Essai de Traction

TD Transformations de l’énergie chimique
source : Technologies 1ère et Term. Hachette+internet
Exercice n°1
Le moteur de la F-Cell développe une puissance de 130 chevaux din. Le rendement du
moteur électrique est de 92%. On rappelle qu’un chevaux din représente une puissance
de 736 watts.
1- Déterminez la puissance électrique utile de la pile à combustible embarquée dans ce
véhicule.
2- Dans la mesure où le combustible embarqué est de l’hydrogène, proposez un type de
pile à utiliser (voir tableau ci-dessous)
Exercice n°2
La pile à combustible utilisée dans la F-Cell présente un rendement électrique de 45% sur
PCI. Elle développe une puissance utile de 105 kW.
On rappelle que le PCI de l’hydrogène est de 3kWh/Nm3 ou 33,33 kWh/kg
1- Déterminez la puissance absorbée sous forme de combustible.
2- Déterminez le débit nominal de combustible gazeux absorbé par la pile exprimé en
nm3/h et en kg/h
Rédaction Marc VINCENT
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Connaissances nécessaires
 Le volume de référence ou Le Normal mètre/cube est souvent caractérisé par
l'abréviation m³(n) ou (Nm3).
Mètre Cube Normal ou m 3 (n) ou (Nm3) : Quantité de Gaz, exempt de vapeur
d’eau, qui, à une température de zéro (0) degré Celsius et sous une pression
absolue de 1,01325 bar, occupe un volume de un (1) mètre cube.
 La puissance absorbée ou puissance calorifique est le produit du débit volumique
du gaz par le PCI à pression constante du combustible exprimée en quantité de
chaleur par unité de temps.
P absorbée = Qv × PCIvolumique = Qm × PCImassique
Qv = débit volumique du gaz
PCI = pouvoir calorifique inférieur du gaz.
Qm = débit massique
Exercice n°3
Les besoins en énergie en cycle mixte de la F-Cell sont de l’ordre de 26kWh aux 100 km.
Les consommations annoncées par le constructeur sont de l’ordre de 1kg d’hydrogène
aux 100 km.
On rappelle que le PCI de l’hydrogène est de 3kWh/Nm3 ou 33,33 kWh/kg
1- Déterminez le volume d’hydrogène aux CNTP (conditions normales de température et
de pression) permettant une autonomie de 400 km.
2- Déterminer l’efficacité de la pile à combustible associée à son système de récupération
d’énergie.
Exercice n°4
Une chaudière Eau Chaude Basse Température fournit une puissance de 70kW à un débit
d’eau de 3m3/h. Son rendement PCI est évalué à 92%.
On rappelle : Cp eau = 4185 J / Kg×K et eau = 1000 kg/ m3
1- Déterminez l’élévation de température de l’eau.
2- Evaluez la puissance absorbée sous forme chimique par cette chaudière.
Rappel (voir cours énergie thermique )
Puissance portée sous forme sensible
Ps = Qm×Cp×Δt en Watt
Qm = débit massique du fluide en kg/s
Cp = capacité calorifique massique en J×kg-1×K-1
Δt variation de température du fluide en °C
Rédaction Marc VINCENT
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Exercice n°5
La ville de Chelles (77) dispose , pour participer à la production d’énergie électrique et
thermique d’un réseau énergétique alimentant plusieurs logements, d’une centrale de
cogénération fonctionnant grâce à une pile à combustible stationnaire alimentée au gaz
naturel.
Le diagramme de blocs internes indique les flux d’énergie.
On donne :
 Débit nominal de gaz naturel absorbé : 50 Nm3/h
 PCI du gaz naturel : 36500 kJ/ Nm3
 Ratio CO2 de ce gaz : 1,02 Nm3CO2 / Nm3
 Rendement électrique de la pile à combustible : 40% PCI
 Puissance électrique produite : 200 kW
 Puissance thermique produite : 200 kW
 Régime de température ECBT : 70/80°C
1- Déterminez le ratio de masse de CO2 produite au kWh électrique produit.
2- Sachant que le ratio d’une centrale thermique classique est de
l’ordre de 0,28 Nm3/kWh, que peut-on conclure quant à l’intérêt de ce genre de
système ?
3- A partir du schéma et des bilans, complétez le schéma de manière à faire apparaître :
 La puissance électrique libérée par la pile AFC
 La puissance thermique absorbée par le reformeur
 La puissance chimique absorbée par le reformeur.
On donne la puissance thermique libérée par la pile : P Therm AFC = 306,1 kW
Rédaction Marc VINCENT
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Exercice n°6
Soit une chaufferie équipée d’une chaudière bois de la marque Okofen modèle PES
48kW.
Cette chaufferie permet de chauffer les locaux d’une petite entreprise dont les besoins
annuels en chauffage sont de l’ordre de 8000 kWh
Le rendement moyen de cette chaudière est de l’ordre de 92 % PCI.
On donne
PCS granulé = 5,2 kWh/kg
PCI granulé = 4,8 kWh/kg
Masse volumique granulée = 0,65 t /m3
1- Calculez les débits massiques et volumiques de granulat correspondant à un
fonctionnement à pleine puissance.
2- La vis qui alimente le brûleur a un diamètre de 50 mm et un pas de 50 mm. Evaluez la
fréquence de rotation de cette vis en régime nominal.
3- Déterminez le volume de combustible nécessaire pour couvrir les besoins annuels en
chauffage.
Rappel
 La puissance absorbée ou puissance calorifique est le produit du débit volumique
du gaz par le PCI à pression constante du combustible exprimée en quantité de
chaleur par unité de temps.
P absorbée = Qv × PCIvolumique = Qm × PCImassique
Qv = débit volumique du gaz
PCI = pouvoir calorifique inférieur du gaz.
Qm = débit massique
Rédaction Marc VINCENT
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