a Déterminer l évolution du fluide frigorigène sur le diagramme enthalpique du R407C à l aide des tables thermodynamiques.

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1 6. ANNEXE B : Corrigé du sujet de l admissibilité A- FROID a) Cycle frigorifique Conditions nominales de fonctionnement : Conditions nominales de fonctionnement des groupes frigorifiques voir conditions constructeur: Déterminer les conditions de fonctionnement du refroidisseur de liquide Régime d eau à l évaporateur 6/11 C Régime d eau au condenseur 30/35 Il vous appartient de préciser les informations qui vous semblent nécessaires au condenseur :? Tk = Tk Twe = 10 K Sous refroidissement 5 K ( doc constructeur) A l évaporateur :? To = Twe To = 10 K? Tw = Twe Tws = 5 K =>( doc constructeur)?? Température de condensation? K = 40 [ C]. Sous refroidissement 5 K ( doc constructeur), glissement 5 K?? Température à l entrée du détendeur.? u = 35 [ C].?? Température d évaporation? O = 1 [ C].? Tw = 5 K (( doc constructeur) Température à la sortie de l évaporateur? b = 8 [ C]. Température à l aspiration 11 C ( supposition candidat admise ) a) diagramme enthalpique R407C a Déterminer l évolution du fluide frigorigène sur le diagramme enthalpique du R407C à l aide des tables thermodynamiques. b Représenter sur le diagramme ( h, Log P ), l'évolution du fluide dans l'installation et préciser les caractéristiques de celui ci. Points Pression Temp. v h s x bar C dm3/kg kj/kg kj/kg. K % 1 4, , , ,57 443, , ,86 4 4,77-3,8 243,86 0,237 c Compléter le tableau des données thermodynamiques qui caractérisent l évolution du cycle dans ces conditions On estime que le refroidisseur de liquide doit fournir une puissance frigorifique de 330 kw 62

2 Diagramme du R 407C : représentation du cycle Fluides R407C p t v h s x Point [bar] [ C] [dm³/kg] [kj/kg] [kj/kg K] ,77 1,00 49,09 409,44 1,7732 1sup 4,77 6,00 50,46 414,05 1,7899 2is 15,39 56,09 16,57 443,25 1, ,39 56,09 16,57 443,25 1,7899 2" 15,39 40,00 14,68 423,91 1, ,39 34,95 0,92 251,62 1,1760 3ss-r 15,39 29,95 0,90 243,86 1, ,77-3,77 12,23 243,86 1,1625 0,237 63

3 2 Sélectionner le refroidisseur de liquide répondant au cahier des charges. (a) Justifier ce choix. valeur de référence :? o = 330 kw LCTW = 30 C > 30 HZ 141->? o = 359 kw à LWT = 6 C -> Pa = 109kW >? k= 468 kw Déterminer : on prend pour les calculs :? o = 330 kw (b) Le débit masse horaire de fluide frigorigène débit masse : qm =???/ qo m = 330 / ( 414,05 243,86 ) = 1,939 kg /s => kg / h qm = kg/s. (c) Le débit volumique horaire aspiré par le compresseur débit volumique : Va = qm x V" 01 = 1,939 x = m 3 / s 352,2 m 3 /h Va = m 3 /s. (d) Le taux de compression tau :? = Pk / Po = 15,39 / 4,77 = 3,22 = 3,22? = 3,22. (e) Le rendement volumétrique du compresseur rendement volumétrique :? v = ( Pk / Po ) = (15,39 / 4,77) = 0.838? v = volume balayé?? (f) Le volume balayé horaire du compresseur? v = Va / Vb = > Vb = Va /? v = / = m 3 / s 419,8 m3 /h Vb = m 3 /s. (g) Les coefficient de performance théorique et réel du refroidisseur COP réel = 359 / 109 = 3,29? réel? = 3,29. COP th = 414,05 243,86 / 443,25-414,05 = 5.82? th? = 5,82. (h) Le nombre de bouteilles de fluide nécessaire à prévoir pour la charge de ce refroidisseur, si on considère qu une bouteille à un volume utile de 15 litres V = 0,9 dm 3 /kg pour le liquide à l entrée du détendeur à 30 C Masse de fluide totale pour le refroidisseur 2 x 38 kg = 76 kg => volume = 76 x 0,9 = 68,4 litres, soit 4,75 bouteilles, soit prévoir 5 bouteilles (i) Préciser si il y a une précaution particulière pour réaliser une charge en fluide avec le R407C. Expliquer et justifier Fluide diphasique, zéotrope, => charge en phase liquide uniquement, par une vanne de charge montée sur la conduite liquide 64

4 b) Tour de refroidissement Déterminer : (a) Le débit masse d'eau de la pompe du circuit de refroidissement du condenseur ( chaleur massique de l'eau = 4,185 kj / kg. K) débit de la pompe cond. : qm w = (? o + Pa ) / qm.c.?.? T => qm w = ( ) / ( x 5 ) = 22,22 kg / s qm w = 80 m 3 /h circuit Cd = 2 circuits => pour 22,22 l/s => P de C du circuit Cd = 33 kpa pression de pulvérisation 35 kpa hors tuyauterie? P = = 68 kpa => P de C du circuit Cd = 68 kpa (b) La tour de refroidissement de cette installation Puissance condenseur = ( ) = 465 kw pour un débit d eau = 22,22 l/s et? Tw= 5 k A 32 C 50% => Tb.h. = 23,6 => tableau Tbh = 24 C Approche = = 6 => facteur de correction = 0,88? Tw= 5 k => puissance corrigée = 465 x 0,88 = 409,2 kw => modèle TO 413 qv = 10,1m 3 / s (c) L'écart de température sur l'air aspiré par le ventilateur de la tour pour la pleine puissance si on considère que l'air à la sortie se trouve à une température humide de 32 C? k = qma x? ha = qmw x Cw x? Tw L air extérieur en entrée de tour 32 C 50% =>? = 1,124 kg / m 3 et h = 70,59 kj kg qm = qv x? = 10,1 x 1,124 = 11,35 kg/s? h =? k / qma = 465 / 11,35 = 40,96 kj/kg Pour Ts = Th = 32 C ( 100% ) => h L = 110,74 kj/kg ( latent ) Soit 0,85 kj/ kg ( sensible ) =>? T = 0,85 K => Tsa = 32,85 C (d) Indiquer la pression de pulvérisation retenue par le constructeur pour sélectionner la pompe pression de pulvérisation,donnée constructeur située entre 7 et 40 kpa 35 kpa. (e) Expliquer comment la variation de puissance est obtenue sur la tour de refroidissement. Justifier ce choix technique en mettant en évidence la grandeur réglée Variation de puissance par registre sur l air, et moteur ventilateur à 2 vitesses? k = qma x ca x? ta => si? k diminue pour maintenir les régimes de températures en fonctionnement => la variable = qma 65

5 c) Schéma de principe de la tour Proposer une autre solution technique permettant de réguler la puissance de la tour de refroidissement. Proposer un schéma de principe Possibilité de jouer sur la variation de débit de l eau arrivant du condenseur par une action sur V3V Voir schéma ci après schéma de principe : autre solution avec V3V T 66

6 Caractéristiques des points points Ts Th Tr H V r C C C kj / kgas m 3 / kgas kg / kgas Entrée de la tour 32 3, , Sortie de la tour 32,9 32, , ,6 67

7 Point réel + vanne série ( 3 ) Point de fonctionnement réel (2) Point réel + vanne // (4 ) Point de fonctionnement (1) théorique Valeur de Kv de vanne série Lorsque le? p et le débit sont connus,utiliser la formule pour calculer la valeur Kv ou voir diagrammes Kv = 0.01 x ( q / V? p ) l/h / kpa => Kv = 0.01 x ( / V65 ) = 94,26 m 3 /h => vanne D = 125 mm => 4,2 tours Valeur de Kv de vanne // Lorsque le? p et le débit sont connus,utiliser la formule pour calculer la valeur Kv ou voir diagrammes Débit pompe = débit bipasse + débit circuit = = 116 m 3 /h Kv = 0.01 x ( q / V? p ) l/h / kpa => Kv = 0.01 x ( / V60 ) = 64,55 m 3 /h => vanne D = 125 mm => 3,6 tours 68

8 Kv = 94,26 m3/h Vanne série Kv = 64,55 m3/h Vanne // 69

9 C- Hydraulique a) pompe circuit eau glacée a) Calculez le débit de l eau glycolée dans l évaporateur. débit de la pompe E.G. : qm w = (? o ) / qm. c?.? T => qm w = 359 / ( 3,4 x 5 ) = 21,11 kg / s qm w = 76 m 3 /h b) 2 circuits évaporateurs => qmw = 15,56 l/s circuit EG = 3 x P de C évap => pour 15,56 l/s la PdeC de l'évap. pour un circuit est = 20 kpa c) Hmt = 3 x 20 = 60 kpa Hmt = 60 kpa Pompe eau Glacée ( courbe de réseau ) Qv = 76 m 3 /h pour 6mCE? P = aqv 2 => a = 6 / 76 2 = 1, m 3 /h kpa d) Placer sur l abaque pour chacune d elles: 1. Le point de fonctionnement théorique voir courbe de pompe (1) 2. Le point de fonctionnement réel voir courbe de pompe (2) e) Pour assurer le régime d eau prévu, il est nécessaire de régler le débit des pompes. Pour cela proposer deux solutions possibles utilisant une vanne de réglage a. vanne en série avec la pompe (3) b. vanne en parallèle avec la pompe ( bi passe ) (4) f) Placer le point de fonctionnement réel de ces pompes pour chacune des solutions voir courbe de pompe b) vanne de réglage a) Calculer la grandeurs hydrauliques caractéristiques de ces vannes et indiquer leur nombre de tours. Série Kv = 0.01 x ( / V65 ) = 94,26 Kv = 94,26 // Kv = 0.01 x ( / V60 ) = 64,55 Kv = 64,55 Série => vanne D = 125 mm => 4,2 tours // => vanne D = 125 mm => 3,6 tours b) Déterminer le coefficient K de l évaporateur, pour une surface d échange de 50 m 2, lorsque le coefficient d encrassement est à sa valeur nominale ( donnée constructeur)? o = K x S x? To =>?K =? o / (? To x S ) = / ( 50 x 10 ) = 718 W/m 2. C Facteur d encrassement E = 0, m 2. C/W ( doc constructeur ) R = (1 / K) + E = (1 / 718 ) + 0, =0, R = 14, => K =1 / R = 696 W/m 2. C c) Que devient dans ce cas la température de l eau à la sortie de l évaporateur? Puissance frigo 359 kw?? o = K x S x? To =>? To =? o / (K x S ) = / 696 x 10 = 10,32 K Ts = 6,32 C D- ELECTROTECHNIQUE 70

10 Il vous est demandé d équiper l armoire électrique de cette installation, et de ce fait de sélectionner le matériel nécessaire (a) Quel appareil préconisez - vous d installer en tête de cette armoire qui doit rendre indépendante cette armoire du reste du bâtiment? Disjoncteur magnéto-thermique + différentiel 300 ma ( protection machine ) + Sectionneur portes fusibles avec contacts de pré coupures + fusible am (b) Déterminer le calibre de cet appareil sur cette installation comportant plusieurs types de moteurs, plusieurs groupe de résistances ( voir le tableau) Le facteur de puissance normalisée de l installation doit-être de 0,93 Pa ( kw ) cos f tri/ mono Y /? Moteurs compresseurs 110 0,82 tri Y Moteur ventilateur tour 10 0,77 tri Y Moteurs pompes EG 8 0,72 tri Y Moteurs pompe tour 12 0,75 tri Y Résistances 20 tri Y Détermination de l intensité en ligne par la résolution de Fresnel Somme des puissances actives = P T ( kw ) P T ( W ) = = 160 kw = P T 160 kw Somme des puissances réactives = Q T ( kvar ) Q T ( VAR ) = 76,78 + 8,28 + 7, ,58 = 102,35 kvar = Q T = 102,35 kvar Détermination de la puissance apparente = S T = (kva ) = V P 2 x Q 2 = UIV3 => I en ligne S T = V ,35 2 = 189,93 kva I T = / 400 x V3 = 274 A S T = 189,93 kva => I = 274 A (c) Préciser le calcul à effectuer pour vérifier si cette installation respecte les normes imposées par EDF ( facteur de puissance) (d) Facteur de puissance normalisé par EDF cos??= 0.93 cos??de l installation = P / S = 160 / 189,93 = 0,842 =>???=32,6 cos?? = 0,842 71

11 (e) Si ce n est pas le cas que devez-vous faire, et comment dimensionnez-vous ces composants Ajout d une batterie de condensateurs entre chaque phases pour relever le facteur de puissance cos? Q = P ( tg? 1 tg? 2 ) = x ( 0,639 0,395 ) = VAR Q = U 2 x C x w => C = Q / ( U 2 x w ) => C = / (400 2 x 314 ) = 777?F Soit pour un condensateur C / 3 = 259?F C = 259? F (f) Sélectionner le matériel de puissance ( commande et protection ) d un compresseur du groupe et pour un groupement de résistance d une puissance active de 20 kw Pour les moteurs choisir des contacteur catégorie AC3 Intensité maximale du groupe 179A, il a 4 compresseurs soit : 45 A sous 400V Pa totale = 122kW => 1 Comp. = 37kW sous 400V Contacteur moteur LC1D8011 I total = 179A => plage 37 50A Relais Thermique LR2 D3352 Pour les groupes de résistances catégories AC1 20kW sous 400 V => I R = / ( 400 x V3 ) = 28,86A Contacteur moteur LC1D1810 Protection des résistances => magnétiques Disjoncteur magnéto thermiques GV3M40 25 à 40 A 72

12 E- THERMIQUE

13 a) Déterminer le débit de gaz théorique pour une chaudière Qv gaz théorique = P chaudière/? = 620/0.92 Qv gaz théorique = 674 m3/h (n) b) Calculer le facteur de correction K pour cette opération et en déduire le débit de gaz relevé au compteur F = (( )/1013) x (273/(273+17)) =1.2 Qv gaz lu compteur = Qv gaz théorique /F = m3/h (n) c) Calculer le débit de gaz à relever au compteur en 1 ère et en 2 ème allure Qv gaz 1 ère allure = x 0.70 = 393,1 m3/h (n) Qv gaz 2 ème allure = m3/h (n) d) Donner l équation de combustion stoechiométrique du gaz naturel CH 4 + 2O 2 + 8N 2 CO 2 + 2H 2 O + 8 N 2 e) Déterminer le volume de la bouteille tampon d après la règle du millième et à partir du débit de gaz théorique nécessaire au fonctionnement Puissance des brûleurs = (620x2) / 0.92 = kw Débit théorique de gaz = /10.6 = m3/h (n) Volume bouteille tampon =128 litres f) Positionner le point de combustion obtenu de la chaudière 1 sur le diagramme de combustion g) En déduire le taux d émission de CO et d excès d air dans les fumées. Quels en sont les risques sur l environnement? % CO = 4.6 % % Excès d air = - 7 % ou % Défaut d air = + 7 % Risques : CO important : effet de serre, pollution + Imbrûlés : encrassement gicleur + foyer h) Que préconisez-vous pour améliorer la combustion? Augmenter l excès d air jusqu à 25 % 74

14 F- Dessin/ Implantation chaufferie a) Compléter la vue isométrique de la chaufferie du circuit primaire jusqu à la bouteille de mélange. b) Le circuit primaire nécessite-t-il la pose de vanne(s) d équilibrage? Justifier Pose vanne(s) d équilibrage (entourer la bonne réponse) : oui non Justification : Comme les 2 chaudières ont la même puissance, la boucle de Tiechelman équilibre le débit d eau requis dans chacune d entre elle. c) Relever les cotes indiquées sur la vue isométrique de la chaudière Guillot ainsi que le diamètre du piquage retour Cote a = 1570 mm Cote b = 1017 mm Cote c = 235 mm DN Bride Piquage retour = DN 100 d) Après avoir calculé le débit d eau du circuit primaire, déterminer la hauteur de la bouteille de mélange d après la règle des 3D Qv 1 aire = (1240/(4.18 x 20)) x 3.6 = 53.4 m3 /h Diamètre D = x 3.6 Hauteur bouteille de mélange = 7 x 3Dext = 21 x = mm 75

15 G- MODULE D EXPANSION / TRAITEMENT DES EAUX a) Module d expansion eau chaude e- Donner la pression minimale d enclenchement des pompes. Pression minimale enclenchement pompes : 5.5 bar bar = 5.8 bar f- Déterminer le type de module d expansion et la capacité de la bâche. Volume eau installation = litres Pression de service mini = h statique + sécurité = = 5.8 bar Type de module : EVME 8607 g- Donner la pression d ouverture maximale du by-pass. Pression ouverture by-pass : = 7 bar h- Donner la pression d ouverture des soupapes. Pression ouverture soupapes : = 7.5 bar 76

16 b) Traitement des eaux a- Calculer la dureté de l eau à traiter pour une période de fonctionnement d un mois. dureté à traiter pour un mois = volume eau à traiter x dureté à traiter = x 31 = f /mois b- Choisir l adoucisseur le mieux adapté. voir tableau Permo Adoucisseur PERMO 7125 A4X c- Donner la quantité de sel nécessaire pour une période de fonctionnement d un an. Pouvoir d échange = /125 = 4.30 f par litre de résine Consommation de sel par régénération = 17 kg 1 régénération par mois Quantité de sel pour un an = 17 x 12 = 204 kg d- L introduction d un produit anti- corrosion nécessite un dosage de 40 ml /m3. Calculer la quantité exacte de ce produit pour l installation eau chaude. Volume installation eau chaude = litres = m 3 Soit x 40 =694.4 ml de produit anti-corrosion. 77