systemes electroniques numeriques e12 - MS.LP

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL
SYSTEMES ELECTRONIQUES NUMERIQUES
OPTION ELECTRODOMESTIQUE
SOUS EPREUVE E12
TRAVAUX
PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈMES
MACHINE
À LAVER
Notes à l’attention du candidat :
Vous devez répondre directement sur les documents du sujet dans les espaces prévus ;
Vous devez rendre l’intégralité du sujet à l’issue de l’épreuve ;
La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l’appréciation de la copie.
L’usage de la calculatrice alphanumérique ou écran graphique est autorisé à condition que leur
fonctionnement soit autonome (circulaire n°99-186 de 1999).
Lycée Professionnel :
Nom du professeur :
Durée : 3 heures
Session 2009
Nom et Prénom de l’élève :
Note :
/ 20
INFORMATIONS ET POSITIONNEMENT DU PROBLÈME
A la suite d’un dépannage sur un lave linge de marque Vedette, le technicien vous demande de contrôler
certaines caractéristiques du système de mise en rotation du tambour et celles des éléments du système de
contrôle de la température de l’eau.
Vous allez devoir effectuer des mesures pour vérifier la concordance avec la documentation technique
fournie par le constructeur.
Vous allez devoir mesurer les valeurs à froid et à chaud de la résistance de la sonde de température de l’eau,
et vérifier qu’elles correspondent à ses caractéristiques.
BUT DES MANIPULATIONS
1.
Effectuer l’étude des caractéristiques de l’élément chauffant.
2.
Effectuer l’étude des caractéristiques de la sonde de température..
3.
Effectuer l’étude des caractéristiques de la pompe de vidange.
4.
Effectuer l’étude du programme essorage.
Présentation Bandeau de programmation
Voyant programme en cours
Sélecteur programme
Bouton départ programme
sélectionné
Bouton sélection vitesse essorage
LA SÉCURITÉ :
Cocher dans le tableau ci-dessous les équipements de protection individuels et les équipements individuels et
collectifs de sécurité nécessaires que vous devez porter lors des mesures effectuées sous tension.
Chaussures à semelles
isolantes
Cadenas ou système de
verrouillage
Ecran facial anti U.V.
Tapis isolant
Gants isolants
V.A.T.
Outils isolants
Macaron de consignation
Casque isolant
Banderole de balisage de zone
PREMIÈRE PARTIE : RAPPORT DE RÉDUCTION DU SYSTÈME D’ENTRAÎNEMENT DU TAMBOUR
Le système d’entraînement du tambour par le moteur est constitué par l’axe du moteur P1 de diamètre D1 et
par la poulie P2 de diamètre D2 solidaire du tambour, sur lesquels passe la courroie C.
P2
C
P1
Le moteur tourne à la fréquence de rotation N1 et le tambour est entraîné à la fréquence de rotation N2.
La courroie est supposée inextensible et se déplace au contact des poulies P1 et P2 sans glisser.
1. À l’aide d’un réglet, mesurer au mm près, le diamètre D2 de la poulie P2 :
D2 = …………………mm
2. Mesurer, au mm près, le diamètre D1 de l’axe du moteur :
D1 = …………………mm
3. A l’aide de la formule k =
D2
, calculer le rapport de réduction du système. Arrondir le résultat au
D1
millième :
k = ………………………
Lorsque le lave-linge essore à sa vitesse maximale, le tambour tourne avec une fréquence de rotation
N2 = 800 tr/min.
4. A l’aide de la formule N2 =
N1 = ……………………tr/min
N1 , calculer la valeur de la fréquence de rotation N1 du moteur :
k
Mettre le lave linge sous tension.
Placer le sélecteur sur le programme essorage position
Régler la vitesse à 800 tr/min
Mettre en marche.
.
5. Quand la vitesse d’essorage est stabilisée, mesurer avec le tachymètre, les fréquences de rotation N1 du
moteur puis N2 du tambour :
N1 = …………………tr/min
N2 = …………………tr/min
Arrêter le lave-linge.
6. En utilisant les résultats de la question précédente, calculer la valeur expérimentale de k :
k = ………………………
7. Les mesures effectuées sont-elles conformes aux résultats du calcul de la question 10 :
DEUXIÈME PARTIE : PROGRAMME ESSORAGE
Brancher le voltmètre préalablement réglé en alternatif aux bornes « Tension tachymètre ».
Mettre en marche.
8. Dans la première partie, on observe un écart entre la vitesse de rotation du tambour sélectionnée et celle
mesurée. Comment l’expliquez-vous ?
9. Relever la valeur de la tension sur le voltmètre et la vitesse de rotation sur le tachymètre :
U = ………..…………… V
n = ………..…………… tr/min
10. De la même façon, en modifiant directement la valeur de la vitesse d’essorage, compléter le tableau cidessous :
Position sélecteur
Tension (V)
Vitesse de rotation
(tr/min)
800
400
100
11. Représenter graphiquement la variation de la tension en fonction de la vitesse de rotation.
Tension (V)
2
O
vitesse de rotation
(tr/min)
100
12. D’après la courbe déterminer graphiquement la tension pour une vitesse de 600 tr/min. Laisser les traits
de lecture apparents :
U = ……………………………… V
13. Vérifier votre résultat en effectuant la mesure après avoir sélectionné une vitesse d’essorage
de 600 tr/min.
U = ………..…………… V
n = ………..…………… tr/min
Faire une remise à zéro du programme avec un appui prolongé sur le bouton départ.
Arrêter le lave-linge.
Débrancher le voltmètre.
Replacer la plaque de protection.
QUATRIÈME PARTIE : ELÉMENT CHAUFFANT, PROGRAMME 90°- COTON
14. Relever, sur la documentation constructeur en annexe 2, la valeur de la résistance de l’élément
chauffant :
R = …………………… Ω
Vérifier que la machine est à l’arrêt.
Brancher un multimètre réglé en ohmmètre entre les bornes « Tension élément chauffant ».
15. Relever la valeur de la résistance et la température de l’eau dans le bac :
R = ……………………… Ω
θ = ……………………… °C
16. Comparer la valeur mesurée avec celle fournie par le constructeur et conclure :
Régler le multimètre précédent en voltmètre.
Brancher un multimètre préalablement réglé en ampèremètre aux bornes « Intensité élément
chauffant ».
FAIRE VERIFIER LES BRANCHEMENTS ET LES RÉGLAGES
Devant un examinateur, sélectionner le programme « Coton 90 » et mettre en marche.
Appuyer sur le bouton départ afin que le voyant rouge se positionne sur « Lavage ».
17. Relever la tension aux bornes de l’élément chauffant ainsi que l’intensité, arrondie au dixième, qui le
traverse :
U = ………..…………… V
I = ………..…………… A
Arrêter le lave-linge.
18. Calculer, en utilisant la loi d’Ohm, la valeur de la résistance de l’élément chauffant. Arrondir le résultat
au dixième :
R = ……………………… Ω
19. Comparer la valeur trouvée précédemment avec celle mesurée à la question 2 et conclure :
20. Calculer la puissance de l’élément chauffant. Arrondir à l’unité :
P = ……………………………
21. Comparer la valeur précédemment calculée avec celle figurant dans la notice :
Débrancher le voltmètre.
Remplacer l’ampèremètre par un cavalier.
CINQUIÈME PARTIE : ETUDE DE LA SONDE DE TEMPÉRATURE
Mettre en marche.
Appuyer sur le bouton départ, et au même instant, déclencher le chronomètre.
Après deux minutes, arrêter la machine.
Brancher un ohmmètre entre les bornes « Tension élément chauffant ».
22. Relever la valeur de la résistance de la sonde :
R = ………..…………… Ω
Débrancher l’ohmmètre.
Attendre le déblocage de la porte (on entend un petit clic au bout de 2 min environ) et ouvrir le bac.
23. Relever la température de l’eau dans le bac :
θ = ……………………… °C
Refermer le bac, mettre en marche la machine à laver et déclencher le chronomètre.
24. Compléter le tableau ci-dessous en appliquant la même procédure à chaque mesure :
t (min)
2
4
6
8
10
12
θ (°C)
R (Ω)
25. Tracer, dans le repère de la page suivante, les variations de la résistance en fonction de la température.
26. A partir du graphique, compléter le tableau suivant :
VRAI
FAUX
La résistance de la sonde est proportionnelle à la température
La représentation graphique est une fonction affine
Le module de contrôle de température utilise une sonde de température qui est une résistance dont la valeur
dépend de sa température.
On admettra que dans le domaine des températures comprises entre 0 et 100°C la loi de variation de R en
fonction de la température θ s’exprime par la relation suivante :
R= R0(1+a.θ)
R : résistance à la température θ (Ω)
R0 : résistance à 0°C (Ω)
a : coefficient de température (°C-1)
27. En appliquant la formule a =
résultat au millième :
a = …………………….……°C-1
R2 - R1 , calculer le coefficient de température a de la sonde. Arrondir le
R1θ2 -R2θ1
28. A partir des données collectées, indiquer la nature de la sonde (entourer la bonne réponse) :
CTN
CTP
Variations de la tension en fonction de la température :
Résistance (Ω)
21
20
20
23
Température (°C)
29. En utilisant une valeur du tableau et la relation R= R0(1+a.θ), calculer la valeur R0 de la résistance de la
sonde à 0°C :
R0 = ………..…………… Ω
30. Calculer la valeur de la résistance à 20°C puis comparer avec la valeur indiquée sur la notice
constructeur :
R20 = ………..…………… Ω
31. En utilisant la formule Wf = P.t et les résultats des questions 7 et 12, calculer l’énergie fournie par
l’élément chauffant pendant la durée des mesures :
Wf = ………..…………………… J
SIXIÈME PARTIE : ETUDE DE LA VIDANGE
32. Déterminer la masse à vide du seau :
m1 = ………..…………… kg
Placer le tuyau de vidange du lave-linge dans le seau.
Placer le sélecteur sur la position
.
Appuyer sur le bouton marche.
Maintenir le bouton départ enfoncé jusqu’à l’extinction des voyants.
Appuyer sur le bouton départ.
33. Lorsque la vidange de la machine est terminée, arrêter la machine et peser de nouveau le seau :
m2 = ………..…………… kg
34. En déduire la masse d’eau qui était contenue dans la machine à laver :
m = ………..…………… kg
La quantité d’énergie reçue par un corps est donnée par la formule :
Q = m.c(Tfinale – Tinitiale)
Q = quantité de chaleur reçue (J)
m= masse (kg)
c = capacité thermique massique (J/kg.°C)
Tfinale : température finale (°C)
Tinitiale : température initiale (°C)
35. A l’aide du tableau des capacités thermiques massiques situé en annexe 1 et des résultats précédents,
calculer la quantité de chaleur fournie à l’eau :
Q = ………..…………… J
36. A l’aide des questions 17 et 21 calculer le rendement :
η = ………..……………..
ANNEXE 1
Plan du bornier
INTENSITÉ
STATOR 1
TENSION
STATOR
INTENSITÉ
1
INTENSITÉ
STATOR 2
INTENSITÉ
INTENSITÉ
ROTOR
ELECTROVANNE
TENSION
TENSION
TENSION
ROTOR
ELECTROVANNE
STATOR
ELEMENT
INTENSITÉ
2
POMPE
DE VIDANGE
CHAUFFANT
TENSION
TENSION SONDE
TACHY
DE TEMPÉRATURE
TENSION ELEMENT
TENSION POMPE
TENSION
CHAUFFANT
DE VIDANGE
PRESSOSTAT
Capacités thermiques massiques
Solides
Liquides
Matériaux
c en J.kg-1.°C-1
Aluminium
903
fer
460
cuivre
387
plomb
130
eau
4180
éthanol
2400
pétrole
2100
ANNEXE 2
SOUS ÉPREUVE E1-2
TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUE SUR SYSTÈMES
Coefficient 2
-
Durée 3H
LE CANDIDAT
CHAMP PROFESSIONNEL
NOM ET PRÉNOM :
:
ELECTRODOMESTIQUE
DATE DU DÉROULEMENT DE L’ÉPREUVE
:
Choisir les appareils de mesurage nécessaires et justifier ce choix. Définir et mettre en œuvre un
protocole expérimental. Interpréter et exploiter les résultats expérimentaux- phénomènes(s)
physique(s) ou chimique(s). Rendre compte par écrit des résultats des travaux réalisés.
Le candidat devra effectuer le travail en totale autonomie.
SUPPORT DE L’ÉVALUATION (système, type d’équipement)
THÈMES SCIENTIFIQUES ABORDÉS
machine à laver de marque vedette
Electricité, transducteur, thermodynamique
DOCUMENTS TECHNIQUES À UTILISER
:
:
Notice constructeur de la machine à laver.
OBSERVATIONS
:
NOTE
NOMS ET SIGNATURES DES CORRECTEURS
:
: ………………… /20
(arrondie au demi point supérieur)
Compétence
évaluée
Composantes de la
compétence
C3-4 : Effectuer les tests nécessaires à la validation du
fonctionnement des équipements.
Recueillir des
informations
Tâches accomplies
Questions
Recensement des informations sur les équipements de
sécurité nécessaires à la mise en œuvre du TP.
Sécurité
Repérage de l’implantation des appareils de mesure
Repérage des informations
technique annexe 1.
Organiser le poste de
travail
Définir et mettre en
œuvre un protocole
expérimental
sur
la
Q28
documentation
1
Repérages corrects.
0,5
Q1
0,5
0,5-0,5
1
Choix des matériels de mesurage – Justification.
Rangement du matériel à la fin du TP.
Remise en état correct
0,5
Réalisation du montage :
Montage de chaque
partie correcte.
Réalisation des mesurages conformément au protocole
expérimental et aux règles de sécurité.
Relever les grandeurs : R, U, I, θ, t.
Calculer : P, R, θ, α, Wf, η, Q
Rendre compte à l’écrit
et/ou à l’oral des
résultats des travaux
réalisés
Equipements
correctement choisis.
Barèmes
Mise en œuvre correcte
de chaque appareil.
Choix
correct
pour
chaque appareil.
Préparation du matériel pour l’observation et/ou les
mesurages.
Exploiter et interpréter
les résultats
expérimentaux (mesures
et observations)
Critères de réussite
Q2 – Q4
Q24
Q2–Q4-Q9
Q10-Q11
Q12-Q18
Q19-Q20
Q24-Q25
Q5-Q7
Q15-Q17
Q21-Q22
0,5– 1–0,5
1,5-0,5
1,5-0,5
1 – 0,5
1-1
1–1
1–1
1 – 0,5
Mesures correctes.
Résultats corrects.
Interprétation des résultats de l’observation.
Q3-Q8-Q16
0,5-0,5-0,5
Réalisation et/ou exploitation d’un graphique.
Q13-Q14
Q26-Q27
1 – 0,5
1 – 0,5
Résolution de la problématique : comparer les grandeurs
calculées et les grandeurs mesurées.
Expliciter en utilisant
technique adapté.
un
langage
scientifique
et
Q6
Justification
phrase.
par
une
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Commentaires à l’oral des résultats obtenus et des
contrôles effectués.
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Rédaction écrite du compte rendu du TP.
Sur
l’ensemble
l’évaluation.
de
Q23
0,5
0,5
Evaluation
en cours et
à l’issue de
la situation