Activités d'Investigation Professionnelle
Bilan énergétique de compresseur, comparaison LED/Halogène et échauffement Joule d'un câble de recharge.
Bilan Énergétique d'un Compresseur d'Atelier
Situation Professionnelle
Un garage automobile utilise un compresseur d'air comprimé de puissance $P = 2300\text{ W}$ alimenté sous une tension $U = 230\text{ V}$. Il fonctionne en moyenne $t = 4\text{ heures}$ par jour ouvrable (20 jours par mois).
Travail à réaliser
1. Intensité du Courant (Compétence S'approprier) : Calculer l'intensité $I$ du courant électrique absorbé par le compresseur ($I = \frac{P}{U}$).
2. Énergie Consommée (Compétence Réaliser) : Convertir la puissance en kW ($P = 2{,}3\text{ kW}$) et calculer l'énergie consommée par jour puis par mois ($E = P \times t$) en kWh.
3. Coût de Fonctionnement (Compétence Valider) : Calculer le coût mensuel de fonctionnement du compresseur au tarif de $0{,}25\text{ €}$ le kWh.
Voir le corrigé de l'Activité 1
1. $I = \frac{P}{U} = \frac{2300}{230} = \mathbf{10{,}0\text{ A}}$.
2. Énergie jour : $E_{\text{jour}} = 2{,}3\text{ kW} \times 4\text{ h} = \mathbf{9{,}2\text{ kWh}}$. Énergie mois : $E_{\text{mois}} = 9{,}2 \times 20 = \mathbf{184\text{ kWh}}$.
3. $\text{Coût} = 184 \times 0{,}25 = \mathbf{46{,}00\text{ €}}$ par mois.
Transition Énergétique : Projecteurs LED de Chantier
Situation Professionnelle
Sur un chantier de réhabilitation, une entreprise remplace 5 anciens projecteurs halogènes de $500\text{ W}$ chacun par 5 projecteurs LED équivalents de $50\text{ W}$ chacun. L'éclairage fonctionne $8\text{ heures}$ par jour pendant $60\text{ jours}$ de travaux.
Travail à réaliser
1. Puissance Totale (Compétence S'approprier) : Calculer la puissance totale en kW consommée par les 5 projecteurs halogènes ($P_{\text{halo}}$) et par les 5 projecteurs LED ($P_{\text{LED}}$).
2. Énergie Consommée (Compétence Réaliser) : Calculer l'énergie électrique totale en kWh consommée sur les 60 jours pour chaque solution ($t_{\text{tot}} = 8 \times 60 = 480\text{ h}$).
3. Économie Financière (Compétence Valider) : Calculer l'économie financière réalisée grâce aux LED pour le chantier au tarif de $0{,}25\text{ €/kWh}$.
Voir le corrigé de l'Activité 2
1. Halogènes : $5 \times 500 = 2500\text{ W} = \mathbf{2{,}5\text{ kW}}$. LED : $5 \times 50 = 250\text{ W} = \mathbf{0{,}25\text{ kW}}$.
2. $E_{\text{halo}} = 2{,}5 \times 480 = \mathbf{1200\text{ kWh}}$. $E_{\text{LED}} = 0{,}25 \times 480 = \mathbf{120\text{ kWh}}$.
3. Économie d'énergie : $1200 - 120 = 1080\text{ kWh}$. Économie en euros : $1080 \times 0{,}25 = \mathbf{270{,}00\text{ €}}$.
Effet Joule & Échauffement d'un Câble de Recharge
Situation Professionnelle
Une borne de recharge rapide délivre une intensité $I = 32\text{ A}$ sous $230\text{ V}$. Le câble en cuivre présente une faible résistance de ligne $R = 0{,}05\ \Omega$.
Questions & Sécurité
1. Puissance Thermique Dissipée (Compétence Réaliser) : À l'aide de la relation $P = R \times I^2$, calculer la puissance thermique dégagée par effet Joule dans le câble.
2. Conséquence Thermique (Compétence Analyser) : Expliquer pourquoi le câble doit être déroulé complètement lors de la charge et non laissé enroulé sur un touret.
3. Dimensionnement Normatif (Compétence Valider) : Pourquoi la norme impose-t-elle une section de câble minimale de $6\text{ mm}^2$ ou $10\text{ mm}^2$ pour $32\text{ A}$ ?
Voir le corrigé de l'Activité 3
1. $P = R \times I^2 = 0{,}05 \times 32^2 = 0{,}05 \times 1024 = \mathbf{51{,}2\text{ W}}$.
2. Enroulé, la chaleur de $51{,}2\text{ W}$ s'accumule sans dissipation, ce qui fait fondre la gaine isolante en plastique et crée un court-circuit ou incendie.
3. Une plus grande section de cuivre diminue la résistance $R$, réduit l'effet Joule ($R \times I^2$) et évite l'échauffement dangereux des conducteurs.