SÉCHEUR DE GRANULÉS P.E.T

Transcription

1 BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION ÉPREUVE E 4.1 Étude d un système technique industriel Pré étude et modélisation Durée : 4 heures Coefficient : 3 SÉCHEUR DE GRANULÉS P.E.T CORRECTION et PROPOSITION DE BARÈME /60 points A- Étude énergétique du nouveau réchauffeur (16 points) A.1 Caractéristiques d une charge triphasée du réchauffeur (3 points) P A.1.1 P 1max = Total = 3 kw avec PTotal = 96 kw 3 A.1. On adopte un couplage triangle pour appliquer aux éléments résistifs la tension composée 400V du réseau. A.1.3 La charge triphasée se compose de 3 éléments chauffants de résistance R U U alors P 1max = 3, il vient R = 3 avec U = 400V, la résistance R = 15Ω R P1 max A. Commande par train d onde d un élément chauffant (10 points) A..1 Mise en conduction d un thyristor : v AK >0 (tension anode-cathode) et une impulsion sur sa gâchette Condition de blocage : tension v AK <0 et annulation du courant A.. Voir document réponse A A..3 T c = p.t n.t n.t n A..4 α = Tc p.t p A..5 On a v c (t) = r.i(t) donc la tension v c (t) a même allure que le courant i(t) voir document réponse A Vˆc Vˆ V. avec V= 30V on a Vˆ c = 35V. v c (t) A..6 Définition puissance active P = <p(t)> = <v c (t).i(t) > = < > r v c (t) Vc V A..7 La puissance P s écrit : P = < v c (t).i(t) > = < > =. α r r r BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : 1/6

2 A..8 La puissance P varie entre P = 0 et P = P max = V r Le réglage de la puissance de chauffe se fera en réglant le rapport cyclique α, les deux grandeurs étant proportionnelles. A.3 Bilan énergétique du chauffage de l air pour le séchage du P.E.T. (3 points) A.3.1 Énergie W n consommée : W n = P n.t n = 48kW.h avec P n = 96kW et t n = temps de fonctionnement à 96 kw sur 1h = 30 s 60 = 1800s = 0,5h Énergie W a consommée : W a = P a.t n = 80 kw.h avec P a = 160kW ; L énergie économisée en 1 heure est W écor = W a - W n = 3 kw.h A.3. L économie réalisée est de 40%. B- Étude de l isolation de la trémie (1 points) B.1 Rappel sur les unités de température ( points) B C correspond au point d ébullition de l eau sous une pression d une atmosphère B.1. voir document réponse B B. Pertes thermiques à travers la paroi de la trémie (5 points) B..1 B.. Rth soit R th en C/W ou en K/W Pc Pc 0 = 40W avec θ ex = 30 C ; θ in = 130 C ;R thp =,5 K.W -1 R thp B..3 Surface trémie : S = R.H + ( R ) = 8,3m B..4 Pct 1 = 8 Pc o = 1,1kW B..5 R th = 89, KW -1 Pct 1 Rthp B..6 Expression : Rth avec N p =8 NP R th correspond à une association en parallèle de 8 résistances R thp B.3 Réduction des pertes thermiques liée à l augmentation de l épaisseur de l isolant (5 points) B.3.1 La superposition de plaques est une association série. Association série de résistances thermiques R thp soit : R thp = R thp = 5 KW -1 B.3. Association parallèle de résistances thermiques R thp soit : Rthp' R th = = KW -1 N p B.3.3 Pct = 560W avec R th = 178, KW -1 Rth' B.3.4 L économie réalisée est de 50%. W écot = 560 W.h BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : /6

3 C - Étude énergétique du variateur de vitesse alimentant le moteur de la soufflante (10 points) C.1 Analyse de la structure du variateur ( points) C.1.1 Voir document réponse C C.1. Le type de commande est de type modulation à largeur d impulsion (MLI) C. Économie d énergie réalisée à l aide du nouveau variateur de vitesse (8 points) C..1 P 1M = 5,7 kw S 1M = 6,7 kva I M = 6,8 A V = 50V V H01 = 30V PF = 0,847 DPF = 0,934 C.. On vérifie bien : S = V.I M = 6,7 kva P = V H01. I M. DPF = 5,7 kw C..3 P M = 3 P 1M = 17,1 kw P V = P M = 17,6 kw car le rendement du variateur est de 97%. C..4 W V = P V.t séchage = 17,6 kw.h C..5 W ecov = W ancien - W V =,4 kw.h avec W ancien = 0 kw.h D - Bilan énergétique (6 points) D.1 La cadence de production de P.E.T. de 80 Kg pour 1 heure de fonctionnement, on en déduit les énergies en W.h/kg en réalisant l opération W i pour le réchauffeur : W ecor = 39 W.h/kg - pour l isolation de la trémie : W ecot = 0,68 W.h/kg - pour le variateur : W ecov =,9 W.h/kg D. Dans sa globalité, le nouveau sécheur permet d économiser 64 W.h/kg (15-88), donc le réchauffeur réalise 61% de cette économie, l isolation de la trémie 1%, et le variateur 4% D.3 Ces résultats font apparaître que c est le nouveau système de chauffage qui permet de réduire de manière la plus importante la consommation d énergie. Pour sa part, la double isolation de la trémie n est pas à envisager car l économie d énergie est négligeable par rapport aux autres énergies économisées alors que le coût d amélioration de l isolation serait très important. BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : 3/6

4 E - Influence du système de chauffage et du variateur de vitesse sur le comportement du réseau (16 points) E.1 Analyse des relevés en entrée du réchauffeur (4 points) E.1.1 i r (t) est sinusoïdal donc ne doit pas comporter d harmoniques ce qui est confirmé par le relevé du spectre. E.1. Valeur efficace I r =46,7A et valeur max I rmax = I r. = 66A (ou I r.cf) E.1.3 Le taux de distorsion d harmonique en courant est faible ce qui signifie une faible influence des harmoniques. Le réchauffeur ne pollue pas le réseau E. Analyse des relevés en entrée du variateur (1 points) E..1 i V (t) n est pas sinusoïdal donc il comporte des harmoniques ce qui est confirmé par le relevé de son spectre E.. La valeur efficace I V du courant de ligne i v (t) : I V =9A (écran 3) ; E..3 Harmoniques les plus polluants sont le rang 5 et 7 : I VH5 de fréquence f 5 =5.f=50Hz on mesure I VH5 = 45,8% de I VH1 soit I VH5 =11,4A I VH7 de fréquence f 7 =7.f=350Hz on mesure I VH7 = 33,3% de I VH1 soit I VH7 =8,3A IVH5 IVH7 E..4 On a THDi V = 100 = 56,6 % avec I VH1 =4,9A. IVH1 Sur l analyseur, on relève THDi V =59,1%, les deux rangs sont donc prépondérants. E..5 On a tanφ 1 = 0,186. Ou directement DPF (facteur de déplacement)= cosφ 1 = 0,983. Il permet de connaître la différence de phase φ 1 entre le fondamental du courant i V (t) et la tension réseau v(t) sur une ligne. E..6 P 1 = V.I V.f P ou P 1 = V.I vh1. cosφ 1 E..7 On trouve, après calcul, avec V=37,8V, I V =9A, f P =0,851 et I vh1 = 4,9A : P 1 =5,87 kw et P 1 =5,8 kw; les résultats numériques sont sensiblement égaux d où la propriété : la puissance active est transportée par le fondamental. E..8 On détermine D 1 avec : D 1 = S 1 - P1 Q1 = 3,43 kva avec S 1 = 6,843kVA (écran5) ; P 1 =5,84kW (écran5) et Q 1 =P 1. tanφ 1 =1,08kVars (ou Q 1 =V.I VH1.sinφ 1 ) On retrouve la valeur affichée avec Q 1 = Q² 1 D² 1 = 3,59 kvars E..9 On déduit P = 3.P 1 = 17,5kW ; Q = 3.Q 1 = 3,4 kvars ; S = 3.V.I V = 0,7kVA puis on a D = S - P Q = 10,6 kva E..10 On remarque que la puissance déformante est importante (cela confirme l analyse aux E..3 à E..6) : filtrage nécessaire des harmoniques de courant. La puissance réactive Q pourrait être aussi compensée par une batterie de condensateur. L ensemble de ces actions permettrait de relever le facteur de puissance (même si celui-ci reste dans les normes : >0,8) BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : 4/6

5 Questions A.. DOCUMENT RÉPONSE A Î i(t) T t(ms) T c T1 T n périodes (p-n) périodes n périodes (p-n) périodes Indiquer ci-dessus les intervalles correspondant aux n et p-n périodes réseau Vˆ c v c (t ) t(ms) DOCUMENT RÉPONSE B ( C) T(K) BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : 5/6

6 DOCUMENT RÉPONSE C Figure n 3 A I O L i e(t ) ie(t) Réseau triphasé 400V/50HZ V1 V iv(t) D1 D D3 u C(t) C u 0(t) u ab u bc u ca V3 N D4 D5 D6 B i M(t) M3 ~ Module Fonction Redresseur Filtre Onduleur triphasé BTS ÉLECTROTECHNIQUE - CORRIGÉ Session 011 Page : 6/6