Correction exercices Chap 1 1STI2D

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1 Correction exercices Chap 1 1STI2D Choix d'un congélateur armoire p60 a) E CO-énergie = = 24kWh/an b) E CO-financière = 29x0,13= 3,77 /an c) La différence des prix d'achats est : = 138 Le nombre d'années pour l'amortir est donc de 138/3,77 = 37 années. d) Comme la durée d'amortissement est plus grande que la durée de vie d'un appareil, il est donc préférable du point de vue financier d'acheter l'appareil de classe A. e) Pour que l'appareil de classe A + soit rentable sur 15 ans, il faudrait que l'économie financière soit de : 138/15 = 9,20 euros/an Le prix du kwh correspondant est de : 9,20 /29 = 0,32 par kwh. C'est deux fois et demie celui actuel! Capteurs solaires pour l eau chaude sanitaire p60 a) Eap= Px t = x 40% = 1 200kWh En uilisant un chauffe-eau solaire il consommerait seulement 1 200kWh au lieu de b) Il faut donc une économie de 1 800kWh par an soit 126 par an. Soit 1800x 0,07 =126 Le surcoût d achat et d installation du chauffe-eau solaire serait amorti en environ 24 ans / 126 = 24 ans c) C est un investissement sur un long terme. C est une attitude citoyenne pour limiter la consommation d énergies non renouvelables et la production de CO2. Le prix de l énergie augmentera (et probablement beaucoup) dans les prochaines années. Or l énergie solaire est gratuite. 1p61 : Les énergies renouvelables pour quels usages? a) Énergie Chauffage central Eau chaude sanitaire Éclairage Production de froid Éolienne x x x Solaire photovoltaïque x x x Solaire thermique x x

2 Bois x x Géothermique et aérothermique x x b) L énergie électrique produite par une éolienne ou par les panneaux solaires photovoltaïques permet, en théorie, de satisfaire tous les usages de l énergie dans la maison (chauffage, électroménager, éclairage ). c) Les limites de la production de l énergie électrique par l éolien et le photovoltaïque sont liées au climat (vent et couverture nuageuse), à l alternance jour/ nuit. L énergie n est pas nécessairement disponible lorsque l on en a le plus besoin. De plus la quantité d énergie produite, en particulier par le photovoltaïque, est petite au regard des besoins pour le chauffage d une maison. 2p61 : Cuisson d'un poulet a) E(kWh)= P(kW) x Dt(h) b) E= 1,500 x 1,25= 1,9kWh c) 1,9x 0,13 = 0,25 Le coût de la cuisson est de 25 centimes d'euros. 3p61 : Le moteur chauffe! a) E élec =Px t = 285 x 4 = 1 140J b) Eméca = P utile x t = 170 x 4 = 680J c) Rendement = E u / E consommée = E méca /E élec = 680/1140 = 0,60 = 60% d) L énergie perdue, lors de la transformation d énergie (électrique en travail), se retrouve sous forme d énergie thermique (énergie dégradée) qui chauffe le moteur. 4p62 : Puissances d'appareils domestiques Appareil Aspirateur Chauffe-eau instantanée Ordinateur Radio-réveil Sèche-linge Puissance 1400W 11kW 100W 5W 2,5kW 5p62 : Consommation des appareils électroménagers et panneaux photovoltaïques a) Eannuelle = 1 x 48 x 4 =192 kwh par an b) L'énergie consommée par an pour le fer à repasser est de 264kWh (pour 48 semaines) : E =P x Dt donc Dt = E /P Attention E et P doivent être en kwh et P en kw!!! Dt = 264 /1 = 264 h par an (pour 48 semaines) Dt = 264/48 = 5,5h par semaine c) E= P x Dt = 0,5 x 335x 4 = 670 kwh d) Pour produire cette énergie, il faudrait une surface de panneaux photovoltaïques de : S= 4400/60 = 73m² Cette surface est trop grande pour pouvoir être installée sur la toiture d'une maison en ville! 6p62 : Attention aux veilles

3 a) Quelques appareils qui utilisent une fonction veille : écran ordinateur, télévision, box ADSL... b) E(kWh) = P(kW) x Dt(h) P= 60W=60X10-3 kw Dt=24x365 E= 60x10-3 x 24 x 365=525,6 kwh Le coût de cette consommation est de 525,6 x 0,13 = 68,33 c) La consommation électrique d'un ménage est de 5500kWh par an (100%) Par conséquent 525,6kWh correspond à 525,6 x 100/ 5500 = 9,6% On utilise donc près de 10% de l'énergie électrique totale consommée en France pour l utilisation de la fonction veille!!! d) En France, il y a 27,6millions de ménages soit 27,6x106 ménages. 1 ménage consomme 525,6kWh pour la fonction veille donc en France, nous consommons : 525,6 x 27,6x106 = 1,5x10 10 kwh (=1,5x1013kWh= 15 TWh) par an pour l'utilisation de la fonction veille. La production du parc éolien français ne suffit pas à couvrir l'énergie des appareils en veille! e) Pour éviter ce gaspillage, il suffit de couper la veille de nos appareils! 7p62 : Éclairage du logement et économies d'énergie a) Deux pièces qui consomment le plus d'énergie pour l'éclairage sont le salon-séjour-salle à manger (37%) et la cuisine (17%). b) Un ménage consomme environ 365kWh par pour l'éclairage : salon-séjour-salle à manger : 37% x 365 = 135,05kWh ; cuisine : 17% x 365 = 62,05kWh. c) salon-séjour-salle à manger : P= 454 / 2 = 227W Dt = E/P = 135,05 / 227x10-3 = 595h par an Un logement est occupé en moyenne 330 jours par an : Dt = 595 / 330 = 1,8h par jour - cuisine P = 148/2 = 74W Dt = E/P= 62,05 / 74x10-3 = 838h par an Dt = 838 / 330 = 2,5h par jour En moyenne le salon-séjour-salle à manger est éclairé 1,8h par jour et la cuisine 2,5h par jour. d) La consommation d'énergie des lampes à incandescence est par an : E= 0,66x365 = 241kWh par an Cette consommation sera divisée par 5 avec les lampes basses consommation soit 241/5 = 48kWh L'économie réalisée sera de (241-48) 193kWh par an. e) La consommation électrique moyenne des ménages en France pour l'éclairage en 2013 est ( ) 172kWh par an. 8p63 : La consommation d'un lave-linge

4 a) La résistance électrique est le siège d une transformation d énergie électrique en chaleur, et le moteur d énergie électrique en travail mécanique. b) Résistances électriques :t 1 =17 minutes = 17/60 h Moteur pour lavage : t 2 = 43/60 h Moteur pour l'essorage : t 3 = 15/60h c) Lors d'un cycle, la consommation électrique du lave-linge est de : E = E résistance + E lavage +E essorage = 1,7x17/60 + 0,13x43/60 + 0,17x15/60 = 0,61kWh d) L énergie pour chauffer l eau à 90 C est bien supérieure à celle nécessaire pour la chauffer à 40 C. e) Une famille française fait 242 cycles de lavages par an, avec une consommation de 660Wh par cycle : 242x0,660 = 159,72kWh soit 159,72x0,13=20,76 par an. 9p63 : Le chauffage au bois a) 1kg de bois libère 4,8kWh. Le propriétaire a besoin de kW/an. Le rendement de la chaudière à bois est η= 80% = E utile /E consommée m bois = 1 x / (4,8x80%) = 9 115kg b) La masse volumique ρ= m/v donc V = m/ ρ = / 650 = 14m 3 Le volume minimum sera de 14m 3 c) Il faut pouvoir disposer d'un grand espace pour stocker les granulés de bois! d) Le chauffage de la maison consomme 9115kg de bois. Si 1kg de bois libère 4,8kWh alors 9115 kg de bois libère 9 115x4,8 kwh D'après l'unité de l'énergie primaire kwh.an -1.m - ² l'énergie primaire consommée au m²pour le chauffage au bois est donc de E = 9115x4,8 x 0,6 /350 = 75 kwh.an -1.m - ² Cette valeur est inférieure mais très proche de la limite 80 kwh.an -1.m - ². Cela ne laisse pas beaucoup de marge pour les autres consommations. Il faudra donc qu'il envisage d'améliorer l'isolation de maison pour diminuer sa consommation électrique et obtenir ce label. 10p64 : Actualités techniques La maison bioclimatique a) Les énergies utilisées par la maison sont : l énergie solaire (capteurs thermiques, cellules photovoltaïques) ; la biomasse (le bois). Ces deux sources d énergie sont renouvelables. b) L'énergie finale bois pour le chauffage de la maison par an rapportée au m² est : E= 3,5 x1600 / 160 =35 kwh.an -1.m-² c) Les capteurs thermiques apportent 75 % de l éner- gie nécessaire au chauffage de l eau chaude sanitaire. L énergie électrique finale complémentaire nécessaire est :

5 E= 2100x 25/75 = 700kWh.an -1 Comme la surface de la maison est de 160 m², la valeur cherchée est E élec ECS = 700/160 = 4,4 kwh.an -1.m-² d) L énergie primaire consommée pour le chauffage et l eau chaude sanitaire est : E pri = 35x0,6 + 4,4x2,58 = 32,35 kwh.an -1.m-² e) Comme la maison consomme 32,35 kwh.an -1.m-² il reste pour l éclairage et la ventilation une énergie primaire électrique, E pri' = 50-32,35 = 17,65 kwh.an -1.m-² Ce qui correspond à une énergie finale par an pour l éclairage et la ventilation : E finale = 17,65x160/2,58 = 1 100kWh/an