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BActivité expérimentale
Quand est-il nécessaire d’utiliser une pompe
pour alimenter en eau un immeuble ? T
STI2D
Capacités : - Mesurer un débit
- Explicitez la notion de vitesse moyenne d’écoulement dans une canalisation Réfléchissons un peu avant de commencer…
Sur un site internet, on peut lire :
L’eau qui sort de votre robinet a un coût : 1 mètre cube d’eau revient au particulier à environ 2,50 €. Un moyen d’économiser le volume d’eau consommé est l’utilisation de mousseurs hydroéconomes.
Un robinet standard débite au minimum 12 litres par minute sous une pression de 3 bars, c'est à dire bien plus qu'il n'en faut pour les usages habituels tels que la toilette, la vaisselle, etc.
Les mousseurs hydroéconomes permettent de réduire ce débit d’au moins 50% sans perte de confort.
La robinetterie du marché est généralement équipée de mousseurs qui donnent un aspect crémeux à l'eau (confort au toucher) mais ne limitent pas le débit. Si vous voulez faire des économies, choisissez des mousseurs hydroéconomes.
Sur un robinet, une économie d’eau, c’est généralement aussi une économie d’énergie. En effet, il faut environ 30 kWh pour chauffer 1 mètre cube d’eau à 38 °C (prix du kWh électrique de 0,07 € TTC environ).
Quelle est l’unité du débit volumique donnée dans le texte ? Est-il donné dans l’unité du système international ? Sinon, convertir la valeur du débit d’un robinet standard dans l’unité officielle.
Donner le débit volumique dans le cas de l’utilisation de mousseurs hydroéconomes.
Quelle est l’économie financière globale réalisée par m3 d’eau avec un mousseur hydroéconome ?
Expérience à réaliser chez soi : mesure du débit du robinet de votre cuisine (en fonctionnement normal) Vous devez disposer d’un récipient d’au moins 500 mL (un verre doseur de cuisine par exemple ou une bouteille vide de 1,0 ou 1,5 L), d’un chronomètre (votre montre, votre portable...).
Rédiger un protocole expérimental et réaliser l’expérience.
Déterminer le débit en L/min.
Manipulations
Un réservoir d’eau alimente un immeuble d’habitation. Les étages sont situés à des altitudes z différentes. On modélise le système d’alimentation par des arrivées d’eau munies chacune d’un robinet.
On suppose que le réservoir est toujours plein.
D’après http://www.jeconomiseleau.org/eviers_lavabos.htm
2 missions à accomplir :
1/trouver à quelle hauteur le débit est de 0,5L/min.
2/trouver à partir de quelle hauteur une pompe est ABSOLUMENT nécessaire.
http://lefevre.pc.free.fr
1. Modélisation et résolution du problème
L’ensemble du dispositif est en photo ci-dessous. ATTENTION à ne pas mettre de l’eau partout ! Placer le haut du réservoir à environ 35 cm de hauteur (l’origine des altitudes est au niveau de la table).
Noter l’altitude exacte de la surface de l’eau depuis l’origine : z = ...
L’immeuble sera modélisé par un élévateur à croisillon et l’évier de chaque étage par un bécher de 600 mL.
Remarque : un bécher n’est pas un instrument de verrerie pour mesurer un volume ! La canalisation est représentée par un tube souple.
Mesurer le diamètre de la canalisation : Øtube = ... cm Simuler le robinet par un pincement du tube avec vos doigts.
Attention à maintenir le niveau du réservoir toujours à la même hauteur (le remplir régulièrement...) !
Etablir un protocole expérimental pour mener à bien vos deux missions. Le proposer au professeur avant de le réaliser.Faire plusieurs essais et corriger éventuellement le protocole initial afin d’optimiser la précision de vos résultats.
2. Détermination de la vitesse d’écoulement
On supposera que l’écoulement est stationnaire, c’est à dire que la vitesse du fluide n’évolue pas en fonction du temps.
La vitesse d’écoulement v s’écrit S v=D avec
Quelle est la vitesse moyenne d’écoulement de l’eau à la sortie du tube pour un débit de 0,5 L/min ? Faire plusieurs mesures. Commentez.
Conclusions
Rédiger avec le professeur une conclusion.
Pour les plus rapides…
Proposer et réaliser un montage expérimental permettant de vérifier si la longueur de la canalisation a une influence sur le débit volumique au niveau du robinet
35 cm robinet
immeuble évier
canalisation réservoir d’eau
- v : vitesse moyenne d’écoulement du liquide en m.s-1 - D: débit volumique du liquide en m3.s-1
- S: section de la canalisation en m²
http://lefevre.pc.free.fr
