TD Transport et distribution des énergies et fluides

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Activité n°1
Le viaduc de Millau est mis en lumière par 16 projecteurs de 150W chacun. L’allumage des
projecteurs se fait de 20h à minuit et de 6h à 8h. Calculez le coût de la consommation, par
an, en se basant sur un tarif de 0,10€/kWh
Activité n°2
La place de l’Etoile à Paris est composée de 12 feux tricolores. Chaque feux comprend 6
ampoules pour les ampoules et 4 ampoules pour les piétons. Les feux fonctionnent 24h sur
24, 365 jours par an.
Les feux fonctionnent actuellement avec des lampes à incandescence d’une puissance de
10W. (coût 4,60 €, durée de vie : 3 ans en moyenne)
La mairie de Paris souhaite remplacer ces feux par des DEL d’une puissance de 1,6W
( niveau équivalent d’éclairement) qui coûtent 15,95€ à l’achat et dont la durée de vie est de
10 ans en moyenne.
L’objectif est de déterminer si l’opération de remplacement de toutes les lampes est
rentables au bout de 10 ans.
1. Calculez l’investissement pour ces deux solutions technologiques,
2. Calculez la consommation électrique de chaque solution en kWh.
3. En utilisant le prix du kWh (0,1174€ kWh) en option de base du tarif bleu de EDF (pour
une puissance souscrite supérieure à 12KVA) calculez le coût de la consommation des
deux solutions.
4. En prenant en compte la consommation et l’investissement, comparez les deux
solutions technologiques. La mairie de Paris a-t-elle intérêt de remplacer toutes les
lampes à incandescence des feux de la place de l’Etoile par des Dels ?
5. Vous compléterez le tableau joint
Rédaction Marc VINCENT
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Investissement matériel
DELs
Lampes à incandescence
Prix d’achat d’une ampoule
Nombre total d’ampoules
Prix d’achat pour la place
Durée de vie d’une ampoule
Nombre d’achats nécessaire
pour 10 ans
Investissement total pour
10 ans
Consommation par ampoule
Durée annuelle de
fonctionnement
Durée de fonctionnement
sur 10 ans
Energie consommée par une
ampoule sur 10 ans
Energie consommée sur 10
ans par la place
Coût de la consommation
sur 10 ans
Investissement à l’achat
Consommation
Coût global
Activité n°3 Vitesse dans une gaine d’air
Une conduite utilisée pour réaliser un réseau de distribution d’air est réalisée en acier
galvanisé et a une section circulaire de diamètre intérieur 200 mm. On considère que le
débit à faire circuler dans ces conduites est de 300 m3/h. Déterminez la vitesse de
circulation dans cette conduite . Même question avec une gaine carrée de coté 200 mm.
Rédaction Marc VINCENT
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Activité n°4 Vitesse dans un tube
Le COP, COefficient de Performance représente la performance énergétique de la pompe à chaleur fonctionnant en mode
chauffage. Il correspond au rapport entre l'énergie utile (chaleur restituée pour le chauffage) et l'énergie consommée
(facturée) pour faire fonctionner la pompe à chaleur. Il est mesuré en laboratoire selon des normes européennes. Exemple : un
appareil qui consomme 100 Watts d’électricité pour produire 100 Watts de chaleur ou de froid à un COP de 1. Un appareil qui a
un COP de 3,5 va produire 3,5 fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Donc plus le COP est élevé, plus la machine est
performante et plus la facture d’électricité est diminuée.
Le raccordement de l’échangeur Eau Chaude Basse Température de la PAC d’une maison à
énergie positive est réalisé avec un tube de cuivre de diamètre 25×1 ( diamètre extérieur
25mm, épaisseur 1 mm). On considère que le débit circulant dans ce tube est de 1,2 m3/h.
Déterminez la vitesse de circulation dans cette conduite.
Activité n°5 Pertes de charges d’un tube PER
Les tubes utilisés pour réaliser les planchers chauffants sont des tubes en PER de diamètre
16×1,5 (diamètre 16, épaisseur1,5). On considère que le débit à faire circuler dans ces tubes
est de 200l/h. Rappel : eau = 1000 kg/m3
1. Déterminez la vitesse de circulation dans ces tubes
2. Déterminez la perte de charge régulière si =0,039 crée par une boucle de 55 mètres
de longueur. Les résultats seront exprimés en Pa et en mCE
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Activité n°6 Pertes de charges d’une boucle de plancher chauffant
On considère une boucle de plancher chauffant dans laquelle on fait circuler un débit de
250 l/h. Cette boucle est composée :
 D’un tube PER de diamètre 16×1,5 de longueur 50 mètres dont le coefficient j vaut
370 Pa/m ;
 D’une vanne de réglage dont la perte de charge est de 3000 Pa ;
 D’un raccord de nourrice dont le coefficient de perte de charge est  (ksi) = 0,5
 D’un raccord sur le collecteur dont le coefficient de perte de charge est  (ksi) = 1
On rappelle : eau = 1000 kg/m3
1. Déterminez la vitesse de circulation dans les tubes
2. Déterminez la perte de charge totale de cette boucle exprimée en Pa et en mCE.
3. Déterminez le coefficient Z de cette boucle exprimé en mCE/ (m3/h)2
Pertes de charge régulières
Pertes de charges singulières
Activité n°7 Association de réseau
On associe en parallèle deux boucles de plancher chauffant dont les coefficients Z sont les
suivant :
Z1 = 40 mCE/(m3/h)2 et Z2 = 30 mCE/(m3/h)2
1. Réalisez un schéma équivalent de cette association
2. Déterminez le coefficient Z de cette association ;
3. On souhaite faire passer un débit global de 0,5 m3/h sur ces deux boucles,
déterminez la perte de charge de ce réseau.
4. Mêmes question dans le cas d’une association en série.
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Activité n°9 Dilatation des réseaux
Un réseau de distribution d’ECS équipant une piscine publique transporte de l’eau à une
température de 55°C .
L’eau circule depuis un local technique de production d’ECS vers les douches dans un soussol non chauffé sur une longueur de 20 mètres. La température de ce sous-sol est de 10°C.
On vous demande de déterminer la dilatation de ce réseau pour deux matériaux
utilisables :
 Le PVC HTA de coefficient de dilatation linéique de 0,065 mm / m×°C
 Le cuivre de coefficient de dilatation linéique de 0,017 mm / m×°C
Que peut-on en conclure ?
On donne :
On peut calculer pour tous les matériaux isotropes * la variation de longueur et donc de
volume en fonction de la variation de température :
avec :




ΔL la variation de longueur en mètre (m) ;
α le coefficient de dilatation linéaire en kelvin puissance moins un (K -1) ;
L0 la longueur initiale en mètre (m) ;
ΔT = T - T0 la variation de température en kelvin (K) ou en degré Celsius (°C).
*L'isotropie caractérise l’invariance des propriétés physiques d’un milieu en fonction de la
direction.
Rédaction Marc VINCENT
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Activité n°10 Perte de chaleur
Pour le réseau de l’exercice n°9, déterminez les pertes de chaleur du réseau pour plusieurs
situations
Concluez.
On donne : La perte de chaleur du réseau d’ECS est égale à  = (Coef de perte)×L×T en
Watt
Activité n°10 Pour aller plus loin
Dans son domicile principal, un particulier est équipé entièrement des appareils utilisant
l’énergie électrique. Pour simplifier l’étude, nous considérerons que les deux plus grosses
sources de dépense : le chauffage et l’eau chaude sanitaire. L’appartement dispose de 4
radiateurs de 750W chacun et d’un chauffe-eau électrique de 1800 W. Le propriétaire a
souscrit un abonnement tarif bleu option heures creuses – heures pleines chez EDF d’une
puissance de 6 kVA. Dans ce contrat, les heures creuses sont définies de minuit à 6 heures
et de 13h30 à 15h30.
Le chauffage fonctionne de 5 h à 8 h et de 17 h à 21 h la semaine et de 9h à 21 h le week-end.
Il est allumé du 15 octobre au 15 mars. Le chauffe-eau est programmé pour s’enclencher
pendant les heures creuses.
Le propriétaire coupe l’installation électrique lorsqu’il part en vacances au mois d’août
pendant 3 semaines.
1. Combien coûte cette installation avec un contrat HC/HP ?
2. Combien lui aurait couté la même installation avec un contrat de base ?
Vous compléterez le tableau ci-dessous.
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ECS
Chauffage
HC
Nombre d’heures d’utilisation du lundi au vendredi
Nombre d’heures d’utilisation du samedi au
dimanche
Total sur une semaine
Total sur une année (15 oct au 15 mars)=22 semaines
Energie consommée sur l’année
Prix du kWh en €
Coût de la consommation annelle
Coût total du chauffage
Nombre d’heures d’utilisation par jour
Nombre d’heures d’utilisation par an (52-3)
Energie consommée en kWh ( 2744×1,8)
Coût total 4939,2×0,0864
Cout de l’abonnement
Coût total annuel (472,07+426,74+92,27)
HP
92,27 €
Option 2
Chauffage :
ECS :
Abonnement : 76,71 €
Total :
Rédaction Marc VINCENT
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