Décomposition du devoir sur table

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1 1STI2D Page : 1 / 10 Nom : Décomposition du devoir sur table I Questions de cours (4 points)...2 II Puissances et énergies (5 points)...3 III Rappel des données standardisées...5 IV Notion de lumière (11 points)...6 IV.1 Exercice 1 (1,5 point)...6 IV.2 Exercice 2 (1 point)...6 IV.3 Exercice 3 (1 point)...7 IV.4 Exercice 4 (1 point)...7 IV.5 Exercice 5 (1 point)...8 IV.6 Exercice 6 (1,5 point)...8 IV.7 Exercice 7 (1,5 point)...9 IV.8 Exercice 8 (1,5 point)...9 IV.9 Exercice 9 (1 point)...10 Barème I Questions de cours Question 1 / 0,5 Question 2 / 0,5 Question 3 / 1,5 Question 4 / 1,0 Question 5 / 0,5 II Puissance et énergie Exercice complet Point de bonus (dernière question) IV Notion de lumière Exercice 1 / 1,5 Exercice 2 / 1,0 Exercice 3 / 1,0 Exercice 4 / 1,0 Exercice 5 / 1,0 Exercice 6 / 1,5 Exercice 7 / 1,5 Exercice 8 / 1,5 Exercice 9 / 1,0 / 5,0 / 1,0 L'usage de la calculatrice est autorisé à condition qu'elle soit autonome et sans imprimante. Seul le document regroupant les trois abaques des flux lumineux des trois catégories de lampes est autorisé. Pour toute tentative de fraude ou de fraude avérée le candidat se verra attribué la note zéro. Toutes les parties et exercices sont indépendants les uns des autres et peuvent être traités dans le désordre. Total / 20

2 1STI2D Page : 2 / 10 I Questions de cours (4 points) Question 1 : Donnez une définition de la tension? (0,5 point) Question 2 : Donnez une définition du courant électrique? (0,5 point) Question 3 : Donnez la relation physique entre l'énergie électrique, la tension, le courant et le temps. (Vous donnerez les noms et les unités associés aux grandeurs utilisées). (0,5 + 1 point) W = U : I : t : W : Question 4 : Donnez la relation physique entre la puissance électrique en régime continu, la tension et le courant. (Vous donnerez les noms et les unités associés aux grandeurs utilisées). (0,5 + 0,5 point) P = P : U : I : Question 5 : Donnez la relation physique entre le rendement, la puissance de sortie et d'entrée d'un dispositif ou d'un système. (Vous donnerez les noms et les unités associées aux grandeurs utilisées).(0,5 point) η = η : P E : P S :

3 1STI2D Page : 3 / 10 II Puissance et énergie (6 points) Les caractéristiques constructeur du treuil ci-contre sont les suivantes : - Référence : 6531C200 - Boite à bouton basse tension : NON - Vitesse de levage en m/min. sur 1 brin / 2 brins : 8 /4 - Longueur de câble 1 brin / 2 brins : 12 /6 m - Diamètre du câble en mm : 3 - Puissance moteur : 420 W - Tension : 230 V ~ 50 Hz - Longueur x largeur x hauteur en mm : 330 x 130 x Masse de l'ensemble en kg : 12 - Type de frein : manque de courant - Rendement moteur/génératrice : 84 % - Rendement réducteur : 98 % - Charge maximale admissible par le treuil : 450 kg Ce treuil est utilisé sur un petit chantier et sert à remonter du matériel et des tuiles (toiture) du rez-dechaussée à la dalle du dessus dont la hauteur est de 2,80 m. Chaque transfert est effectuée grâce à une nacelle (masse : 12 kg) reliée au treuil par un mousqueton automatique et des sangles. La nacelle peut transporter jusqu'à 40 tuiles (masse : 4,5 kg chacune). La toiture complète contient tuiles réparties sur chacun des deux pans de toit. Il est rappelé que le prix du kwh facturé chez E.D.F. s'élève à 0,1346 /kwh au 1 e Janvier Le but de cette étude est de déterminer le prix de revient pour l'utilisation de ce treuil sur le chantier. Question I.1 : Déterminez le nombre de montées nécessaires pour recouvrir le toit de tuiles (0,5 point). Question I.2 : Déterminez l'énergie W MON nécessaire à la montée d'une série de 40 tuiles (0,5 point). Question I.3 : L'utilisation du treuil étant sur deux brins, déterminez la durée t 2B de la montée (0,5 point). Question I.4 : En déduire la puissance de montée P MON (0,5 point). Question I.5 : Déterminez l'énergie récupérée W DES lors de la descente de la nacelle seule (0,5 point). Question I.6 : La durée de descente restant la même, en déduire la puissance P DES de descente (0,5 point).

4 1STI2D Page : 4 / 10 Question I.7 : Concluez en calculant la puissance totale P T nécessaire à la couverture du toit ainsi que la durée totale de fonctionnement du treuil t T (1 point). Question I.8 : En vue du rendement du réducteur de vitesse, déterminez la puissance totale P TR à fournir au réducteur (0,5 point). Question I.9 : En vue du rendement du moteur électrique, déterminez la puissance électrique totale que consommera le moteur (0,5 point). Question I.10 : Déduire des réponses précédentes, le coût en énergie électrique (1 point).

5 1STI2D Page : 5 / 10 III Rappel des données standardisées Activité Éclairement (lx) Activité Éclairement (lx) Lecture, travail d'écolier 300 Salle de dessin Chambre 200 Hôtels réception, hall 300 Cuisine 300 Scieries 150 Couture 500 à 750 Couloirs de circulation 100 Travail aux machines 500 Salle de cinéma 50 Lampe à incandescence Puissance électrique consommée en W Flux lumineux émis en lm Lampe de substitution (Fluo Compact) Puissance électrique consommée en W Flux lumineux émis en lm Tube fluorescent Puissance électrique consommée en W Flux lumineux émis en lm Type Plafond Mur Plan de travail Clair, lumineux 7 à 8 5 à 7 3 Moyen, propre Sombre, foncé Tableau d'utilance U Pour J = 0 Pour J = 1/3 Facteur de réflexion estimé K = Indice du local K = 1, K = K =

6 1STI2D Page : 6 / 10 IV Notion de lumière (11 points) IV.1 Exercice 1 (1,5 point) Une bibliothèque possède des salles de lecture de 4,5 m sur 4,2 m. Il a été estimé que les lampes actuelles (deux de puissance 60 W chacune) sont insuffisantes pour offrir des conditions correctes à ses lecteurs. Il faudra également moderniser le procédé d'éclairage et remplacer ces lampes par des tubes fluorescents de 36W. Préciser l éclairement actuel, le nombre de lampes modernes qu il convient d installer pour obtenir l éclairement recommandé, la puissance consommée au départ, la puissance électrique consommée après modernisation et le pourcentage d'économie énergétique réalisé suite à cette modernisation. Flux lumineux actuel : Surface éclairée : Éclairement actuel : Éclairement recommandé : Flux utile nécessaire : Flux à émettre : Nombre de luminaires proposés : Puissance électrique consommée : Puissance électrique consommée au départ : Rapport d'économie énergétique (en %) : IV.2 Exercice 2 (1 point) Un atelier de machines outils possède les dimensions suivantes : 24 m sur 12 m. L éclairage doit être assuré par des luminaires équipés chacun de 2 tubes de 36 W (1,20 m). En vue de l'environnement hostile et poussiéreux, il sera nécessaire d'en tenir compte et d'ajouter 25 % au flux lumineux à émettre. Déterminer la puissance installée en éclairage. Éclairement recommandé : Flux lumineux nécessaire : Flux à émettre : Nombre de lampes à mettre en place :

7 1STI2D Page : 7 / 10 Déduction du nombre de luminaires : Puissance électrique installée en éclairage : IV.3 Exercice 3 (1 point) Un atelier de couture mesure 9,6 m par 6,2 m. Il est équipé de globes munis d une seule lampe de substitution de type Fluo Compact. Le travail soigné demandé requiert un éclairement maximal. Déterminer le nombre de lampes et la puissance installée (puissance globale la moins gourmande en énergie possible). Cette atelier étant très peu poussiéreux, il ne nécessitera pas d'ajout particulier au niveau du flux lumineux à émettre. Éclairement recommandé : Flux minimal : Flux état neuf : Nombre de luminaires : Puissance totale installée : IV.4 Exercice 4 (1 point) Un couloir a pour dimensions 12 m de longueur et 2,5 m de largeur. Les luminaires sont fixés à 0,95 m du plafond, la hauteur sous plafond est 3,5 m. L ensemble des parois est très clair et lumineux, l éclairement souhaité au sol est de 100 lx ; le rendement des appareils est estimé à 0,6. Choisir les lampes de substitution qui conviennent. Flux utile Φ u : Indice du local K : Rapport de suspension J : Facteur de réflexion : Utilance U : % Flux à émettre Φ t : Choix des lampes qui conduiront à la plus grande économie d'énergie :

8 1STI2D Page : 8 / 10 IV.5 Exercice 5 (1 point) Un couloir identique possède des revêtements sombres et les luminaires sont fixés au raz du plafond, les autres paramètres restant inchangés. Rechercher le flux à émettre pour obtenir le même résultat. Indice du local K : Rapport de suspension J : Facteur de réflexion : Utilance U : % Flux à émettre Φ t : Que pouvez-vous conclure? IV.6 Exercice 6 (1,5 point) Un magasin de lingerie est équipé actuellement de lampes de 75 W à incandescence. Pour des raisons de sécurité incendie, des luminaires de remplacement sont installés ( avec deux tubes de 18 W). Ce magasin fait 16 m de longueur et 5,5 m de large, les présentoirs sont situés à 1,1 m du sol, les luminaires sont à 10 cm du plafond, la hauteur sous plafond étant 2,80 m. Le facteur de réflexion est estimé à 753. Dans ce genre d activité l éclairement souhaité est de 300 lx. Déterminer le nombre de luminaires à installer si la déperdition due aux dépôts de poussière est estimé à 15%. Flux utile Φ u : Indice du local K : Rapport de suspension J : Utilance U : Flux à émettre Φ t : Nombre de luminaires de départ : Puissance absorbée de départ : Nombre de lampes de remplacement : Nombre de luminaires de remplacement : Puissance électrique consommée : Pourcentage de la puissance précédente : Conclusion :

9 1STI2D Page : 9 / 10 IV.7 Exercice 7 (1,5 point) Un bureau (meuble) dont le dimensions sont de 1,6 m par 1,1 m doit être équipé de deux luminaires munis chacun d'une lampe halogène basse tension. La hauteur entre le plateau et le luminaire est de 50 cm. Les mûrs et le bureau sont de couleurs blanche et beige clair. L'éclairement recommandé est de 300 lx. Le cache en verre des luminaires sera peut-être sali par les poussières et le tabac de son utilisateur, par conséquent, il faudra tenir compte d'une atténuation de flux lumineux de 25 %. Les rendements direct et indirect sont les suivants : η d = 0,84 et η i = 0,22. Les utilances directe et indirecte seront considérées identiques. Le rapport de suspension sera considéré de 1/3. Déterminez le flux et la puissance des lampes à mettre en place. Détermination du flux utile : Indice K : Flux total à émettre en état neuf : Flux émis en état neuf par luminaire : Choix des lampes : Puissance électrique consommée : IV.8 Exercice 8 (1,5 point) Un hangar de machines de production possède les dimensions suivantes : 22 m sur 42 m. Les luminaires sont suspendus à une distance de 0,5 m du plafond et se trouvent à une hauteur de 3,5 m par rapport au sol. Le hangar voit ses mûrs formés de tôles galvanisées et de poutres métalliques (réflexion estimée moyenne). L éclairage est assuré par des projecteurs halogènes de 500 W dont le rendement effectif est de 0,88. Déterminer la puissance installée en éclairage. Flux lumineux nécessaire : Coefficient de suspension J : Indice du local K : Coefficient de réflexion estimé : Utilance U : Flux total à émettre : Nombre de luminaires à mettre en place : Puissance électrique installée en éclairage :

10 1STI2D Page : 10 / 10 Proposez une autre solution moins gourmande en énergie électrique : Puissance électrique consommée via votre solution : Rapport d'économie énergétique : IV.9 Exercice 9 (1 point) Un atelier de couture fait 9,6 m sur 6,2 m. Il est équipé de luminaires munis d un seul tube. Le travail soigné demandé requiert un éclairement maximal. Le rendement global d'un luminaire est de 0,77. Éclairement recommandé : Flux minimal : Flux à émettre : Nombre de luminaires : Puissance totale installée :