STI2D : Enseignements Technologiques Transversaux

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1 STI2D : Enseignements Technologiques Transversaux Activité : Etude des transfert énergétiques dans la cafetière Nespresso Problématique : On calcule la puissance électrique consommée, on détermine l énergie thermique d une tasse de café chaud. A l aide de ces deux résultats on vérifie les lois de transferts énergétiques Conditions de réalisation de l'activité Compétences visées : CO5.2 CO5.3 Année Terminale STI2D ETT Période 2 e trimestre Groupe de travail Groupes de 4 ou 3 Lieu et type de travail Salle de classe Matériel à disposition PC, maquette instrumentée, «énergimètre», oscilloscope, thermomètre Durée de l'activité 3 heures + 2 heures de cours Nombre de séances 1 semaine Identifier des variables internes et externes utiles à une modélisation, simuler et valider le comportement du modèle Évaluer un écart entre le comportement du réel et le comportement du modèle en fonction des paramètres proposés Connaissances visées : Comportement énergétique des systèmes Modèle de comportement Coordination avec : Maths Physique Échange thermique Prérequis : Puissance électrique, puissance thermique, modélisation des systèmes (Sys Ml), algorithme Lycée du Taaone - Tahiti Polynésie Française NOM Prénom Classe Date Page de présentation

2 Diagramme des exigences (activité 1.1) Travail demandé (part 1.1) : Document à compléter (4 réponses attendues)

3 Cas 1 Cas 3 Cas 2 Travail demandé (part 1.2) : A quel cas d utilisation se rapporte la cafetière Nespresso? (une réponse attendue) Diagramme des cas d utilisation (activité 1.2)

4 Travail demandé (part 1.3.1) : Ce diagramme de séquences comprend 2 tests notés [ALT] Complétez ces deux tests par si et sinon (cadres rouges) (4 réponses attendues) Diagramme de séquences

5 Travail demandé (part 1.3.2) : Complétez l algorithme ci contre en vous référant au diagramme SD précédent (3 réponses attendues) La chaudière et la pompe fonctionnent Ensemble Séparément Cochez la bonne case Diagramme de séquences

6 Travail demandé (part 1.4) : Document à compléter (paramètres (?) + sens de la flèche pour la carte électronique + signification de 1 et de 2) (14 réponses attendues) Diagramme des blocs internes (activité 1.3)

7 Diagramme des blocs (activité 1.4) Travail demandé (part 1.4) : Document à compléter : Carte électronique (ressources) (8 réponses attendues)

8 Activité 2.1 : Paramètres énergétiques (données constructeurs) On se propose de déterminer les transferts énergétiques pour obtenir une tasse d eau chaude à partir d une eau froide contenue dans le réservoir Problématique : Comment ne prendre en compte que la dépense énergétique liée à la chaudière? Comment ne prendre en compte que la dépense énergétique liée à la pompe? Comment mesurer les paramètres énergétique liés au chauffage de l eau? Comment mesurer les paramètres énergétiques liés à la pompe? Partie 1 : Dans la mesure du possible complétez le tableau suivant d après les informations constructeur 1 Paramètres Données constructeur Tension en volts Intensité en ampère Fréquence en Hertz Puissance en watts chaudière pompe accessoires total Activité 2.1 : paramètres constructeur

9 Élève 4 Élève 3 Élève 2 tous Elève1 Activité 2.2 : Paramètres énergétiques électriques, thermiques et fluidiques 2 Paramètres Mesures série 1 Mesures série 2 Mesures série 3 Tension en volts (voltmètre) (notice) Intensité en ampère(ampèremètre) Puissance en watts (à calculer) chaudière pompe chaudière pompe chaudière pompe Temps en secondes (chronomètre) Température initiale de la chaudière (afficheur) Température finale de la chaudière(afficheur) Température initiale de l eau (dans le réservoir) Température finale de l eau (dans la tasse) Débit (oscilloscope) (notice) Pression (manomètre) Activité 2.2 : mesures

10 Activité 2.3 : Paramètres énergétiques thermiques On se propose de vérifier le temps de préchauffage annoncé par le constructeur Problématique : La résistance permet de chauffer l eau indirectement. Elle doit d abord chauffer, la céramique, le corps, la conduite d eau et enfin l eau. Corps du corps de chauffe Conduite d eau en acier inox Eau M1 : Masse de la céramique 21 g M2 : Masse du corps 330 g M3 : Masse de la conduite 65 g M4 : Masse de l eau 15 g Transfert de chaleur de la résistance vers l eau Céramique Activité 2.3 : paramètres thermiques 1

11 Activité 2.3 : Paramètres énergétiques thermiques 3 mesures chaudière DT en t en s Qs pour M1 en joules Qs pour M2 en joules Qs pour M3 en joules Qs pour M4 en joules Qs total en joules Qs total en watts.s P en watts Mesures 1 Mesures 2 Mesures 3 Le temps annoncé par le constructeur est de : 25 s pour une montée en température de 75 Vos conclusions (justifier) Activité 2.3 : paramètres thermiques 2

12 Activité 2.4 : Paramètres énergétiques fluidiques 4 mesures pompe P en Pascal Q en m 3 /s P en watts Mesures 1 Mesures 2 Mesures 3 Activité 2.5 : Transferts énergétiques : conclusions On se propose de corréler les résultats obtenus afin de déterminer le rendement énergétique de la cafetière Problématique : Comment comparer la puissance électrique absorbée et les puissances thermique et fluidique calculées On reportera les résultats obtenus précédemment dans le tableau ci-dessous 5 Puissance électrique Puissance thermique Puissance fluidique rendement Vos conclusions (justifiez vos résultats et les éventuels paramètres qu il aurait fallu prendre en compte) Activité 2.4 / 2.5 : transfert énergétique

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