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Description

Chaudière à granulés

1- Présentation

Le sujet se décompose en deux parties: elles peuvent être traitées dans un ordre indifférent.

Une partie commune 2I2D durée indicative 2h30.
Une partie enseignement de spécialité SIN durée indicative 1h30.

2- Mise en situation

Les modes de chauffage individuel contribuent à l’épuisement des ressources d’énergies fossiles et à la production de polluants atmosphériques. L’étude suivante doit permettre de répondre à la problématique : en quoi le chauffage à granulés de bois constitue une solution d’avenir dans le cadre du développement durable ?
Les chaudières à granulés sont de plus en plus nombreuses dans les foyers français. Moderne et facile d’utilisation, la chaudière à granulés convient parfaitement aux personnes qui souhaitent bénéficier d’un chauffage naturel.

La chaleur produite permet de chauffer l’eau d’un circuit de chauffage central d’un logement. La production est automatisée grâce à un clavier ou à l’aide d’une télécommande : il suffit d’allumer sa chaudière à granulés, de la programmer, puis de la régler. Elle s’arrête automatiquement lorsqu’il n’y a plus de granulés.
Pour améliorer le confort d’utilisation, les granulés peuvent être stockés en grande quantité, par exemple dans un silo textile saisonnier.

Le sujet se décompose en deux parties distinctes:

Partie 1 : Ingénierie, innovation et développement durable

Problématiques générales :

- partie 1, le chauffage au bois permet-il de réduire les émissions de gaz à effet de serre,
- partie 2, quel est l’impact du chauffage au bois sur les émissions de particules fines,
- partie 3, comment évaluer la consommation annuelle en granulés,
- partie 4, comment optimiser le fonctionnement de la chaudière ?

Partie 2 : Système d'Information et Numérique

Dans la partie spécifique, vous devez choisir de traiter la partie B (choix 1) ou la partie C (choix 2). Les autres parties A et D et E sont à traiter obligatoirement.

Afin de pouvoir gérer plus facilement la consommation de granulés et donc l'énergie consommée par l'habitation en chauffage, il est décidé de mettre en place un dispositif de mesure de la masse de granulés ainsi qu'un enregistrement de cette donnée sur une base de données hébergée localement.
Les données enregistrées permettront de comparer la consommation de cette habitation avec la consommation moyenne d'une habitation comparable et d'archiver plusieurs années de consommation.
On s'intéressera également à l'échange interne d'informations au sein de la chaudière.

PARTIE A : Peut-on obtenir 6 mesures de consommation différentes par jour pour un débit moyen donné ?

Pour évaluer la consommation en granulés de la chaudière, le choix a été fait de mesurer la masse de granulés dans le silo de stockage. Pour cela, des capteurs de pesage à base de jauges de contrainte sont placés sous chaque pied du silo de stockage. La masse totale de l’ensemble sera donnée en additionnant les indications des 4 capteurs.

Choix 1 : PARTIE B : Comment vérifier la bonne réception de la valeur de la masse de granulés vers le serveur ?

Choix 2 : PARTIE C : Comment gérer la transmission d'information au sein de la chaudière ?

Pour la chaudière, la température eau départ chauffage qedc est calculée par une carte électronique appelée « carte gestion chauffage ». Le réseau interne de communication numérique entre les différentes cartes électroniques de la chaudière utilise le protocole eBUS (energy BUS).

PARTIE D : Comment suivre la consommation énergétique du chauffage de l'habitation ?

On donne le schéma du réseau local de l'habitation : Un shield Ethernet est associé à la carte Arduino lui permettant de communiquer sur le réseau. Un serveur web et une base de données sont hébergés sur un Raspberry Pi. Le shield Ethernet de l'Arduino communique toutes les quatre heures au Raspberry Pi la masse de granulés restante dans le silo, valeur qui sera stockée dans la base de données avec son horodatage.

PARTIE E : Conclusion

A l'aide de études réalisées dans les parties A, D et E, conclure sur la viabilité de la solution retenue pour suivre la consommation de granulés.

Compétences évaluées

Référentiels par compétences [7]
- Bac technologique [8]
  - Bac technologique STI2D - Abrogé [9]
    - Spécialité Système d’Information et Numérique [10]
  - Bac Technologique STI2D [20]

Fichiers et liens

STI2D sept-2021-sujet -SIN [39]

STI2D sept-2021-sujet -SIN-CORR [40]

Liens:
[1] https://eduscol.education.fr/sti/utilisateurs/francois-pescheux?node=14061
[2] https://eduscol.education.fr/sti/system/files/images/concours-examens/14061/14061-chaudiere-granules.GIF
[3] https://eduscol.education.fr/sti/system/files/images/concours-examens/14061/14061-principe-chaudiere-granules-ac.GIF
[4] https://eduscol.education.fr/sti/system/files/images/concours-examens/14061/14061-chaudiere-granules-sin-information.GIF
[5] https://eduscol.education.fr/sti/system/files/images/concours-examens/14061/14061-chaudiere-granules-sin-reseau.GIF
[6] https://eduscol.education.fr/sti/system/files/images/concours-examens/14061/14061-chaudiere-granules-sin-algo.GIF
[7] https://eduscol.education.fr/sti/referentiel-competences/referentiels-par-competences
[8] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences/bac-technologique
[9] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique/bac-technologique-sti2d-abroge
[10] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge/specialite-systeme
[11] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme
[12] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-0
[13] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-4
[14] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-5
[15] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-6
[16] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-9
[17] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-10
[18] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-11
[19] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-abroge-specialite-systeme-12
[20] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique/bac-technologique-sti2d-0
[21] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d/c1-caracteriser-des-produits
[22] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c1-caracteriser-des-produits
[23] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c1-caracteriser-des-1
[24] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d/c2-identifier-les-elements
[25] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c2-identifier-les-elements
[26] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d/c3-analyser-lorganisation
[27] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c3-analyser-lorganisation/c31
[28] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c3-analyser-lorganisation/c32
[29] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c3-analyser-lorganisation/c33
[30] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c3-analyser-lorganisation/c34
[31] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d/c5-imaginer-une-solution
[32] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c5-imaginer-une-solution/c58
[33] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c5-imaginer-une-solution-0
[34] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c5-imaginer-une-solution-2
[35] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c5-imaginer-une-solution-3
[36] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c5-imaginer-une-solution-7
[37] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d/c6-preparer-une-simulation-et
[38] https://eduscol.education.fr/sti/referentiels-par-competences-bac-technologique-bac-technologique-sti2d-c6-preparer-une-simulation-et
[39] https://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/concours-examens/14061/14061-sti2d-sept-2021-sujet-sin.pdf
[40] https://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/concours-examens/14061/14061-sti2d-sept-2021-sujet-sin-corr.pdf