Partie A - Questions A.3-A.6, A.8, A.10-A.12 : Bi… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 2023

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l'année ?

Pour maintenir le dôme sous une surpression de 300 Pa, des générateurs d'air chaud et un groupe électrogène de secours sont installés.

A.3

En se basant sur les caractéristiques du générateur d'air (DTS2, perte de charge négligée), déterminer la puissance du flux d'air $Pv$ pour le débit maximal.

Rappel: Puissance du flux d'air $Pv = qv \times \Delta Pt$ ($qv$ en $\text{m}^3\cdot\text{s}^{-1}$, $\Delta Pt$ en $\text{Pa}$).

A.4

D'après le schéma fonctionnel du générateur d'air chaud (DRS1) et le document technique DTS2, identifier les deux puissances correspondant aux repères 1 et 2 de la chaîne de puissance:

A.5

Déterminer la puissance à la sortie du bloc « poulies courroie » (rendement: 0,93).

A.6

Déterminer le rendement du ventilateur centrifuge (sachant que la puissance fluidique fournie est de 2 500 W au repère 3).

A.8

En se basant sur le relevé de consommation annuelle d'électricité (DTS4, total sur 1 an du 01/06/2021 au 31/05/2022: 51 542 kWh), déterminer la puissance moyenne de la soufflerie en kW sachant qu'elle fonctionne 24h/24, 7j/7.

A.10

Pour pallier une éventuelle coupure, un groupe électrogène est installé. En se basant sur les caractéristiques du groupe (DTS5: alternateur 100 kVA), déterminer la puissance active nominale en kW que peut fournir l'alternateur pour un facteur de puissance $\cos\varphi = 0{,}85$.

Rappel: facteur de puissance $\cos\varphi = \frac{P}{S}$.

A.11

Toutes portes d'accès fermées, une puissance de 5 100 W est nécessaire pour maintenir un débit d'air neuf de 24 000 m³·h⁻¹. Déterminer le taux de charge de l'alternateur.

A.12

Le groupe de secours dispose d'une cuve de carburant de 1 100 litres. À l'aide de la courbe de consommation de carburant (DTS5), déterminer le temps de fonctionnement du groupe électrogène en heures en cas de coupure d'électricité et conclure sur le respect du cahier des charges (autonomie exigée: 5 jours).