Chauffe -eau solaire
Un chauffe-eau solaire comprend trois éléments :
- les capteurs qui absorbent l'énergie du soleil et la restituent sous forme de chaleur à l'aide d'un échangeur ;
- le ballon d'eau qui est un réservoir calorifugé ;
- la station électronique qui gère l'installation et commande la pompe destinée à transférer la chaleur absorbée par les capteurs vers le ballon ; un régulateur électronique contrôle les températures des capteurs et du ballon et enclenche la pompe à partir d'un écart de température de 4 °C entre les capteurs et le ballon.
1. sonde de temperature résitive Pt100
Les capteurs de température utilisent une résistance au platine Pt1000 parcourue par un courant continu I = 1,00 mA.
a. En utilisant la caractéristique suivante, déterminer les valeurs R0, R65 et R100 prises par la sonde Pt1000 pour les températures respectives θ = 0 °C, θ = 65 °C et θ = 100 °C.
R0 = 1 000 ohms
R65 = 1250 ohms
R100 = 1480 ohms
b. Déterminer la tension aux bornes de la sonde Pt1000 pour une température θ = 100 °C.
U= R* I
U= 1480 * 10^-3
U = 1,48V
2. Conditionneur du signal
Après conditionnement électrique du signal, le capteur de température délivre une tension de la forme v(θ) = 10 + 5.10-2.θ. La température θ est exprimée en degrés Celsius et la tension v(θ) en volts
a. On applique en entrée de ce capteur une variation de température Δθ = 10 °C. Calculer la variation de la tension de sortie Δv correspondante.
Delta v = 1048 - 1000 = 48 v
b. Déterminer la sensibilité s du capteur de température s
s= Delta v / Delta temperature = 48 / 10 = 4,8 V * T^-1
3. etude du regulateur
Le régulateur électronique contrôle les températures des capteurs notée θC et du ballon notée θB, puis élabore une tension de commande vS = 1,71.(θC — θB).
a. Déterminer la valeur de vS lors du déclenchement de la pompe, qui se produit pour un écart de température de 4,0 °C.
Vs = 1,71 * (Delta T) = 1,71 * 4 = 6,84 Volts
b. Sachant que la valeur maximale que peut délivrer le régulateur est vSMAX = 12 V, quel est l'écart maximal de température ΔθMAX que peut mesurer le régulateur ?
Vsmax = 1,71 * (Delta T)
Delta (T) = Vsmax / 1,71 = 7,02 °C
4. Puissance du capteur solaire
La pompe de circulation a un débit volumique proportionnel à la tension de commande vS. L'eau entre dans le capteur solaire à la température θB = 55 °C et sort à la température θC= 65 °C.
a. Déterminer la valeur du débit volumique de la pompe DV en L.s-1 lorsque vS = 12 V.
Dv = 0,25 * Vs = 0,25 * 12 = 3 m^3 . h^-1
3 m^3 . h^-1 = 8,3 * 10^-1 L.s^-1
b. Déterminer la quantité de chaleur Q reçue par l'eau glycolée si elle traverse le capteur solaire en une minute.
Q eau glycole = P eau glycole * c eau glycole * Delta (T)
= 1060 * 3290 * 10
= 3,5 * 10^6 Joules
c. En déduire la puissance Ps du capteur solaire.
P = Q/S = 3,5 * 10^6 / 60 = 58 333 W donc 59 KW
Données : DV = 0,25vS avec DV en m3.h-1 et vS en V.
Capacité thermique massique de l'eau glycolée : C = 3 290 •J.kg-1.K-1
Masse volumique de l'eau glycolée ρ =1 060 kg.m-3
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