Page 1 SYSTEME DE VENTILATION SYSTEME SOUS-SYSTEME Chauffage par air pulsé des ateliers du lycée Centrale de traitement d air LIEU D'ACTIVITE Laboratoire d'étude des systèmes X Laboratoire d'étude des sous-systèmes Laboratoire de spécification/modélisation Atelier d'études de systèmes: prototypes Programme Fonction convertir l énergie Chaîne directe des énergies Fonction grafcet Fonction traitement Avoir réalisé le TP de la séance 2 Connaissances sur le grafcet hiérarchisé Notions de puissance calorifique et de débit d air OBJECTIFS DE LA SEANCE PRE-REQUIS Compétences attendues Justifier le choix du convertisseur d énergie Justifier les choix fonctionnels et technologiques (constituants) pour réaliser la synthèse du soussystème de puissance. Installer des mesurages pertinents pour tester la conformité des comportements du système Comprendre et justifier une structure ou un élément spécifié du grafcet Construire le grafcet conforme au nouveau cahier des charges Exploiter un progiciel pour implanter une modification de grafcet sur API ON VOUS DONNE : - cahier des charges - performances du système - conseil de sélection dans le choix d une centrale de traitement d air (documents ressources et constructeurs) CAHIER DES CHARGES : L aération dans un local tel que l atelier d électrotechnique doit assurer un renouvellement de l air avec un débit réglementé. Le débit, donc la fréquence de rotation du ventilateur, dépend du nombre de personnes présentes dans l atelier. L occupation maximale de l atelier d électrotechnique est de 30 élèves et 2 professeurs. Pour se conformer à cette réglementation, le débit peut être réglé automatiquement en fonction de l emploi du temps de la salle, à l aide de la fonction horodateur de l automate TSX17 ou par potentiomètre. La présence d un variateur de vitesse pour moteur asynchrone (ALTIVAR 16) permet d ajuster le débit. Afin d assurer le confort des personnes présentes dans l atelier, l air pulsé est chauffé à environ 19 C par des résistances électriques dont la puissance reste à définir. Les résistances sont alimentées par un contacteur statique triphasé lui-même commandé par l automate programmable.
Page 2 La température de l air est mesurée à l aide d une sonde PT100. La mesure sous forme d une tension proportionnelle à la température, est envoyée à l automate qui va commander le fonctionnement des résistances en fonction de la température désirée. L aération du local est obtenue en effectuant un renouvellement d air. Donc on apporte de l air neuf (extérieur) dans le local et on n effectue pas de recyclage. L étude de renouvellement d air a été réalisée dans les conditions suivantes : - Température extérieure de base : -5 C - température intérieure de base : 19 C Les pertes de charge du réseau de gaine sont de 60Pa. Le filtre d air est de type G4. L objectif de ce TP est d effectuer le choix de la centrale de traitement d air, de conclure sur la centrale existante et d effectuer des réglages du débit d air renouvelé. MISE EN SITUATION : La centrale de traitement d air de type SILENTHERME peut être schématisée comme sur la figure ci-dessous QAN TAN filtre moto-ventilateur résistances QAS TAS AIR NEUF AIR SOUFFLE Débits d air : Q AS = Q AR car la centrale travaille en tout air neuf recyclé. 1. PARTIE ECRITE ON VOUS DEMANDE : 1.1. Bilan thermique 1.1.1. D après l extrait de l article 64.1 (documents ressources), déterminer le débit d air neuf (Q AN ) par occupant afin d assurer un bon renouvellement d air. 1.1.2. A partir du cahier des charges, déterminer le débit d air neuf (Q AN ) pour l atelier d électrotechnique. 1.1.3. A partir du document ressource et du cahier des charges, déterminer la puissance calorifique ( que l on notera P QAN ) nécessaire pour assurer une température de soufflage de 19 C. 1.2. Sélection de la centrale de traitement d air à installer. En utilisant les documents constructeurs et les résultats du bilan thermique : 1.2.1. Décoder les documents constructeurs. Pour cela lisez attentivement les exemples. 1.2.2. Quelles grandeurs doit-on connaître pour :
- déterminer le numéro de la centrale de traitement d air? - déterminer la puissance du moto-ventilateur? Page 3 1.2.3. D après le bilan thermique, quelle devra être la puissance de la batterie de résistances. En déduire le numéro de la centrale de type Silentherme à installer. Ainsi que la série de celle-ci. 1.2.4. D après la série de la centrale et à l aide des données du cahier des charges. Déterminer la puissance du moteur accouplé au ventilateur qui permettra de faire circuler l air dans la gaine. Tracer le point de fonctionnement sur la courbe de sélection. Dans quel type de fonctionnement se trouve-t-on? 1.3. Performances du système. Pour les questions 1.3.1.à 1.3.4. la centrale de traitement d air est celle déterminée au 1.2. 1.3.1. En utilisant la centrale choisie, quel est le débit maximum d air neuf que l on peut introduire dans les ateliers pour renouveler l air quelle que soit la saison? 1.3.2. Le variateur permet-t-il de faire varier le débit jusqu à la valeur déterminée précédemment? Si oui, par quels moyens? 1.3.3. D après le cahier des charges, le variateur permet d ajuster le débit. Quelle serait la conséquence d un renouvellement d air des locaux à un débit supérieur à celui calculer au 1.3.1. 1.3.4. La puissance de chauffe est modulable par contacteur statique. Pour un débit de 576 m 3 /h (maximum d occupants) : - Quelle serait la conséquence d un chauffage à 100% de la puissance de la batterie. Calculer la température d air pulsé. - Quelle est la puissance de chauffe juste nécessaire pour maintenir la température pulsée à 19 C. Que doit-on régler? Quelle valeur doit-on donner au paramètre régler par rapport à la période de conduction du gradateur? Le système existant est doté d une batterie de chauffage de 3kW (3*1kW). 1.3.5. En restant dans les conditions de l étude, quel est le débit maximum d air neuf que l on peut introduire dans les ateliers sans les refroidir? 1.3.6. La centrale de traitement d existante a-t-elle bien été choisi afin d accueillir dans les locaux les 2 groupes d élèves? Justifier? 1.3.7. Conclure sur les conséquences d une variation de débit en fonction du nombre d occupants pour un centrale choisie. 1.4. Gestion du débit d air Le débit initial demandé (fonction du nombre de personne) est de 576 m 3 /h. 1.4.1. Calculer la valeur de la fréquence de réglage correspondante du variateur (utiliser le document ressource).
Page 4 1.4.2. Pourquoi une valeur limite de débit minimum est elle-fixée? Comment la batterie de résistance est-t-elle protégée contre ce problème? La puissance de chauffe fournie par les résistances n est pas toujours suffisante suivant le débit demandé pour maintenir la température des locaux à 19 C (voir nouveau cahier des charges de la partie pratique). 2. TRAVAUX PRATIQUES Caractéristiques du système : Résistances : 3 x 230 V~ 3 kw Moteur : Asynchrone triphasé 3 x 400 V 50 Hz 2,4 A 0,75 kw 1420 tr/mn cosϕ = 0,68 2.1. Fonctionnement automatique : nouveau cahier des charges La puissance de chauffage fournie par les résistances n'est pas toujours suffisante suivant le débit demandé et la température extérieure ( très froide l hiver ) pour maintenir la température à 19 +/- 0,5 C. Pour cela on doit diminuer le débit d air en agissant sur la vitesse du moteur. Si la température Haute n'est pas atteinte au bout de 10 mn, on diminuera la vitesse d'une valeur fixée par le mot W45. Cette tâche sera reconduite si la température Haute n'est toujours pas atteinte sans que la vitesse du moteur corresponde à un débit inférieur au débit minimum (W44). De la même manière, on réajustera le débit par le mot W45 toutes les 10 mn si la température extérieure le permet. 2.1.1 Compléter le grafcet vu partie commande permettant de gérer le Débit d air. (Voir document réponse n 1). 2.1.2. La sonde PT100 et son adaptateur délivrent une tension variant de 0 à 10V pour une température variant de 0 à 100 C Déterminez les valeurs des mots correspondant sachant que pour une consigne de 0 à 10 V, la fréquence varie de 0 à 50 Hz d après les réglages du variateur (compléter le document réponse n 1) : Température haute=.. W.=..? Température basse =.. W.=? 2.1.3. Calculer les valeurs des mots correspondants aux fréquences donnant les débits d'air (utiliser le document ressource): Débit initial 600m 3 /h W.=.? Débit minimum 200m 3 /h W.=.? 2.1.4. Faire vérifier vos résultats. Complétez le programme sur votre ordinateur, puis transférer votre application. 2.2 Paramétrage du variateur : On réalisera un démarrage progressif en 1,5 s. On rappelle que, après une rampe de démarrage, le variateur ATV 16 fonctionne à une fréquence variant linéairement en fonction de la consigne.
Page 5 (Rappel : Lorsque la consigne appliquée varie de 0 à 10 V, la fréquence varie de 0 à Hsp, valeur paramétrée sur le variateur). 2.2.1. Donner la signification des paramètres Acc, Frs, Uns, Hsp, Lsp et Ith.? (Voir la documentation constructeur du variateur). A quelle valeur doit-on les régler? 2.2.2. Rentrez les différents paramètres Acc, Frs, Uns et Ith. Faire vérifier. Réglez Hsp à 60, que constatez-vous. Expliquez. 2.3. Essais : Essayez le fonctionnement de l'ensemble en simulant la variation de température à l'aide du potentiomètre. Expliquez oralement le fonctionnement que vous reprendrez par écrit (on pourra modifier certaines valeurs pour tester le fonctionnement). 2.4.Mesures : 2.4.1. Courant absorbé par le moteur: Nous voulons relever à l oscilloscope le courant absorbé par le moteur durant la phase de démarrage et en vitesse établie. - Faire le branchement des appareils de mesure ( SYSTEME hors ENERGIE ) - Prédéterminer les calibres de l oscilloscope, faire vérifier. - Effectuer le relevé. Celui-ci devra être exploitable par un autre technicien (titre, calibres réels etc) - A partir du relevé, justifier si les réglages effectués sont conformes. 2.4.2. Température et signal de commande du relais statique. Vous allez devoir ouvrir l armoire électrique pour identifier les points de mesure, une consignation sera effectuée auparavant par le professeur : - A quel moment le professeur peut-il démarrer la consignation? - Indiquer au professeur la démarche à suivre en numérotant dans le bon ordre les opérations suivantes : - Identification - Condamnation - Séparation - Vérification d absence de tension -En présence du professeur (SYSTEME hors ENERGIE ), identifier dans l armoire électrique les points de branchement de l oscilloscope afin de relever la température et le signal de commande du relais statique. - Prédéterminer les calibres de l oscilloscope, faire vérifier. - Effectuer le relevé. Celui-ci devra être exploitable par un autre technicien (titre, calibres réels etc) - En déduire l énergie consommée sur 1heure. -A partir du relevé, justifier si les réglages effectués sont conformes.
DOCUMENT REPONSE N 1 Page 6 Comande du débit d'air Y3 0 [CNA='0'] 1 Auto 1 [ConsD=Debit] 2 [ConsD>Dmini] [Debit='...'] [temphaute='...'] [Dmini=' '] [tempbasse='...'] [dec='...'] Commande moteur à vitesse nominale n = 1420tr/mn Sortie_n_max = Manu Commande moteur à vitesse réglable par potentiomètre Sortie_n_réglable = /Manu./Auto Commande chauffage 10 12 X2.[tempmesure<tempBasse] 11 Chauffe 2 [CNA=ConsD] 13 /X2+[tempmesure>tempHaute] Manu 5 9 3 6
Documents ressources Page 7 Tableau des affectations : Mnémoniques Codes automate Débit initial demandé Débit W40 Consigne débit Cons.D W41 Sortie analogique consigne CNA OW2,0 variateur Entrée analogique température tempmesure IW1,2 Consigne température haute temphaute W42 Consigne température basse tempbasse W43 Débit minimum D.mini W44 Décrément de débit Dec. W45 Inter Mode Manuel Manu I0,0 Inter Mode Automatique Auto I0,1 Voyant clignotant H3 O0,8 Marche chauffage Chauffe O0,0 Sortie Consigne vitesse : Sortie_n_max O0,4 mode manuel 100% Sortie Consigne vitesse : Sortie_n_réglable O0,5 réglable par potentiomètre Sortie Consigne vitesse : Sortie_n_auto O0,6 réglable par automate Courbe Débit : Débit (m 3 /h)
Page 8 Documents ressources L écart de température ρt est à considérer entre l entrée et la sortie de la batterie de chauffage donc dans le cas du système entre la température d entrée d air neuf et la température d air soufflé en sortie de la batterie.
Documents constructeur Page 9
Documents constructeur Page 10
Documents constructeur Page 11
Documents constructeur Page 12
CORRECTION GRAFCET Page 13./X11