solaires.
    • Pendant qu’ils prennent le train ou un autre transport public, leur vélo se recharge automatiquement grâce à la borne solaire.
    • La borne est équipée d’un système de verrouillage sécurisé et d’un indicateur de charge visible pour chaque emplacement.
    • Elle permet de recharger 5 vélos par jour.

    Caractéristiques des vélos

    • Energie moyenne de la batterie de chaque vélo : 500 Wh.
    • Temps de charge quotidien estimé : tc = 5 heures/vélo.

    Caractéristiques du panneau solaire

    • Rendement du panneau solaire : 18%.
    • Puissance : 2200 W.
    • Tension : 60V.
    • Dimension Lxl en m : 2m x 5m.
    • Durée moyenne d’ensoleillement : 5 heures par jour.

    Caractéristiques de la batterie tampon

    • Capacité de la batterie : 210 Ah.
      • Tension de la batterie : 51.2V.
    • Technologie : lithium-ion

    Objectifs

    1. Vérifiez si la batterie tampon est suffisante pour recharger les vélos en une journée.
    2. Vérifier la dimension du panneau solaire nécessaire pour compenser la recharge quotidienne.

    Questions

    Les caractéristiques d’une cellule lithium-ion sont :

    • U = 12.8 V
    • Q = 70 Ah

    Q1. D’après les caractéristiques de la batterie et celle d’une cellule, déterminer la composition du pack batterie : nombre de cellules parallèles et séries. Indiquer l'abréviation de la batterie (...S...P)

    Q2. D’après les caractéristiques des vélos, Calculer l’énergie nécessaire pour recharger entièrement les batteries de 5 vélos.

    Q3. D’après les caractéristiques de la batterie, calculer la capacité en Ah, utilisée pour une journée de charge. Calculer le nombre de jours sans ensoleillement pendant lesquels la station peut fonctionner sans recharger le batterie tampon.

    Q4. D’après les caractéristiques de la batterie, calculer l’intensité que doit fournir le panneau solaire pour recharger 210 Ah en une journée d’ensoleillement. Calculer ensuite la puissance du panneau solaire. Justifier si la puissance du panneau solaire choisi est suffisante pour recharger la batterie tampon en une journée.

    Q5. En gardant une puissance de réserve, les ingénieurs ont choisi un panneau solaire d’une puissance utile de 2200 W. La puissance délivrée par le soleil est de 1000 W/m². Calculer la puissance absorbée, délivrée par le soleil, en tenant compte de son rendement. Calculer ensuite la surface du panneau solaire. Vérifier que le panneau solaire choisi possède la bonne dimension.

    Fond : Texte : Tables :