COGENERATION ESPACE NAUTIQUE JEAN VAUCHERE DE COLOMIERS (31) Matériel nécessaire pour traiter la partie écrite du concours

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1 CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2006 SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES GENIE ELECTRIQUE (Classe de terminale STI) ELECTROTECHNIQUE Durée : 6 heures COGENERATION ESPACE NAUTIQUE JEAN VAUCHERE DE COLOMIERS (31) Matériel nécessaire pour traiter la partie écrite du concours Calculatrice Règle graduée Rapporteur

2 CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2006 SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES GENIE ELECTRIQUE (Classe de terminale STI) ELECTROTECHNIQUE Durée : 6 heures COGENERATION ESPACE NAUTIQUE JEAN VAUCHERE DE COLOMIERS (31) Ce dossier comprend : Présentation de l espace nautique Présentation de l espace nautique Jean Vachère Présentation de la cogénération Synoptique de l installation électrique relative au courant fort Domaine électrotechnique (durée conseil 4h) Etude de la cogénération Mise en évidence de l amélioration du rendement en associant la production de calories et d énergie électrique (1 Novembre au 31 Mars) Etude de l alternateur Etude de la distribution électrique Etude de la protection des personnes : régime de neutre. Détermination du courant de court circuit. Dimensionnement du câble de la cogénération. Compensation de l énergie réactive Bilan de puissance de l installation Détermination de la puissance réactive à compenser Choix de l armoire de compensation Schéma de raccordement des batteries de condensateur Automatisation du lavage des filtres a sable du circuit rivière Lavage des filtres : Mode opératoire en fonctionnement manuel Lavage des filtres : Automatisation Schéma de commande Programmes liés à l automatisation Domaine mécanique (durée conseil 2h) Etude du circuit hydraulique de la rivière cascade Mise en situation Détermination du débit d eau dans le lit de la rivière cascade Etude du circuit d alimentation hydraulique de la rivière cascade Dimensionnement de la pompe d un des quatre réseaux hydrauliques Partie Présentation Partie A Partie B Partie C Partie D Partie E Remarques importantes : L épreuve se compose de 5 parties A, B, C, D, et E entièrement indépendantes. Dans chaque partie et pour chaque question, un emplacement est réservé pour les réponses. Elles seront traitées dans l ordre souhaité par le candidat. Chaque partie comprend l énoncé/réponses et les documents techniques nécessaires au travail demandé. Les réponses devront être claires et justifiées. Les points sont répartis pour deux tiers à la partie électrotechnique et un tiers à la partie mécanique.

3 PARTIE Présentation L espace nautique Jean Vauchère de Colomiers Présentation de l espace nautique Jean Vachère Présentation de la cogénération Synoptique de l installation électrique relatif au courant fort Ce dossier est constitué : - de la présentation générale: pages numérotées de PR 1 à PR 6 des synoptiques courant fort : pages numérotées DT PR 1 à DT PR2

4 PARTIE Présentation L espace nautique Jean Vauchère de Colomiers Présentation de l espace nautique Jean Vachère Présentation de la cogénération Synoptique de l installation électrique relatif au courant fort Synoptique de l installation hydraulique relatif au chauffage Ce dossier est constitué : - de la présentation générale: pages numérotées de PR 1 à PR 6 - des synoptiques courant fort et chauffage : pages numérotées DT PR 1 à DT PR 5 PR 1

5 1 Introduction Ouvert en juillet 2001, l Espace Nautique Jean-Vauchère a été conçu pour faire découvrir au public un espace multisports aquatiques de loisirs et de détente. Premier du genre sur l agglomération toulousaine, sa situation géographique répond à un souci d intégration et d animation du centre ville de Colomiers. La capacité d accueil de l espace nautique est de 1000 personnes simultanément. Les multiples équipements offrent des activités diverses et polyvalentes. Equipements intérieurs - un bassin sportif de 25m sur 15m sur une profondeur variant entre 1,3m et 3m - un bassin d apprentissage de 9m sur 25m sur une profondeur variant entre 0,8m et 1,3m - un bassin ludique de 294m² avec nage contre courant, banquette massante, geyser canon à eau (profondeur de 0,8m à 1,3m) - un bassin détente de 65m² de 0,96m de profondeur avec bain bouillonnant (SPA) - une pataugeoire de 34m², bassin de réception du toboggan et de la rivière - un sauna et un hammam Le bassin sportif Le bassin ludique Bain bouillonnant PR 2

6 Equipements extérieurs - un bassin d été de 300m² sur une profondeur variant entre 0,6m et 1,3m - une rivière cascade - un toboggan géant - une pataugeoire de 46m² 2 Equipements techniques Les installations techniques traitent un volume d eau de 1940m 3 et un volume d air de 73000m 3 /h. Le chauffage de l air ambiant et des bassins est réalisé par deux chaudières au gaz naturel «Chapée Arizona 640CE» de 640kW chacune, et par la récupération de l énergie thermique du module de cogénération. Chaudière Echangeurs à plaques La chaleur du circuit d eau est transmise aux bassins par des échangeurs à plaques. La filtration de l eau est assurée par des filtres de type sable + hydroantracite à plancher. La désinfection, la neutralisation et la floculation sont automatisées. Le débit global de filtration est de 1490 m 3 /h. Filtration du bassin sportif PR 3

7 L eau chauffée par les chaudières permet également de préparer l eau chaude sanitaire pour les douches. Ballon d ECS C.T.A. «Hall» et «Relaxation» L air ambiant est chauffé également par ce circuit d eau chaude de trois façons. - par des centrales de traitement d air (C.T.A.) Leurs fonctions sont de chauffer l air, de renouveler l air suivant l hygrométrie, de déshumidifier, de récupérer de la chaleur et de filtrer l air. - par des radiateurs à eau - par un plancher chauffant Les conditions de température sont fixées entre 24 C et 28 C suivant l hygrométrie et la température extérieure. 3 Présentation du module de cogénération De nombreux processus industriels sont consommateurs de chaleur (sous forme d eau chaude ou de vapeur) et d énergie électrique pour fonctionner. En général, la chaleur est obtenue à partir de la combustion d énergie fossile dans des chaudières ou des turbines à gaz. L électricité quant à elle est achetée à un distributeur d électricité. Le principe de la cogénération est de produire simultanément de la chaleur et de l électricité. La cogénération permet d améliorer le rendement des systèmes de productions d énergie, de réaliser des économies (elle couvre une partie ou la totalité du besoin en énergie électrique et permet dans la plupart des cas de revendre de l énergie électrique à l E.D.F.), de posséder un poste de secours en cas d incident sur le réseau public, et de réduire les émissions en CO2 comme l exigent les directives européennes en améliorant le rendement pour une même consommation de gaz. La cogénération n est pas un concept nouveau. Des années 1950 à 1980, elle était essentiellement utilisée pour produire de l électricité dans les grandes industries fortement consommatrices en énergie thermique (sucreries, papeteries ). L énergie électrique non consommée était revendu à E.D.F. Puis sont apparues des centrales construites essentiellement pour la revente durant les périodes d hiver où le prix d achat est élevé. Il existe deux types de cogénération : - par moteur thermique au fuel ou au gaz. Le moteur entraîne un alternateur, l énergie thermique est transmise à un réseau d eau chaude en récupérant la chaleur des gaz d échappement et du circuit de refroidissement du moteur ; - par des turbines à gaz. Même principe que précédemment mais la température des gaz d échappement étant plus élevée, l énergie thermique est utilisée pour préparer de la vapeur. En plus de produire de la chaleur, l énergie thermique récupérée peut être utilisée pour faire du froid. C est la trigénération. Peu en service actuellement, elle est implantée dans les installations où les besoins en froid sont supérieurs aux besoins en chaud (Aéroport, hôpitaux ). PR 4

8 L espace nautique Jean Vauchère doit produire de la chaleur pour chauffer les bassins et les locaux ; il consomme également de l énergie électrique pour alimenter les différents systèmes de chauffage, de pompes, d éclairage et d usage courant. Dans un esprit innovateur, la piscine de Colomiers s est dotée d un module de cogénération dimensionné pour produire 170kW électrique, ce qui constitue le besoin minimal en énergie électrique de l installation. L énergie thermique récupérée est utilisée pour contribuer au chauffage des bassins. Cette énergie étant inutile pendant les moins chauds de l année, la cogénération n est utilisée que pendant la période du 1 er novembre au 31 mars. La technologie de la cogénération choisie pour la piscine de Colomiers, est un moteur à gaz. Cette technologie est justifiée par le faible besoin en énergie électrique. PR 5

9 Synoptique de fonctionnement Gaz d échappement Eau Chaude 170kW Electrique Echangeur 3 ~ Alternateur Moteur thermique à gaz Alimentation Gaz Echangeur Eau de refroidissement du moteur Le principe de fonctionnement est le suivant : Un moteur à gaz de douze cylindres entraîne un alternateur qui produit de l énergie électrique. La récupération thermique se fait de deux façons. La chaleur est récupérée d abord sur le système de refroidissement du moteur, puis sur les gaz d échappement. La température de ces gaz sera limitée à 120 C au minimum pour éviter la condensation et l apparition d acide sulfurique qui provoquerait des problèmes de corrosion dans les conduits d échappement. L eau ainsi chauffée est envoyée dans un échangeur à plaques et participe au chauffage des bassins et de l air ambiant. Caractéristiques du module de cogénération La puissance active fournie est constante et est de 170kW. Aucune énergie ne sera revendue à E.D.F.. Le facteur de puissance de l alternateur sera maintenu à 0,93 suivant les directives du distributeur d énergie. L alternateur est de marque Stamford et du type HCI 434C. Sa puissance nominale est de 250 kva. Il fournit une tension triphasée de 400V sous 50Hz. PR 6

10 Synoptique de l installation électrique Courant fort Folio 1 Cu DT PR 1

11 Synoptique de l installation électrique Courant fort Folio A DT PR 2

12 PARTIE A ETUDE DE LA COGENERATION Mise en évidence de l amélioration du rendement par récupération de chaleur Etude de l alternateur Ce dossier est constitué : - 6 pages numérotées de A1 à A6 Questionnement et Réponses] - 4 pages numérotées de DT A1 à DT A4 Documents techniques] A1

13 A.I. Mise en évidence de l amélioration du rendement par récupération de chaleur L objectif de cette partie est de montrer l intérêt d un module de cogénération pour produire l énergie nécessaire à un processus industriel. A.I.1. Repérer, à l aide des numéros, sur le schéma du module de cogénération - le bloc moteur-alternateur (1) - le circuit de refroidissement du moteur (2) - l échangeur de chaleur sur ce circuit (3) - l évacuation des gaz d échappement (4) - la récupération de chaleur sur les gaz (5) A.I.2. Calculer la puissance apparente de l alternateur (cf. PR 6). A.I.3. En déduire son rendement (cf. D.T. A1). A.I.4. Calculer alors la puissance mécanique (notée Pm) à fournir par le moteur. A2

14 A.I.5. Pour les calculs suivants, la puissance mécanique sera Pm=180kW. Pour les quatre questions suivantes on utilisera la méthode d extrapolation. Les étapes de calculs devront apparaître. A.I.5.a. Calculer le pourcentage de charge du moteur (Cf. DT A2). De même que précédemment, les calculs de la puissance thermique récupérée sur le circuit de refroidissement (notée P th1 ) et celui de la puissance thermique récupérée sur les gaz d échappement (notée P th2 ), ont donnés : P th1 = 181 kw et P th2 = 106 kw A.I.5.b. Déduire la puissance équivalente produite par la combustion du gaz (notée P gaz ) (Cf. DT A2). A.I.6. Calculer le rendement η 1 du groupe moteur alternateur sans récupération thermique. A.I.7. Calculer le rendement η 2 du groupe moteur alternateur avec récupération thermique A.I.8 Conclure sur l intérêt du module de cogénération La chaleur récupérée sur le moteur est utilisée pour chauffer un circuit d eau fournissant des calories aux bassins et aux différentes sources de chauffage de l air ambiant. A.I.9. Pour quantifier l échange de calories entre le circuit d eau chaude et les récupérateurs d énergie thermique montés sur le moteur, il vous est demandé de calculer la variation de température notée, Δϑ dans le circuit d eau chaude sachant que le débit est de 24,9m 3 /h, si on considère P th1 =185kW et P th2 =110kW (cf. DT A2). N.B : Toute l énergie thermique récupérée sera transmise sous forme de chaleur à l eau. A3

15 Rappel du Synoptique de fonctionnement Gaz d échappement Eau Chaude 170kW Electrique Echangeur 3 ~ Alternateur Moteur thermique à gaz Alimentation Gaz Echangeur Eau de refroidissement du moteur A.I.9.a. Dans le premier échangeur. A.I.9.b. Dans l échangeur de fumée. A.I.9.c. Vérifier que la température de l eau sort du deuxième échangeur à 80 C environ si l eau entre dans le premier à 70 C. A4

16 A.II. Etude de l alternateur (DT A3, DT A4) Le groupe cogénération produit principalement de l énergie thermique (eau chaude) et ensuite de l électricité grâce à un alternateur. Ce groupe est connecté au réseau électrique du centre nautique du mois de novembre au moi d avril. La gestion du couplage de l alternateur sur le réseau est faite par un module de contrôle qui compare la tension et la fréquence en sortie de l alternateur par rapport au réseau EDF. Il agit directement sur l excitation de l alternateur pour réguler sa tension et sa fréquence. Quand la tension et la fréquence de l alternateur et du réseau EDF sont synchronisées, le module de contrôle couple l alternateur au réseau EDF en fermant le contacteur qui les relie. Réseau EDF Moteur thermique Alternateur Module de contrôle EDF impose des % faibles de variations de la fréquence et de la tension de l alternateur. Si ces limites ne sont pas respectées alors le module de contrôle découple l alternateur du réseau EDF. Données Les caractéristiques de l'alternateur du groupe cogénération sont les suivantes : Tension U = 400V Couplage étoile Nn = 1500tr/mn Résistance statorique (pour un enroulement) = Ω. On a relevé : - sa caractéristique à vide E o = f (Ie) à N = Cste = Nn - sa caractéristique en court-circuit Icc = f(ie) à N = Cste = Nn - un point P de sa caractéristique en charge sur circuit purement inductif (essai en déwatté) de coordonnées V=230V, Ie=3,5A à I=264A et N=Nn. Ces caractéristiques sont représentées sur le document réponse. Un régulateur (MX320) maintient constante la tension fournit par l'alternateur (quelle que soit sa charge) en mesurant la tension aux bornes de celui-ci et en agissant sur le courant d'excitation Ie. A tout moment le groupe cogénération fournit une puissance constante de P = 170kW sous cosϕ = 0,93,. C est son point de fonctionnement nominal. A.II.1. Calculer le nombre de paires de pôles de cet alternateur. A.II.2. Positionner dans la boite à bornes les barrettes de couplage des enroulements du stator (induit) V Enroulements stator A5

17 A.II.3. Calculer le courant de l alternateur au point de fonctionnement nominal. A.II.4. Déterminer, en utilisant le diagramme de Potier (DT A3, DT A4), le courant d'excitation Ie que devra fournir le régulateur à l'alternateur pour qu'il délivre sa tension nominale dans les conditions de fonctionnement précisées ci-dessus. On déterminera α.i et L.ω.I par construction graphique en abordant les points 1, 2, 3 et 4 du DT A4. Cette méthode nous donne les valeurs suivantes de α.i et L.ω.I : α.i = 1,25 A et L.ω.I = 46 V Déterminer à l aide du diagramme de Potier, le courant Ie correspondant à notre point de fonctionnement. Echelle tension : 1 cm = 20 V Echelle courant : 1 cm = 0.5 A Vn=230V A6

18 Rendement en fonction de la charge électrique de l alternateur HCI 434C sous 50HZ (P.F. =facteur de puissance) DT A1

19 Caractéristiques de l ensemble moteur-récupérateurs Charge du moteur 100% 75% 50% Flux d'énergie Par combustion du gaz kw Puissance mécanique kw Récupération sur le circuit de refroidissement kw Récupération par refroidissement des gaz d'échappement à 120 C kw Relation liant la puissance calorifique et l élévation de température On rappelle que : Q e =m.c. Δϑ et P e =ΔQ e /Δt donc P e =Δm/Δt.c Δϑ. Car Qe= c.m Or m= µ.v et Q=ΔV/Δt donc P e =μ Q.c Δϑ avec Q e : Chaleur apportée à l eau P e : Puissance apportée à l eau m : masse de l eau V : Volume d eau c : chaleur massique de l eau :4185 J/kg/ C μ : masse volumique de l eau :1000 kg/m 3 Δϑ: Ecart de température entre l entrée et la sortie de l échangeur Q : Débit de l eau en m 3 /s DT A2

20 L ALTERNATEUR Rappel sur le principe de l alternateur L alternateur est une machine tournante qui transforme de l énergie mécanique en énergie électrique. En visualisant la fem aux bornes d un bobinage fixe (stator) et en faisant tourné à vitesse constante un aimant permanent (rotor) au centre de ce bobinage, on constate l existence d une force électromotrice de forme sinusoïdale. Le remplacement de l aimant permanent par un bobinage alimenté par une source à courant continu permet de régler l amplitude de la fem. La fréquence de la tension issue de l alternateur dépend de la vitesse de rotation du rotor. La stabilité et la précision de la fréquence dépendent de la qualité du régulateur de vitesse du moteur ; tandis que la stabilité et la précision de la tension dépendent des performances du régulateur de tension de l alternateur. Modèle monophasé électrique de l alternateur R l.w I E o V Détermination des caractéristiques de l alternateur Un essai à vide de l alternateur a permis de relever Eo=f(Ιe) avec Ιe courant d excitation du rotor. Cette caractéristique n est valable qu à vide. En charge, la machine est magnétisée à la fois par Ιe (courant continu) et par Ι (courant produit dans le stator). De ce fait la caractéristique Eo=f(Ιe) en est modifiée, on écrira alors la relation vectorielle : r r r Ier = α. I + Ie Courant d excitation dans le rotor Courant d excitation résultant qui tient compte de la réaction d induit Courant du à la réaction d induit (stator) Pour déterminer ce courant Ιer correspondant à notre point de fonctionnement, on utilise le diagramme de Potier. DT A3

21 Méthode de détermination du courant Ier (diagramme de Potier) Vous avez à votre disposition la caractéristique E o = f (Ιe) (essai à vide) et Icc = Ιe (essai en court-circuit). [1] Essai sur charge inductive (essai en déwatté à I= I fonctionnement ) Reporter sur la caractéristique E o = f (Ιe), le point P (V, Ιe) donné lors de cet essai. E o (V) Icc (A) [3] Icc =f(ie) E o =f(ie) [2] Essai en court-circuit M [3] - A partir de la caractéristique Icc = Ιe, on détermine le rapport entre Icc et Ιe : Icc k = (pente de la droite) Ie - On calcule ensuite la valeur de Ιe correspondant à la valeur de Ι (I fonctionnement ) de l essai en déwatté I déwatté Ie = k - on reporte sur la caractéristique E o = f (Ιe), le point O sur la même droite horizontale que P. La distance OP est égale à la valeur de Ιe qu on vient de calculer. V O [2] [3] Ie P [1] Ie [3] On trace une droite passant par O et parallèle à la tangente à l origine de E o = f (Ιe). L intersection de cette droite avec la caractéristique E o = f (Ιe) donne le point M. E o =f(ie) [4] Le point N est la projection orthogonale de M sur le segment [OP]. On alors peut lire : NM = L.ω. Ι (en V) NP = α.ι (en A) [5] Construction du diagramme de POTIER pour déterminer Ie (courant continu d excitation qui tient compte de la réaction d induit). - Connaissant Vn, R.I et L.ω.I, on détermine graphiquement Er (fem résultante) - A partie de la valeur Er mesurée et E o = f (Ιe) (en prenant Er=E o ), on détermine Ier. - La nouvelle valeur Ιer est orthogonale à Er. Connaissant Ιer, α.ι et la relation vectorielle r r r Ier = α. I + Ie, on détermine graphiquement Ie. α.i M O N [4] L.ω.I α.i P Ie Ier Er Vn=230V R.I L.ω.I Direction de I DT A4

22 PARTIE B ETUDE DE LA DISTRIBUTION ELECTRIQUE Etude de la protection des personnes : régime de neutre. Détermination du courant de court circuit. Dimensionnement du câble de la cogénération. Ce dossier est constitué : - 7 pages numérotées de B1 à B7 [Questionnement et Réponses] - 5 pages numérotées de DT B1 à DT B5 [Documents techniques] B1

23 BI Etude de la protection des personnes : Régime de neutre. Pour cette partie B on fait référence aux schémas SYNOPTIQUE COURANTS FORTS. (Voir partie présentation). Le local est de type local humide. Le régime de neutre (ou Schéma de Liaison à la Terre) mis en œuvre dans cette installation est le régime TT : - Au secondaire du transformateur le neutre est relié à une prise de terre Rn de résistance 22Ω. - Coté utilisation toutes les masses métalliques, notamment celle de l armoire pompe filtration 1, sont reliées à une prise de terre Ru de résistance 22Ω. B.I.1. - Quels sont les principales caractéristiques (avantages, inconvénients ) de ce régime de Neutre? Un défaut franc (résistance de défaut Rd=0Ω.) se produit au niveau de l armoire pompe filtration 1, c'est-àdire qu une des phases de son câble d alimentation rentre en contact avec la masse métallique de l armoire. B.I.2. Tracer le schéma équivalent du circuit parcouru par le courant de défaut Id. Placez sur ce schéma la tension de contact Uc, la masse métallique de l armoire et la terre. En combien de temps ce défaut devra-t-il être éliminé? (Voir DT B1). B.I.3. Calculez le courant de défaut Id. B2

24 B.I.4. Le déclencheur différentiel de D11 a-t-il été bien choisi? (Justifiez votre réponse). B.I.5. A partir de quelle tension de défaut Uc D11 déclenchera-t-il? A quelle valeur de la résistance de défaut Rd cela correspondrait-il? B.I.6. Dans le cas présent (Rd=0) la sélectivité des déclencheurs différentiels de D11 de l armoire AGBT et du disjoncteur Masterpact de l armoire AGBT est-elle assurée? (Justifiez votre réponse). B3

25 BII Calcul du courant de court-circuit. On souhaite déterminer le courant de court-circuit triphasé en différents points du circuit allant du transformateur de distribution à l armoire de pompe de filtration 1. Ces points sont les suivants : Point A juste en aval du disjoncteur MASTERPACT de l armoire AGBT. Point B juste en aval du disjoncteur D11 de l armoire TGBT. Point C à l extrémité du câble à l armoire de pompe de filtration 1. B.II.1. Pour quelle(s) raison(s) est-il nécessaire de connaître le courant de court-circuit dans une installation électrique? B.II.2. Calculez, en vous aidant du tableau proposé ci-dessous, l intensité de court-circuit aux points A, B et C. Les données sont les suivantes : - la puissance de court circuit Pcc du réseau amont est de 250MVA ; - On néglige l impédance des jeux de barre de l armoire AGBT et de l armoire TGBT ; - On néglige la résistance des pôles des disjoncteurs, la réactance d un pole est de 0.15mΩ ; - La résistivité du cuire est de 22, 5 mω.mm²/m ; - La résistivité de l aluminium est de 36 mω.mm²/m ; - La réactance des câbles unipolaires est de 0,15mΩ/m par conducteur à diviser par le nombre de conducteurs en parallèle ; - La réactance des câbles tripolaires est de 0.08mΩ/m par conducteur, à diviser par le nombre de conducteurs en parallèle ; - On néglige la présence de l INTERPACT de l armoire TGBT. 20 Rappel Icc tri = 2 2 U 3. ΣR + ΣX B4

26 Schéma Partie de l installation Résistances (mω) Réactances (mω) Réseau amont Transformateur Câble de liaison Transformateur / AGBT A Disjoncteur AGBT 4x1250A Cable de liaison AGBT / TGBT B Disjoncteur TGBT D12 4x400A Câble de liaison TGBT/ Armoire Pompe Filtration 1 C Courant de court-circuit au point A Courant de court-circuit au point B B5

27 Courant de court-circuit au point C B.II.3. Quel devra être le pouvoir de coupure du disjoncteur MASTERPACT de l armoire AGBT? Quel devra être le pouvoir de coupure du disjoncteur D11 de l armoire TGBT? BIII Dimensionnement du câble de la cogénération. On souhaite vérifier si la section du câble de la cogénération (câble reliant l alternateur au jeu de barres de l armoire TGBT) a été correctement choisie. Ce câble est un câble unipolaire (mono conducteur), dont l isolant est du PVC. Il est posé sur une échelle à câble, la température ambiante peut atteindre 35 C et en fonctionnement normal le facteur de puissance est au pire égal à 0,93. (CF DT PR2) Rappel : - In Ib et I z = In/K avec In=courant nominal du dispositif de protection de la canalisation, Ib : courant d emploi de la canalisation, I z : intensité fictive admissible, et K=K1xK2xK3. - B.III.1. Déterminer la section du câble et comparez-la avec la section effectivement installée. (Vous détaillerez toutes les étapes de votre démarche) Que constatez-vous? B6

28 B.III.2. Nous constatons que le câble reliant l armoire AGBT à l armoire TGBT à une section de 4x240mm² par phase et que le câble en sortie de transformateur, qui pourtant véhicule une intensité plus importante, a une section plus faible (4x185mm² par phase). Quel est l élément (ou quels sont les éléments) qui peuvent justifier cet état de fait? B7

29 Selon la tension nominale V 0 entre phase et neutre, le temps de coupure maximal des dispositifs assurant la protection des personnes (en cas de défaut entre une partie active et une masse ou un conducteur de protection), doit respecter les valeurs données dans le tableau ci-dessous. Tableau 41A Temps de coupure maximal (en secondes) pour les circuits terminaux. (Norme NF C ) 50 V< V V 120 V< V V 230 V< V V V 0 > 400 V Temps de coupure alternatif continu alternatif continu alternatif continu alternatif continu (s) Schéma TN ou IT 0,8 5 0,4 5 0,2 0,4 0,1 0,1 Schéma TT 0,3 5 0,2 0,4 0,07 0,2 0,04 0,1 Les temps de coupure ci-dessus sont satisfaits notamment par les dispositifs différentiels non volontairement retardés ou, lorsque V 0 est inférieure ou égale à 230V, de type S. En pratique les temps de coupure des dispositifs de protection ne sont à prendre en considération que si ces dispositifs sont de fusibles ou des disjoncteurs dont le déclenchement est retardé. Lorsque la protection est assurée par d autres types de disjoncteurs il suffit de vérifier que le courant de défaut est au moins égal au plus petit courant assurant le fonctionnement instantané du disjoncteur. Tableau I : Impédance du réseau amont ramenée au secondaire du transformateur : Pcc Uo Ra (mω) Xa (mω) 250 MVA 237 0,033 0, ,100 0, MVA 237 0,017 0, ,050 0,350 Tableau II : Impédance d'un transformateur : Tension U20 =237V U20 =410V Puissance (KVA) Ucc (%) Rtr (mω) Xtr (mω) Ztr (mω) Ucc Rtr (mω) Xtr (mω) Ztr (mω) , , ,5 35,2 42,3 4 70, ,79 19,13 22, ,30 57,23 67, ,15 13,06 14, ,63 39,02 42, ,8 9,87 10,6 4 11,4 29, ,92 8,50 8,99 4 8,93 25,37 26, ,21 6,78 7,13 4 6,81 20,22 21, ,614 5,38 5,62 4 5,03 16,04 16, ,235 4,32 4,49 4 3,90 12,87 13, ,92 3,45 3,57 4 2,95 10,25 10, ,5 0,895 3,03 3,16 4,5 2,88 9 9, ,5 0,68 3,01 3,09 5 2,24 8,10 8, ,5 1,813 7,16 7, ,389 6,14 6, ,5 1,124 5,34 5,46 DT B1

30 Détermination section des conducteurs (Merlin Gerin 1/4) (Détermination de la section des canalisations non enterrées) DT B2

31 Détermination section des conducteurs (Merlin Gerin 2/4) (Détermination de la section des canalisations non enterrées) DT B3

32 Détermination section des conducteurs (Merlin Gerin 3/4) (Détermination de la section des canalisations non enterrées) Détermination de la section minimale DT B4

33 Détermination section des conducteurs (Merlin Gerin 4/4) (Détermination de la section des canalisations non enterrées) Chute de tension dans un circuit DT B5

34 PARTIE C ETUDE DE LA COMPENSATION DE L ENERGIE REACTIVE DE L INSTALLATION Bilan de puissance de l installation Détermination de la puissance réactive à compenser Choix de l armoire de compensation Schéma de raccordement des batteries de condensateur Ce dossier est constitué : - 6 pages numérotées de C1 à C6 Questionnement et Réponses] - 3 pages numérotées de DT C1 à DT C3 Documents techniques] C1

35 Rappel : Le cahier des charges impose que la compensation de l énergie réactive se fasse uniquement par rapport au départ CTA Bassin, CTA Vestiaires, Pompe filtration 1 et Pompe filtration 2 (dans le TGBT). Le groupe fonctionne de 1 er novembre au 31 mars, nous n en tiendrons pas compte pour notre étude. Tension réseau 400V. La puissance des récepteurs générant des harmoniques est de 150KW. CI Bilan de puissance de l installation C.I.1. Etablir le bilan des puissances en complétant le tableau. Utiliser l annexe synoptique (DT PR2) pour relever la puissance active de chaque départ. Faire apparaître les formules utilisées. Le cos ϕ est donné pour chaque départ. Armoires Puissances actives P (kw) Cos ϕ Puissances réactive Q (kvar) CTA Bassin 0,75 CTA Vestiaire 0,8 Pompe filtration 1 0,76 Pompe filtration 2 0,8 C.I.2. Calculer la puissance active totale (Pt) pour les quatre départs. C.I.3. Calculer la puissance réactive totale (Qt) pour les quatre départs. C2

36 On prendra pour les questions qui suivent Pt = 431,7 kw et Qt = 350,37 kvar. C.I.4. Tracer le diagramme de puissance (Fresnel) pour Pt, Qt et St (St : puissance apparente). Calculer la valeur de St, du courant en ligne It et tanϕ t. Tanϕ t = St = It = CII Détermination de la puissance réactive à compenser C.II.1 Le contrat EDF impose cosϕ=0,93. Pour améliorer (relever) le cosϕ de notre installation à cette valeur, des batteries de condensateurs ont été installées. Calculer la valeur de la puissance réactive Qc que devront fournir ces batteries. Aidez vous de la représentation de Fresnel. Calculer les nouvelles valeurs (après compensation) de la puissance apparente St et du courant en ligne It. C3

37 C.II.2. Que pouvez vous dire sur St et It par rapport à St et It? En déduire l intérêt de compenser l énergie réactive d une installation électrique. CIII Choix de l armoire de compensation C.III.1. En supposant que les batteries de compensation ont une puissance de 180 kvar, choisissez la compensation et le type qui conviennent.(dt C1). C.III.2. Donner la référence des batteries de compensation (Rectimat 2 de chez Schneider Electric) ainsi que le disjoncteur préconisé pour ce départ (DT C2). La régulation de la puissance réactive, agit sur le nombre de gradins de condensateur mis en service. Combien de gradins de condensateur possède cette armoire? C4

38 C.III.3. Le groupe cogénération (alternateur) en fonctionnement, peut fournir au réseau, suivant son réglage, de la puissance réactive (compensateur synchrone). Sa puissance est de 170 kw sous un cosϕ=0,93. Quelle est la puissance réactive que le groupe fournit au réseau. Dans ces conditions, a combien de pourcentage de leur capacité maximum, fonctionneront les batteries de compensation? CIV Schéma de raccordement des batteries de condensateur Le régulateur préconisé pour gérer l armoire de condensateur est le VARLOGIC R12 de chez Schneider Electric. A l aide du DT C3, compléter le schéma électrique de câblage de l armoire de condensateur (Rectimat 2) et du régulateur. C5

39 C6

40 C75 Guide de choix des équipements de compensation Réseau 400 V, 50 Hz, triphasé 4 Qc / Sn < 15% > 15% Compensation fixe Compensation automatique Gh / Sn Gh / Sn 15% 15 à 25% > 25% (1) 15% 15 à 25% > 25% (1) type standard type H type SAH type standard type H Type SAH Equipements de compensation fixe : Rectibloc Varplus forte puissance Equipements de compensation automatique : Rectimat 2 avec contacteurs électromagnétiques Thyrimat avec contacteurs statiques Filtres passifs ou hybrides Turbovar (Tarif Jaune uniquement) Composants d'équipements de compensation : Modules de compensation L600, P400, P650 Régulateurs Varlogic N Varplus M Légende : Sn : puissance apparente du transformateur. Gh : puissance apparente des récepteurs produisant des harmoniques (moteurs à vitesse variable, convertisseurs statiques, électronique de puissance ). Qc : puissance de l'équipement de compensation. (1) Au delà de Gh/Sn > 50% l'installation de filtres est recommandée, consulter votre agence. Catalogue distribution électrique 2004 DT C1

41 Condensateurs BT Compensation de l énergie réactive et filtrage d harmoniques Rectimat 2 Compensation automatique Rectimat 2, type H Présentation : Les batteries Rectimat 2 sont des équipements de compensation automatique qui se présentent sous la forme de coffret ou d'armoire selon la puissance. Les batteries Rectimat 2 type H conviennent pour les réseaux pollués (15 % < Gh/Sn 25 %). Rectimat 2 existe également avec disjoncteur de tête intégré (consulter votre agence). Rectimat 2, coffret 2 Rectimat 2, armoire 1 Options (sur demande, consulter votre agence) : talon de compensation fixe extension délestage (EJP, normal-secours) raccordement par le haut autres options sur demande. Caractéristiques : tension assignée : 400/415 V tension de dimensionnement des condensateurs : 470 V, triphasée 50 Hz tolérance sur valeur de capacité : -5 %, +10% classe d isolement : 0,69 kv tenue 50 Hz 1 min. : 2,5 kv courant maximal admissible : 1,5 In (400 V). tension maximale admissible (8 h sur 24 h selon IEC 60831) : 517 V air ambiant autour de l équipement : température maximale : 40 C température moyenne sur 24 h : 35 C température moyenne annuelle : 25 C température minimale : -5 C degré de protection : IP 21D (excepté IP 00 sur face inférieure côté sol) transformateur 400/230 V intégré protection contre les contacts directs (porte ouverte) couleur : tôle : RAL 9002 bandeau : RAL 7021 normes : IEC , EN Installation : fixation : coffret : fixation murale ou au sol sur socle (accessoire) armoire : fixation au sol ou sur réhausse (accessoire) raccordement des câbles de puissance par le bas sur plages le TI (5 VA sec. 5 A), non fourni, est à placer en amont de la batterie et des récepteurs il n'est pas nécessaire de prévoir une alimentation 230 V/50 Hz pour alimenter les bobines des contacteurs. Rectimat 2, armoire 3 Les services Etudes de réseaux, d harmoniques Location de batteries Rectimat 2, type H : mise à disposition sur site, dans un délai court, puissance du Rectimat 2 et durée de location à choisir selon vos besoins. puissance régulation réalisation disjoncteur référence (kvar) préconisé 400 V 470 V (non fourni) type H x 7,5 coffret 2 NS x 7,5 coffret 2 NS x 10 coffret 2 NS x 10 armoire 2 NS x 20 armoire 1 NS x 20 armoire 1 NS x 20 armoire 2 NS x 20 armoire 2 NS x 35 armoire 2 NS x 35 armoire 3 NS x 35 armoire 3 NS x 35 armoire 3 NS x 35 armoire 3 NS x 70 armoire 4 NS x 35 armoire 4 NS x 35 armoire 4 NS x 70 armoire 4 NS x 70 armoire 4 NS x 70 armoire 4 NS Catalogue distribution électrique 2004 DT C2

42 Raccordement du régulateur VARLOGIC R12 Le transformateur de courant doit être impérativement installé en amont de la batterie de condensateurs et des récepteurs. Le paramétrage normal du régulateur le rend insensible au sens de rotation des phases et au sens de raccordement du transformateur de courant. Le régulateur peut être raccordé de deux manières : raccordement type PP La mesure de tension est réalisée entre deux phases. La mesure du courant est réalisée sur une phase différente des deux phases précédemment utilisées. Voir schéma électrique. raccordement type PN La mesure de tension est réalisée entre une phase et le neutre. La mesure du courant est réalisée à partir de la même phase. Voir schéma électrique. Attention : le type de raccordement utilisé doit être cohérent avec le paramétrage du régulateur. Sur un réseau de tension inférieure à 110 V ou supérieure à 415 V utiliser un transformateur pour alimenter les entrées tension de mesure du régulateur. Ce transformateur utilisé ne doit induire qu un déphasage minimum. Attention en utilisation 4 quadrants (type RC12 seulement) la détection automatique du sens de rotation des phases doit être désactivée (à effectuer dans le mode paramétrage - voir chap. 7). Dans ce cas particulier il faut donc respecter le sens de connexion du TC et le sens de rotation des phases. DT C3

43 PARTIE D AUTOMATISATION DU LEVAGE DES FILTRES A SABLE DU CIRCUIT RIVIERE Lavage des filtres : Mode opératoire en fonctionnement manuel Lavage des filtres : Automatisation Schéma de commande Programmes liés à l automatisation Ce dossier est constitué : - 6 pages numérotées de D1 à D6 Questionnement et Réponses] - 4 pages numérotées de DT D1 à DT D4 Documents techniques] D1

44 L objectif de cette partie est de modifier l installation existante en automatisant le cycle de lavage décolmatage (voir DTD1) des filtres à sable du circuit rivière. D1 Lavage des filtres : Mode opératoire en fonctionnement manuel - lorsque le débit d une pompe est inférieur à 80% du débit nominal, alors l opérateur devra dans les 24h suivantes au plus tard, procéder au lavage des filtres. - Les vannes ne devront être manœuvrées que lorsque les pompes sont arrêtées. - Les lavages doivent toujours se faire hors occupation des bassins car la source d eau nécessaire au lavage est l eau des bassins. Procédure de contre lavage chronologique pour le filtre 1 (le cycle est identique pour les autres filtres) : o Arrêt de la pompe o Ouvrir vannes : EV5, EV4, EV3 o Fermer vannes : EV1 et EV2 o Mettre en marche la pompe et laver le filtre pendant 5 mn - On constate que 7 interventions humaines manuelles sont nécessaires. - Après avoir effectué le cycle de lavage, il faut effectuer le rinçage du filtre comme indiqué ci-après. Procédure de rinçage : o Arrêt de la pompe o Ouvrir vannes : EV1 et EV2 o Fermer vanne : EV 4 o Mettre en marche la pompe et rincer le filtre pendant 2 mn - Le lavage du filtre a été effectué, il faut passer en cycle de filtration sans arrêter la pompe. Procédure de retour en filtration : o Ouvrir vannes : EV5, EV4, EV1 o Fermer vannes : EV3 et EV2 Combien d interventions humaines sont elles nécessaires pour effectuer une procédure complète de lavage sur le circuit hydraulique d une pompe? Combien d interventions humaines sont elles nécessaires pour effectuer une procédure complète de lavage pour les pompes du circuit rivière? D2

45 D2 Lavage des filtres : Automatisation On souhaite automatiser la procédure complète de lavage des filtres. L automatisme devra répondre au cahier des charges «automatisation du lavage des filtres d une pompe» suivant : Lorsque le débit d une pompe sera inférieur à 80% du débit nominale alors l automatisme déclenchera une procédure complète de lavage dans la plage horaire 0H30 à 5H00. Un capteur de débit situé entre une pompe et le filtre à sable qui lui est associé informera en permanence un automate télémécanique TSX Micro sur la valeur du débit. Sortie du capteur de débit Le débit de colmatage correspond à 80% du débit nominale Donner les valeurs du courant de sortie que donnerait le débitmètre pour les débits de colmatage et nominal. Reporter ces valeurs dans le tableau suivant. La valeur [000]h en hexadécimal est obtenue pour le courant le plus faible (4 ma). La valeur [FFF]h en hexadécimal est obtenue pour le courant le plus élevé (20 ma). Donner la valeur hexadécimale pour le débit de colmatage et le débit nominal d une pompe. Reporter ces valeurs dans le tableau suivant. Hexadécimale 12 bits IW1,0 Is Capteur débit (ma) Débit (m3/h) FFF colmatage nominal D3 Schéma de commande (page D4) Compléter le schéma de commande (voir page D4). On prendra en compte uniquement le circuit d une pompe. D4 Programmes liés à l automatisme (DT D3 et DT D4) D.4.1. Grafcet du nettoyage du filtre N 1 (GPN1) Le programme de l automatisme sera décrit à l aide de grafcets. Le grafcet de l automatisme est à compléter sur le document page D5. - Compléter les actions associées aux étapes X2, X4, X5 et X6 du grafcet GPN1 - Compléter la transition X6 X7 du grafcet GPN1 D.4.2. Grafcet de sécurité En cas de déclenchement de l arrêt d urgence, le grafcet GPN1 sera initialisé sur l étape 1, la pompe sera arrêtée, les électrovannes EV1, EV4 et EV5 seront ouvertes et les électrovannes EV2 et EV3 seront fermées. Compléter le grafcet de sécurité GS1 sur le document réponse page D6. D3

46 SCHEMA DE COMMANDE (à compléter) D4

47 GRAFCET DE NETTOYAGE DU FILTRE N 1 (à compléter) GPN1 1 «filtrage» {[(IW1,0 0). (00:30 < heure < 05:00)] + MA}. x (IW1,0 20) S_EV3 ; S_EV4 ; S_EV5 ; R_EV1 ; R_EV2 ev3.ev4.ev5./ev1./ev2 «lavage» 4 T1 / x4 / 5mn «lavage» 5 6 (IW1,0 20) «rinçage» 7 KM1 «rinçage» T2 / x7 / 2mn 8 S_EV1 ; S_EV5 ; S_EV4 ; R_EV2 ; R_EV3 «filtrage» ev1.ev4.ev5./ev2./ev3 D5

48 GRAFCET DE SECURITE DE LA POMPE N 1 (à compléter) GS1 10 ATU 11 D6

49 SCHEMA HYDRAULIQUE SIMPLIFIE DU CIRCUIT RIVIERE (Automatisation du nettoyage des filtres) DT D1

50 DT D2

51 L automate TSX Micro a / Câblage d un TSX Micro Entrées : elles sont du type PNP avec un transistor PNP à collecteur ouvert : Une entrée sera donc à 1 si elle est connectée au +24Vcc commun. Sorties : un contact de relais est disponible sur chaque sortie Les sorties 0 à 3 possèdent chacune une borne pour le b / Grafcet Actions avec effet mémoire : S_EV1 : Mise à 1 de l électrovanne EV1 R_EV1 : Mise à 0 de l électrovanne EV1 Inversion de variable logique : exemple pour ev1 : /ev1 Les textes entre guillemets dans le grafcet sont uniquement des indications d état de fonctionnement c / Bloc d entrées analogiques DT D3

52 d / Liste des mnémoniques utilisés dans le grafcet selon un point de vue partie commande : Repères AUTOMATE MNEMONIQUE COMMENTAIRE I0 Bp S1 MA Bouton poussoir de lancement d une procédure de lavage I2 Bp S2 ATU Bouton poussoir d arrêt d urgence I3 ev1o1 Capteur indiquant électrovanne 1 ouverte I4 ev1f1 Capteur indiquant électrovanne 1 fermée I5 ev2o2 Capteur indiquant électrovanne 2 ouverte I6 ev2f2 Capteur indiquant électrovanne 2 fermée I7 ev3o3 Capteur indiquant électrovanne 3 ouverte I8 ev3f3 Capteur indiquant électrovanne 3 fermée I9 ev4o4 Capteur indiquant électrovanne 4 ouverte I10 ev4f4 Capteur indiquant électrovanne 4 fermée I11 ev5o5 Capteur indiquant électrovanne 5 ouverte I12 ev5f5 Capteur indiquant électrovanne 5 fermée O0 EV1 Electrovanne 1 O1 EV2 Electrovanne 2 O2 EV3 Electrovanne 3 O3 EV4 Electrovanne 4 O4 EV5 Electrovanne 5 O5 KM1 Contacteur de marche/arrêt de la pompe 1 IW1,0 CAN 0 Entrées analogiques entre les bornes «0+» et «0-«T0 T0 Temporisation du cycle de lavage T1 T1 Temporisation du cycle de rinçage Heure Heure Variable indiquant l heure courante sous la forme hh : mn DT D4

53 PARTIE E ETUDE DU CIRCUIT HYDRAULIQUE DE LA RIVIERE CASCADE Mise en situation Détermination du débit d eau dans le lit de la rivière cascade Etude du circuit d alimentation hydraulique de la rivière cascade Dimensionnement de la pompe d un des quatre réseaux hydrauliques Ce dossier est constitué : - 13 pages numérotées de E1 à E13 [Questionnement & Documents Réponse] - 3 pages numérotées de DT E1 à DT E3 [Documents Technique] E1

54 Mise en situation : L utilisation par le public de la rivière cascade, située à l extérieur du bâtiment principal, n est possible que pendant la saison estivale, à partir du mois de mai et jusqu au mois de septembre. En effet, la circulation de l eau dans le lit de la rivière à l air libre extérieur à température basse engendre des déperditions caloriques ne permettant pas de maintenir l eau à une température suffisante tout le long de son trajet entre le bassin de départ et le bassin d arrivée. Par ailleurs, le courant d eau à l intérieur du lit de la rivière cascade est assuré par un circuit hydraulique constitué de quatre réseaux identiques en parallèles dont le descriptif est proposé sur les documents DT E1 et DT E2 du dossier technique. 5 1b 4 3a 2 6 3b Voir les documents DT E1 et DT E2 pour les repères des différents organes. Les trois sous-parties E1 ; E2 et E3 sont indépendantes et peuvent être traitées dans n importe quel ordre. Cependant, pour une meilleure compréhension, il est recommandé de suivre l ordre du sujet. E2

55 E.1 Détermination du débit d eau dans le lit de la rivière cascade : Soit ci-dessous la coupe transversale de la section droite du lit de la rivière cascade entre deux bassins intermédiaires. Par ailleurs, il est précisé que toutes les dimensions de longueur portées sur la figure sont exprimées en centimètre. Coupe transversale de la section droite du lit de la rivière cascade D autre part, la pente moyenne de la rivière cascade est de 4%. Par conséquent, le dimensionnement du circuit hydraulique devra permettre d obtenir un niveau d eau dans le lit de la rivière cascade d une hauteur de 65 cm. E3

56 E.1.1 Calculer, ci-dessous, la surface, exprimée en m 2, de la section droite de la rivière cascade dont la définition est donnée précédemment. On notera cette surface S. E.1.2. Pour des raisons de sécurité, dans le cadre des jeux aquatiques ouverts au public, il est souhaitable que la vitesse moyenne d écoulement de l eau dans les rivières cascades ne dépasse pas la valeur suivante : v moy = 0,75 m/s. Calculer le débit volumique d eau maximal, exprimé en m 3 /h, qui peut être déversé dans le lit de la rivière cascade afin de satisfaire la condition d écoulement donnée ci-dessus. On notera ce débit volumique Q v. Formulaire : Q v = S v moy Avec : Débit Q v en m 3 /s ; vitesse moyenne d écoulement v moy en m/s ; surface de la section droite m 2. E4

57 E.1.3 En admettant que le bassin de départ de la rivière cascade est alimenté en eau avec le débit volumique calculé précédemment, expliquer les conséquences qu engendreraient une augmentation de la pente moyenne de la rivière cascade. E.2 Etude du circuit d alimentation hydraulique de la rivière cascade : Pour toute la suite de l étude, quelque soit les résultats trouvés aux questions de la partie E 1, nous prendrons un débit volumique d eau se déversant dans le lit de la rivière cascade égal à : Q v = 2000 m 3 /h. Pour générer ce débit, le choix s est porté sur la mise en place de quatre réseaux hydrauliques indépendants et identiques en parallèles dont le schéma est représenté sur le document technique DT E1. Par ailleurs, en fonctionnement normal de la rivière cascade, les quatre réseaux hydrauliques fournissent chacun un débit volumique identique à : Q vr = 500 m 3 /h. D autre part, le détail d un réseau hydraulique est précisé sur le schéma de principe du document technique DT E2. E.2.1 Pour des raisons de perte de charge il est souhaitable que la vitesse moyenne de circulation de l eau dans les tuyaux de refoulement ne dépasse pas la valeur suivante : v Tuyau < 3 m/s. Dans ces conditions, démontrer que le diamètre intérieur des tuyaux de refoulement s écrit sous la forme suivante : D > Q 2 vr ; 3 π avec : D : diamètre intérieur du tuyau en m. Q vr : débit volumique dans le tuyau d un réseau en m 3 /s. E.2.2 Calculer le diamètre intérieur minimal du tuyau de refoulement de chaque réseau hydraulique afin de respecter le cahier des charges fonctionnel relatif à la vitesse moyenne de circulation de l eau dans les tuyaux v Tuyau. E5

58 E.2.3 Vérifier, d après le résultat trouvé précédemment, parmi les dimensions normalisées de tuyau en PVC proposées dans le tableau ci-dessous, si le type de tuyau utilisé pour réaliser la tuyauterie de refoulement des quatre réseaux hydrauliques de la rivière cascade convient. Diamètre intérieur mm Type de tuyau DN 80 DN 100 DN 125 DN 150 DN 200 DN 250 DN 300 DN 350 E.3 Dimensionnement de la pompe de chacun des quatre réseaux hydrauliques : Afin de dimensionner la pompe, on étudie un seul des quatre réseaux hydrauliques dont le schéma de principe est donné sur le document technique DT E2. De plus, le dimensionnement complet d un réseau hydraulique impose de calculer la valeur de la hauteur manométrique totale de ce réseau dont l expression est donnée sur le document technique DT E2. Par ailleurs, pour déterminer la hauteur manométrique totale d un réseau hydraulique, il faut prendre en compte les pertes de charge globales. Dans un réseau hydraulique les pertes de charge engendrent une perte de pression (diminution de la pression) dans le fluide et elles sont classées en deux catégories : - Les pertes de charge linéaires : Elles proviennent, lorsqu un fluide circule dans un tuyau, du frottement du fluide sur la paroi du tuyau. On notera ces pertes de charge : Δp lin. - Les pertes de charge singulières : Elles apparaissent lorsque l écoulement d un fluide dans un réseau hydraulique rencontre une singularité de parcours, par exemple : une vanne, un pré-filtre, un clapet anti-retour, etc On notera ces pertes de charge : Δp sin. Dans un réseau hydraulique les pertes de charge singulières totales sont égales à la somme de toutes les pertes de charge singulières de chaque organe (singularité). Les parties E.3.2 ; E.3.3 ; E.3.4 peuvent être traitées sans avoir traité la partie E.3.1. E6

59 E.3.1 Détermination de la hauteur manométrique totale dans un des quatre réseaux hydrauliques. Données : - Débit volumique d un réseau hydraulique : Q vr = 500 m 3 /h. - Masse volumique de l eau : ρ eau = 1000 kg/m 3. - Accélération de pesanteur : g = 9,81 m/s 2 [N/kg]. - Poids volumique de l eau : γ eau = ρ eau g = N/m 3. - Caractéristiques des tuyaux pour chacun des quatre circuits hydrauliques : Aspiration (circuit avant la pompe) : DN 300 en PVC de longueur totale 3 m. Refoulement (circuit après la pompe) : DN 250 en PVC de longueur totale 5,8 m. - Abaque des pertes de charge linéaires dans des tuyaux en PVC donnée ci-dessous : Diamètre intérieur du tuyau mm Débit l/s m 3 /h Vitesse du fluide m/sec Perte de charge linéaire mce pour 100 m de tuyau E7 80