T.P. N 10 DE THERMO-MECA CHAUFFE-EAU SOLAIRE. Matériel. I. Description du chauffe-eau solaire. 1. Constitution

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1 BTS TIL \ Mécanique et Therodynaique \ Chauffe- solaire T N 10 DE THERMO-MECA CHAUFFE-EAU SOLAIRE Les buts du T sont les suivants : effectuer un bilan énergétique sur un chauffe- solaire, voir l influence de l effet de serre Matériel 1 chauffage solaire 1 ètre 1 balance 1 centrale d acquisition H 1 capteur de puissance luineuse surfacique 1 alientation de puissance I Description du chauffe- solaire 1 Constitution spot 1000 W q retour robinet θ S θ B pann solaire θ E arrivée robinet chauffe- Le dispositif possède quatre vannes qui perettent de sélectionner la circulation de l Soit on a un circuit ouvert où l provient du robinet et est évacuée à l évier (régie peranent) Soit on a un circuit feré où une certaine quantité de asse d est stockée dans le et est is en circulation par une pope iergée (régie non peranent) 1

2 2 Instruents de esure BTS TIL \ Mécanique et Therodynaique \ Chauffe- solaire Le dispositif est équipé de plusieurs capteurs : un capteur de débit pour esurer le débit d q deux capteurs de tepérature (therocouple de type T) pour esurer les tepératures de l à l entrée θe et à la sortie θs du pann solaire un capteur de tepérature (therocouple de type K) pour esurer la tepérature de l dans le θb un capteur de puissance luineuse surfacique I Tous les capteurs sont reliés à la centrale d acquisition H le capteur de débit q fréquenceètre Advanced LF 3HZ SLOW les 2 capteurs de tepérature θe et θs theroètre (therocouple de type T) le capteur de tepérature θb theroètre (therocouple de type K) le capteur de puissance surfacique I voltètre continu II Circulation de l en circuit ouvert Avec ce ode de circulation, on est en régie peranent On va donc utiliser la centrale d acquisition H directeent sans passer par l ordinateur Configurer les différentes voies rograer une série de 10 esures autoatiques dont vous relèverez la oyenne Régler les vannes de anière à alienter le pann solaire en circuit ouvert ( du robinet évier) Jouer sur le robinet et sur une vanne pour fixer le débit aux alentours de 50 gs -1 1 uissances luineuses reçues a Sans plaque de polycarbonate La surface du pann solaire peut être divisée en douze surfaces identiques Un point blanc est dessiné au ilieu de chaque surface Repérer ces douze points blancs Mettre en arche le spot luineux Utiliser le capteur de puissance luineuse surfacique pour esurer les 12 puissances surfaciques correspondant à chaque surface Ii En déduire la puissance surfacique oyenne : I = Coparer les deux puissances luineuses Coent peut-on interpréter cet écart? En déduire le facteur de transission τ de la plaque de polycarbonate I i 12 i=1 Mesurer la surface du pann solaire : S En déduire la puissance luineuse reçue par le pann solaire : lui = IS b Avec plaque de polycarbonate lacer la plaque de polycarbonate sur le pann solaire Faire à nouv les esures pour en déduire la nouvelle puissance luineuse

3 2 uissances theriques du pann solaire a Sans plaque de polycarbonate BTS TIL \ Mécanique et Therodynaique \ Chauffe- solaire Retirer la plaque de polycarbonate et lorsque le régie peranent est établit (θs constant), relever θs, θe et q Calculer la puissance therique reçue par l à la traversée du pann solaire : = q c(θs θe) On donne la capacité therique de l : c = 4,18 Jg -1 K -1 Calculer le rendeent du pann solaire : Rsans plaque = b Avec plaque de polycarbonate lacer la plaque de polycarbonate et lorsque le régie peranent est à nouv établit (θs constant), relever θs, θe et q Calculer la puissance therique ainsi que le rendeent du pann solaire Ravec plaque our lui, on prendra la valeur obtenue sans plaque de polycarbonate Coparer les deux puissances theriques du pann solaire ainsi que les deux rendeents A basse tepérature, quelle est la configuration (avec ou sans plaque) la plus rentable? lui III Circulation de l en circuit feré Avec ce ode de circulation, on n est plus en régie peranent Les tepératures varient au cours du teps On va donc piloter la centrale d acquisition H par l ordinateur à l aide du logiciel BenchLink Data Logger Relier la centrale d acquisition H au C avec la liaison série et configurer les différentes voies dans le logiciel rograer une durée de 20 s entre chaque esure Le but de cette deuxièe partie du T est de voir l influence de la tepérature sur le rendeent du chauffe- solaire dans les deux situations suivantes : sans plaque de polycarbonate puis avec plaque de polycarbonate lui ann solaire perdue Expressions des puissances theriques : uissance reçue par l à la traversée du pann solaire : = q c ( θ θ ) uissance perdue par le pann solaire : perdue = lui uissance reçue par l dans le du chauffe- : = c 3 S E B

4 1 Sans plaque de polycarbonate BTS TIL \ Mécanique et Therodynaique \ Chauffe- solaire a Configuration En circuit feré, l qui circule est popée dans le Au préalable on doit replir le avec une certaine asse d On fixe la asse à 3 kg pour que l expérience ne dure pas trop longteps Après avoir déplacé le euble à roulettes sous le, ettre le sur la balance Replir le avec environ 3 kg d Noter la asse pesée Replacer le à sa place En fait avant de ettre en arche la pope, les tuyaux de cuivre sont déjà replis d Sachant que le diaètre intérieur du tuyau en cuivre est de 8 et qu on estie la longueur du tuyau est d environ 6, calculer le volue d contenue dans la tuyauterie En déduire la asse d présente dans la tuyauterie On donne la asse voluique de l : ρ = kg -3 Quelle est la véritable asse d qui va être chauffée par le pann solaire? Régler les vannes de anière à alienter le pann solaire en circuit feré ( popée dans le ) Alienter la pope avec une tension d environ 5 V Le débit doit être d environ 50 gs -1 Mettre sous tension le spot et lancer l acquisition Arrêter l acquisition lorsque la tepérature du θb est de 50 C b Exploitation Exporter les données sous Excel : q, θe, θs et θb Ne pas oublier d exporter le teps d acquisition Identifier les différentes colonnes Eliiner les colonnes du teps correspondant à q, θe et θs On conserve uniqueent le teps de θb Créer une colonne correspondant à la puissance therique reçue par l à la = q c θ θ traversée du pann solaire : ( ) S E doit être lissée pour être exploitée Créer une colonne en calculant la oyenne glissante des sur 10 valeurs Créer une colonne correspondant à la puissance perdue par le pann solaire : = perdue lui Créer une colonne correspondant à la puissance therique reçue par l contenue B dans le et la tuyauterie : = c our calculer B, on effectuera une dérivée nuérique doit être lissée pour être exploitée Créer une colonne en calculant la oyenne glissante des sur 10 valeurs Créer une colonne correspondant au rendeent du chauffe- : Rchauffe- = 4 lui

5 BTS TIL \ Mécanique et Therodynaique \ Chauffe- solaire Tracer en fonction de θb Coent peut-on interpréter cette variation? Tracer Rchauffe- en fonction de θb 2 Avec plaque de polycarbonate Reprendre l étude précédente après avoir positionné la plaque de polycarbonate sur le pann solaire Afin de déarrer à la êe tepérature que l expérience précédente, vider puis replir le avec une asse d voisine de 3 kg Lancer la nouvelle acquisition Après avoir exploité de la êe façon les résultats et afin de coparer les deux expériences, tracer les deux courbes perdue et Rchauffe- en fonction de θb sur les êes graphes que l expérience sans plaque de polycarbonate our le calcul du rendeent R chauffe-, on prendra pour lui la valeur obtenue sans plaque de polycarbonate En coparant les deux expériences, on désire ettre en évidence l effet de serre Le principe de l effet de serre est le suivant : la plaque de polycarbonate laisse passer le rayonneent visible ais bloque le rayonneent infrarouge rééis par le pann solaire Coparaison des deux perdue : A partir de quelle tepérature la puissance perdue avec plaque est-elle inférieure à celle sans plaque? Si les deux courbes ne se coupent pas, odéliser linéaireent les deux courbes afin d en déduire par extrapolation l intersection ourquoi la puissance perdue sans plaque est-elle supérieure à celle avec plaque à partir de cette tepérature? Coparaison des deux Rchauffe- : A partir de quelle tepérature l effet de serre peret d obtenir une plus grande puissance therique reçue par l du et donc un eilleur rendeent? our optiiser un chauffe- solaire doit-on ettre une plaque pour favoriser l effet de serre ou est-ce inutile? 5