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Blanche Lachapelle
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1 CTN-326 François Brissette Anciennes questions d examen final Question 1 : 6 Question 2 : 10 Question 3 : 10 Question 4 : 15 Question 5 : 6 Question 6 : 10 Question 7 : 6 Question 8 : 8 Question 9 : 4 Question 10 : 6 Question 11 : 8 Question 12 : 7 Question 13 : 8 Question 14 : 10 NOTE : Un examen est normalement sur 50. Ce regroupement de questions est donc l équivalent en temps de 2.3 examens. TOTAL : 114 points QUESTION #1 (6 points) De l eau s écoule dans la conduite horizontale en U ci-dessous. La force requise pour maintenir en place la conduite est de 5000 N, tel que présenté sur la figure. Sachant que la conduite entre les sections 1 et 2 a un diamètre de 10 cm, une longueur de 2 mètres et un facteur de frottement f = 0.04, quel est le débit qui circule dans la conduite? La pression relative à la section 1 est de 200 kpa, la masse spécifique de l'eau est de 1000 kg/m 3. (Indice: écrire les équations d'énergie et de quantité de mouvement entre les sections 1 et 2). Q 1 Fx = 5000 N Q 2 Réponse : Q=0.096 m 3 /sec

2 QUESTION 2 (10 points) De l eau (ν = 1 x 10-6 m 2 /s, ρ = 1000 kg/m 3 ) est pompée dans une conduite de 20 centimètres de diamètre d'un réservoir ouvert à un réservoir pressurisé (pression = 50 kpa relative) avec un débit de 0,2 m 3 /s. La rugosité de la conduite est ε= 0,1 mm. Des pertes de charge singulières sont observées à la sortie du réservoir supérieur (K s = 0,5), dans un coude (K c = 1), à l entrée du réservoir inférieur (K e = 1) et dans un gate valve entièrement ouvert (K g = 0.15). 50 kpa 150 m 100 m Eau 50 m 15 m gate valve 200 m a) Calculez la puissance hydraulique livrée par la pompe (10 points) b) On veut maintenant restreindre le débit pompé à 0,1 m 3 /sec. Quel devrait être le degré de fermeture de la gate valve pour livrer ce débit? Prendre la hauteur manométrique calculée en a) pour faire les calculs (10 points) Les valeurs de K g en fonction du degré d'ouverture sont: degré de fermeture 0% 25% 38% 50% 63% 75% 90% facteur K Réponse : 214 kw et environ 86% QUESTION # 3 (10 points) Le réservoir ouvert ci-dessous est rempli d'huile. La vidange du réservoir se fait au travers une conduite dont le diamètre est de 15 cm et la longueur est de 50 mètres. Le coefficient de frottement f = Sachant que le réservoir possède une superficie horizontale de 150 m 2 et que la hauteur d'huile dans le réservoir est de 4 mètres: a) Au bout de combien de temps le réservoir se videra-t-il? (10 pts) b) Quelle devrait être la longueur de la conduite pour que le temps de vidange soit de 4 heures? (10 pts) 4 m eau huile Q Réponse : 9.74 heures et 6.35m 50 m

3 QUESTION # 4 (15 points) Une station de pompage achemine l'eau d'un réservoir vers un réseau de distribution d'eau, tel que présenté à la figure ci-dessous. La pression requise à l'entrée du réseau est de 400 kpa (pression relative). La conduite d'alimentation a un diamètre de 0,5 mètre et le débit moyen véhiculé dans la conduite est de 2 m 3 /sec. Le coefficient de rugosité de la conduite est de 0,5 mm et sa longueur totale est de 500 mètres. a) Calculez la perte de charge dans la conduite. ν = 1x10-6 m 2 /sec. (5 pts) b) Quelle est la puissance électrique consommée par la station de pompage? La puissance développée par une pompe est donnée par l équation P p = ρqgh p.. Le rendement de la station de pompage est de 80%. ( 5 pts) c) Calculez la force d ancrage requise pour maintenir en place le coude entre les points 1 et 2. Il faudra tenir compte de la masse d'eau dans les calculs. Négliger la masse de la conduite. Indice: prendre un volume de contrôle entre les sections 1 et 2 sur la figure. (15 pts) 50 m 65 m 30 o 1 A 30 o 2 Réseau de distribution pompe Élévation 2 = 60 m P2 = 400 kpa Longueur A-2 = 10 m Longueur A-1 = 10 m Réponse : m, 3.96 Mw, Fx = N Fy= N QUESTION # 5 (6) Déterminez l'état thermodynamique des substances suivantes. Pour chaque état veuillez spécifier la température, la pression, le volume massique, et si l'état est saturé, veuillez en déterminer le titre. a) eau T = 200 o C, S = 12 kj/k, masse = 3 kg b) R-134a, T = 100 o C, P=1.2 MPa c) eau 150 o C, v = m 3 /kg Réponses : a- saturé, 200 o C, 1.55MPa, m 3 /kg, x=0.41 b- vapeur surchauffée, 100 o C, 1.2MPa, m 3 /kg c- vapeur surchauffée, 150 o C, 0.4MPa, m 3 /kg

4 QUESTION # 6 (10) Vous disposez des données suivantes pour une thermopompe fonctionnant selon un cycle de compression de vapeur normal. taux de réfrigérant = 0.1 kg/sec (R134a) basse pression = kpa haute pression = MPa Calculez les valeurs suivantes: 1- la chaleur dégagée au condenseur en kw 2- puissance du compresseur en kw 3- effet réfrigérant en kw 4- coefficient de performance Réponse : kw, 4.51 kw, 11.3 kw, COP=3.51 (h1=237.74, h2=282.88, h3=h4= kj/kg) QUESTION # 7 (6) Un réservoir rigide de 100 litres contient 2.6 kg d'eau à une pression de 100 kpa. On chauffe le réservoir jusqu'à une pression de 10MPa. Trouvez la température de l'eau à l'intérieur du réservoir et la quantité de chaleur nécessaire à cette évolution. Réponse : +7213kJ QUESTION # 8 (8) Un cylindre fermé par un piston a un volume initial de 0.1 m 3 contient de R-134a à une température de 70 o C et à 500 kpa. Le piston est maintenu à sa position pendant que la pression augmente à 600 kpa. En gardant la pression constante, de la chaleur est par la suite échangée jusqu'à ce que la température du R12 soit de 80 o C. Calculez la chaleur échangée totale ainsi que le volume final du cylindre (spécifiez clairement si cette chaleur est transmise ou fournie par le système pour chacune des deux évolutions). 0.1 m 3 70 o C 500 kpa 600 kpa 80 o C 600 kpa Réponse :q 12 =+55.66kJ/kg q 23 =-52.2 kj/kg, q net =3.46 kj/kg, m=1.9kg et donc Qnet = 6.6 kj QUESTION # 9 (4) o R134a T =-24 C h=19.29 kj/kg Réponses : a-liquide comprimé, b-conditions saturés, c-liquide saturé, d-vapeur surchauffée

5 QUESTION # 10 (6) Réponse : m QUESTION # 11 (8) Réponse : a- W=91kJ Q=771kJ, b- W=0 Q=671.2 kj QUESTION # 12 (7) Réponse : Fx = -406 N Fy = N

6 QUESTION # 13 (8) Un réfrigérateur fonctionne avec du réfrigérant 134a selon un cycle de compression de vapeur standard. Le R134a est donc à l état de vapeur saturée à la sortie de l évaporateur et de liquide saturé à la sortie du condenseur. Sachant que la pression basse du système est de kpa et qu à l entrée de l évaporateur le titre est de , calculez, pour un débit massique de réfrigérant de 0.1 kg/sec : puissance de réfrigération puissance d élimination de la chaleur puissance du compresseur coefficient de performance théorique Réponse: kw, kw, 4.51 kw, 2.5 QUESTION # 14 (10) Réponses: V V V V F V V V F V

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