BTS EN 2015 - Sous-épreuve E41 : sujet - Eduscol

BTS ENVIRONNEMENT NUCLÉAIRE ÉPREUVE E.4
Modélisation et choix techniques en environnement nucléaire UNITÉ U4.1 Pré-étude et modélisation _______ Session 2015
_______ Durée : 4 heures
Coefficient : 3
Document autorisé :
- Formulaire fourni de 6 pages Matériel autorisé :
Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices
programmables alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur
fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante
(Circulaire n°99-186, 16/11/1999). Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu'il est complet.
Le sujet se compose de 20 pages, numérotées de 1/20 à 20/20,
dont 4 documents réponses à rendre avec la copie. Les parties A, B, C et D sont indépendantes les unes des autres. Documents à rendre avec la copie :
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DR1...........................................................................
.........page 17/20
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DR2...........................................................................
.........page 18/20
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DR3...........................................................................
.........page 19/20
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DR4...........................................................................
.........page 20/20
BROYEUR
DE
DÉCHETS NUCLÉAIRES
Mise en situation
Dans une centrale nucléaire, les déchets radioactifs sont entreposés dans
différents points de collecte du site (Bâtiment des Auxiliaires
Nucléaires, Bâtiment Réacteur, Bâtiment Combustible...).
Ils sont ensuite acheminés au BAC (Bâtiment Auxiliaire de Conditionnement)
en vue de leurs préparations avant expédition.
Une fois au BAC, les déchets peuvent être triés, compactés, déchiquetés
pour optimiser leurs volumes, et enfin conditionnés avant leur expédition.
Le broyeur étudié se trouve dans l'enceinte du BAC.
Il a pour but de :
- diminuer le volume des déchets très faiblement actifs ;
- de stocker et évacuer ces déchets dans des fûts ;
- d'assurer la protection radiologique et biologique du personnel. Les déchets à broyer sont très divers :
- bois,
- matières plastiques,
- bidons,
- câbles électriques,
- chaussures de sécurité,
- filtres à air (hors pièges à iode),
- fines tôles métalliques... L'organe principal de la machine est un bloc de coupe constitué de couteaux
rotatifs qui permet de déchiqueter et ainsi de diminuer le volume des
déchets technologiques.
Le chargement des déchets est réalisé par une trémie à laquelle l'opérateur
accède grâce à une plate-forme.
Ce broyeur est accompagné d'un presseur hydraulique, qui facilite la prise
des déchets par les couteaux.
L'évacuation des déchets est faite par gravité, directement dans un fût
placé sous le broyeur.
Problématique Diverses tâches sont à accomplir en lien avec le fonctionnement du
broyeur :
. A. Amélioration de l'efficacité de la ventilation ;
. B. Installation d'une barrière immatérielle de sécurité ;
. C. Retour d'expérience suite à un départ de feu ;
. D. Modification des conditions radiologiques lors d'une campagne de
broyage. A. Amélioration de l'efficacité de la ventilation La conception de la machine a pris en compte l'aspect radioactif des
déchets à broyer (confinement de l'appareil) ; aucune émission de poussière
ou de matière vers l'extérieur n'est admise.
La ventilation autonome a pour but d'assurer une dépression dans la trémie
de chargement, dans l'enceinte du chariot porte-fût et de filtrer l'air
extrait pour éviter la dissémination des poussières.
Or il s'avère qu'en fin de broyage, pour certains déchets, des poussières
n'ont pas encore été totalement aspirées, ce qui oblige l'opérateur à
retarder l'opération de chargement de nouveaux déchets dans la trémie.
L'équipe de maintenance décide d'effectuer une étude pour estimer s'il est
possible de régler le groupe d'aspiration en vue d'augmenter son
efficacité.
Le circuit est schématisé figure A.1 . Données numériques valables pour l'ensemble de l'étude :
- le diamètre des gaines de section circulaire est D = 160 mm ;
- au point A, dans le local, la pression est égale à la pression
atmosphérique pA = p0 ;
- au point B, à l'arrivée dans la gaine principale du bâtiment, la
pression est inférieure à p0,
pB - pA = - 295 Pa.
- la masse volumique de l'air sera supposée constante, de valeur
? = 1,2 kg(m-3 ;
- On prendra g = 9,81 m(s-2 pour l'accélération de la pesanteur terrestre. . Données sur la circulation de l'air entre A et B
Entre le point A (on considère vA = 0) et le point B, l'équation de
Bernoulli concernant la circulation de l'air peut s'écrire :
[pic]? (vB2 - vA2) + ? g (zB - zA) + (pB - pA) + pch = [pic]
- v en m(s-1; z en m ; ? en kg(m-3 ; g en m(s-2 ; p en Pa ; QV en
m3(s-1 ; - Pvent représente la puissance fournie par le ventilateur au fluide,
elle s'exprime en W; - pch sont les pertes de charge du réseau entre A et B (broyeur,
gaines, filtre, clapet anti-retour), elles s'expriment en Pa et valent
pch = 433 Pa pour vB = 15 m(s-1; - on nomme le terme {? g (zB - zA) + (pB - pA) + pch } = ps la pression
statique (en Pa) du réseau entre A et B; - de même le terme {[pic]? (vB2 - vA2)} = pd est appelé pression
dynamique (en Pa) du réseau entre A et B;
1. Étude de l'installation existante Au point B la vitesse de l'air est vB = 15 m(s-1.
1. Montrer que le débit volumique du groupe d'aspiration est QV = 1086 m3(h-
1. 2. Calculer la pression dynamique pd. 3. Calculer la pression statique ps. 4. Montrer que la puissance Pvent fournie par le ventilateur est Pvent =
104 W. 5. Placer le point de fonctionnement F1 sur le graphe du document
réponse 1 à rendre avec la copie. En déduire la fréquence de rotation du ventilateur. 1. Modifications de réglages La modification de la vitesse de rotation du ventilateur s'effectue
facilement par réglage mécanique sur sa poulie d'entrainement.
L'équipe de maintenance veut étudier s'il est possible d'envisager une
augmentation de 10% de la vitesse d'aspiration en veillant à ne pas
dépasser le régime nominal de fonctionnement du groupe moto-ventilateur.
1. Déterminer le nouveau débit volumique QV'. 2. Déterminer les nouvelles pertes de charge pch' sachant qu'elles sont
proportionnelles au carré du débit volumique. 3. Montrer que la nouvelle pression statique est ps' = 302 Pa. 4. Placer le point F2 correspondant au nouveau fonctionnement sur le graphe
du document réponse 1. Indiquer la nouvelle vitesse de rotation du
ventilateur. 5. La modification envisagée est-elle réalisable ? Justifier.
B. Installation d'une barrière immatériellede sécurité Les barrières immatérielles de sécurité permettent de protéger l'accès à
une machine.
Dans la majorité des cas l'utilisation d'une barrière grillagée reste le
moyen le plus simple pour interdire l'accès à une zone dangereuse.
Mais, pour certaines applications qui nécessitent une alimentation ou un
déchargement réguliers de matière première, une large zone de passage ou un
contrôle visuel clair de la machine, le choix de barrières immatérielles
est une bonne alternative. Sans jamais interdire physiquement l'accès à une
zone, elles sont chargées de mettre hors tension tous les équipements de la
zone (ou une partie d'entre eux) dès qu'une intrusion est détectée comme
indiqué sur la figure B.1.
Il en existe de nombreux modèles qui varient en fonction des dimensions,
du nombre de faisceaux, du type de rayonnement électromagnétique émis, du
positionnement vertical ou horizontal des appareils mais toutes
fonctionnent sur le principe d'un détecteur photoélectrique qui comporte :
. un photoémetteur, qui émet plusieurs rayons lumineux bien concentrés par
un système optique ;
. un photorécepteur, qui convertit l'énergie lumineuse reçue en un signal
électrique ensuite traité et analysé. 1. Disposition
Les séquences de chargement-déchargement de fût dans le broyeur (figure
B.2) sont automatisées afin de limiter les opérations de manutention. Le
choix a été fait d'implanter une barrière immatérielle pour sécuriser ces
phases de fonctionnement.
La zone à protéger de notre étude est décrite figure B.3 du document
réponse 2 à rendre avec la copie. 1. Proposer sur cette figure B.3 une disposition des appareils
constituant la barrière immatérielle, en ajoutant dans la zone libre
un récepteur et deux miroirs, en précisant les orientations
angulaires et en fléchant le parcours d'un faisceau.
2. Il est prévu de respecter les distances indiquées figure B.3.
Lorsqu'un intervenant entre dans la zone protégée, la machine doit
être totalement arrêtée avant qu'il ne puisse l'atteindre. Les
calculs des distances de sécurité doivent prendre en compte le temps
de réaction de la barrière de protection ainsi que le temps d'arrêt
de la machine.
Pour calculer ces distances de sécurité, il est d'usage d'utiliser la
norme européenne EN 999 qui recommande la formule : D [pic] 1600 (t1 + t2)
+ 168 avec
D distance minimale de sécurité en mm;
t1 temps de réponse de la barrière immatérielle (en seconde);
t2 temps d'arrêt de la machine (en seconde).
Déterminer la