Partie spécifique - Partie A : Résistance thermiq… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - AC 2022

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Études thermique de l'espace vie du bateau et de la structure du portique arrière

Mise en situation

Après deux années de navigation et d'optimisation, Energy Observer s'apprête à accomplir une navigation historique, la plus longue depuis son départ de Saint-Malo en 2017. Il va devenir le premier navire au monde à rejoindre le cercle polaire arctique uniquement propulsé par des énergies renouvelables et de l'hydrogène: 2 400 milles à parcourir entre Saint-Pétersbourg et Longyearbyen au Spitzberg en longeant la côte ouest de la Norvège.

Travail demandé

Ce travail se décompose en deux études:

1 ère étude consacrée au confort thermique dans la base vie.

2 ème étude consacrée à la structure du portique qui supporte les panneaux photovoltaïques.

Dans un premier temps nous allons étudier les performances énergétiques de l'espace de vie du bateau, la « Nacelle ». Pour cela, il faut déterminer les besoins en chauffage pour maintenir une température convenable à l'intérieur du bateau.

Pour la construction navale, les parois sont faites en composite à structure sandwich. Ce matériau est adapté pour sa légèreté et sa rigidité. Il est composé d'une âme en mousse PVC prise entre deux plaques de kevlar.

Les parois vitrées sont en plexiglass d'une épaisseur de 7 mm et la conductivité thermique ($\lambda$) est de $0{,}19\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Partie A: comment vérifier la résistance thermique de matériaux ?

Question A.1

Indiquer, à partir de la mise en situation, la distance que devra parcourir Energy - Observer pour relier Longyearbyen depuis Saint-Pétersbourg ?

Question A.2

Calculer, grâce aux documents DT S1 et DT S2, la résistance thermique $R_{\text{paroi}}$ et le coefficient de transmission thermique $U$ de chaque matériau en complétant le document DR S1.

En déduire la résistance thermique $R_{\text{paroi}}$ et le coefficient de transmission thermique $U$ de chaque paroi (opaque et vitrée).

DT S1: Formulaire de calcul des déperditions thermiques

Résistance thermique d'un matériau: $R = \dfrac{e}{\lambda}$ ($[R] = \text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$; $[e] = \text{m}$; $[\lambda] = \text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

Résistance d'une paroi: $R_{\text{Totale}} = R_1 + R_2 + R_3 + R_{si} + R_{se}$

Coefficient de transmission thermique: $U_{\text{parois}} = \dfrac{1}{R_{\text{Totale}}}$ ($[U_{\text{parois}}] = \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$)

DR S1: résistances thermiques des parois

Parois

Kevlar

PVC

Kevlar

Résistance superficielle

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$R_{\text{paroi}}$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$U$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$)

$e$ (m)

$\lambda$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

$R$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$e$ (m)

$\lambda$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

$R$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$e$ (m)

$\lambda$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

$R$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

Opaque

0,003

0,13

1,36

0,003

0,13

0,19

Parois

Plexiglass

Résistance superficielle

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$R_{\text{paroi}}$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

$U$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$)

$e$ (m)

$\lambda$

($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

$R$

($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

Vitrée

0,007

0,19

0,15