Chauffe eau électrique BTS EFS

Chauffe eau électrique à accumulation Capacité 200L ; puissance 2,5 kW ; tension 200V - 50Hz thermostat préréglé en usine : 62°C ; chaleur massique de l'eau : 4,2 kJ kg-1 K-1 ; masse volumique de l'eau : 1 kg/L temp de l'eau froide distribuée : 12°C ; Rendement de l'appareil : 85%  Calculer l'intensité efficace du courant qui traverse le thermoplongeur et sa résistance ?  La puissance électrique reçue est convertie en puissance thermique ( effet Joule) : P = U I = RI2. I = P/ U = 2500/200 = 12,5 A. R = P/I2 ou bien R = U/ I =200/12,5 = 16 ohms. Ce chauffe eau permet d'élever la température des 200 L d'eau de 12°C à 62°C. Calculer l'énergie calorifique reçu par l'eau, l'énergie électrique dépensée et la durée de mise sous tension du thermoplongeur ? Energie calorifique ( kJ) = m c DT avec m : masse d'eau (kg), c =  4,2 kJ kg-1 K-1 et DT = 62-12 = 50 degrés. E = 200*4,2*50 = 4,2 104 kJ. Energie électrique dépensée : 42 000/0,85 = 4,94 104 kJ. Durée ( s) = Energie ( kJ) / puissance (kW) ; 4,94 104 / 2,5 = 1,98 104 s = 5,5 heures. La commune est alimentée en eau dont la dureté est voisine de 35°TH. A l'aide d'équations chimiques expliquer le fonctionnement d'un adoucisseur d'eau utilisant les résines R-Na. L'appareil élimine les ions calcium et magnésium, responsables de la dureté de l'eau. Ces ions ( Ca2+ et Mg2+) sont échangés contre l'ion sodium Na+ par l'intermédiaire d'une résine échangeuse d'ions. 2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+. 2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+. Quand la résine est saturée d'ion calcium et magnésium elle est rincée à l'aide d'une solution concentrée en ion sodium ; c'est la régénération   R2Mg + 2Na+ = 2RNa + Mg2+ ;   R2Ca + 2Na+ = 2RNa + Ca2+. Avantages :   * protège les résistances du lave-linge contre les méfaits du tartre. * permet de faire des économies de produits de nettoyage (lessive, assouplissant,...) et d'entretien (détartrant,...). * réduit les problèmes cutanés liés à l'eau dure. Inconvénients : * gaspillage d'eau engendré par le rejet aux égouts des eaux lors de la régénération des résines. * risque de prolifération bactérienne dans les résines humides. * l'eau adoucie,plus pauvre en ions calcium et magnésium a moins de gout.   Web www.chimix.com Un chauffe eau a un débit de deux litres par minute. Il élève la température de 15°C à 65 °C. Ceau =4180 J kg-1 K-1 ; masse d'un litre d'eau : 1 kg. Calculer la quantité de chaleur absorbée par l'eau en une minute. Q = m Ceau (tfin - t début). Q = 2 *4180(65-15) = 4,18 105 J = 418 kJ. En déduire la puissance calorifique nécessaire. Puissance ( kW) = énergie (kJ) divisée par la durée en seconde. P = 418/60 =6,96 ~ 7,0 kW. Le rendement est de 80%, calculer la puissance absorbée. Diviser la puissance calorifique par le rendement : 6,96 / 0,80 = 8,7 kW. Le rendement théorique maximal ou coefficient d'efficacité frigorique de la machine est de : 7,08. Quelle peut être la température à l'intérieur de l'évaporateur lorsque l'atmosphère de la pièce est à 18 °C ? Le fluide réfrigérant circule dans l'évaporateur qui se trouve  à l'intérieur du frigidaire. Il absorbe de la chaleur aux aliments  à refroidir. En absorbant de la chaleur, le réfrigérant s'évapore, passe de l'état liquide à l'état gazeux. La température initiale des aliments étant 18 °C, la température  à l'intérieur de l'évaporateur est au maximum  égale  à 18°C. La température  à l'intérieur du frigo étant de l'ordre de 4 °C,  la température à l'intérieur de l'évaporateur est supérieure à 4 °C. Quelle quantité de glace peut on obtenir dans l'évaporateur à partir d'eau à 10°C pour une dépense de 1 KWh ?  chaleur massique de la glace : 2090 J kg-1 K-1 ; de l'eau : 4180 J kg-1 K-1 ; chaleur de fusion de la glace : 334 400 J kg-1. On admet un rendement de 90%. Coefficient d'efficacité frigorique = chaleur prélever  aux aliments  à refroidir / travail investi. Le travail investi vaut 1 kWh = 3600 kJ = 3,6 106 J. L'énergie calorifique que l'on peut retirer de l'eau  est donc :  7,08*3,6 106  =2,55 107 J Puis tenir compte du rendement : 0,90 *2,55 107  =2,29 107 J. Energie nécessaire pour refroidir  m kg d'eau  de 10 °C  à 0°C, l'eau restant liquide :  10 m Ceau = 41800 m Energie nécessaire pour  transformer en glace m kg d'eau prise à 0°C : 334 400 m. Energie nécessaire pour refroidir la glace jusqu' -10°C, par exemple : 10 m Cglace = 20900 m total : (334 400+41800+20 900 ) m = 2,29 107. m = 2,29 107 / 3,97 105 à 0°C. Pour mesurer la puissance frigorifique réelle on l'immerge dans une saumure plaçée dans une enceinte adiabatique. On y immerge aussi une résistance R de de 20 ohms. Pour maintenir la température constante il faut alimenter cette résistance sous une tension de 200 volts. Quelle est la puissance frigorifique de l'évaporateur ? L'énergie fournie par la résistance électrique sert  à compenser l'énergie  retirée des aliments  dans l'évaporateur.  Soit en terme de puissance : P = UI avec U = RI ; P = U2/R =2002/20 =2000 W = 2,0 kW.

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