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AP 1.2: Energie hydraulique d'une nano centrale

Problématique :

Etude des notions de puissance, rendement et d’énergie (hydraulique et électrique)

I.    Présentation du système de la nano centrale.

           

II.   Etude de la fonction globale du système

 Afin de simplifier l’approche et la compréhension d’un système, on définit une représentation schématisée du système. Cette représentation est une représentation fonctionnelle. Aujourd’hui, on ne définira que le niveau A-0

1)      Donner, par un verbe, la fonction globale

du système de nano-centrale (compléter encadré jaune)


2)      Déterminer la matière d’œuvre de sortie (compléter encadré vert)

3)      Quelles sont les 2 énergies mises en jeu dans ce système :

Energie utile (ou utilisée) :          Wu : …………………………………..

Energie absorbée :                    Wa :…………………………………..

 

 

4)      Compléter la chaîne d’énergie du système à partir des éléments du système cités ci dessous:

1) conduite forcée ;  2) Génératrice ; 3) turbine Pelton ; 4) Retenue d’eau (bac supérieur)

III.  Bilan énergétique du système du turbinage :

Nous allons estimer et chiffrer la puissance hydraulique et la puissance électrique pour évaluer le rendement lors d'une phase  de turbinage (phase de production d’électricité)

1)      Après mesure de la longueur L et largeur l du bac supérieur, déterminer le volume d’eau (Vol1) contenu dans le réservoir amont correspondant à une hauteur de 100 mm.

                                   

2)      Calculez l'énergie potentielle de ce volume d’eau (Vol1) pour une hauteur de chute égale à 1.25m

Rappel:

         

masse volumique de l'eau:

  

3) Manipulation:

Nous allons "charger" la génératrice en la faisant débiter dans une résistance de 13 Ω. Cela nous permet de faire des mesures de tension V1 et de courant I1 au niveau de cette charge. Ces mesures permettront de faire un bilan énergétique et d'estimer le rendement du système

3.1) Mise en place des appareils de mesure

- Compléter le schéma par  un montage "Voltampèremétrique" permettant de mesurer le courant absorbée par la résistance et la tension à ses bornes.

                                  

3.2) Mise en situation

a) Allumer la maquette

b) Appuyer sur " Start"

c) Appuyer sur "Pompage" jusqu'à avoir 10 cm dans le bac supérieur;

Attention: il est préférable de monter le niveau à 12 cm et descendre jusqu'à 2 cm





4) Mesures

a) Appuyer sur "Turbinage"

b ) Relever V1, I1, Pression (en bar) et le temps d'écoulement t (en seconde) dans le tableau

                  

c) Le capteur de débit hydraulique n'étant pas fiable, on évalue le débit de turbinage à partir du volume Vol1 du bac supérieur et du temps d'écoulement (s). Calculer le débit Q (m3/s)

e) Convertir la pression P en pascal sachant que 1 bar= 105 Pa

5) Exploitation des résultats

a)      Calculer  la puissance hydraulique

Phydraulique(W) = pression (Pa) x débit (m3/s)

b)      Calculer la puissance électrique restituée par le générateur (alternateur)

P électrique (W)= V1.I1

c)      Calculez le rendement de turbinage.

d)      Si on estime le rendement de l’alternateur égal à 0,8, déterminez le rendement de la turbine PELTON.

                                  

e)     A partir de votre résultat de la puissance hydraulique:

- calculer l'énergie potentiel reçue par la turbine Pelton

- Comparer votre résultat à la réponse de la question III.2

- Quel élément a été rajouté au système pour obtenir cette valeur?

6)     Refaire un ensemble de mesure pour plusieurs hauteurs d’eau

7)     Conclusion:

Pourquoi dans notre cas, l’influence de la hauteur sur la puissance est nulle?. Justifier votre réponse.