E42 Éléments de correction BTS MS option SEF métropole 2016.

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR maintenance des systÈmes Option : Systèmes énergétiques et fluidiques
Session 2016
U 42 : Analyse des solutions technologiques Durée : 4 heures - Coefficient : 4 [pic] Étude de la production de chaleur 1 Conception générale de la chaufferie
1 Ajouter en rouge tous les organes de sécurité imposés par la
réglementation et en bleu, ceux que vous jugez nécessaires pour un
fonctionnement sûr d'une chaudière. En rouge :
. Une soupape de sûreté montée directement sur la chaudière ou
sur le départ, avant tout organe d'obturation,
. Un thermostat de sécurité à réarmement manuel, réglé à 110 °C
maximum.
En bleu :
. Une deuxième soupape de sûreté montée comme la première,
. Un contrôleur de débit, monté plutôt sur le retour,
. Un pressostat de sécurité manque d'eau, commun à toutes les
chaudières. 2 Présenter l'avantage principal de raccorder les 4 pompes de chaudières en
parallèle plutôt que placer une pompe sur chaque chaudière. L'installation gagne en fiabilité :
. Quand une pompe tombe en panne, toutes les chaudières peuvent
encore fonctionner,
. La pompe de secours est commune aux trois autres pompes. 3 Par quel moyen le débit produit par les pompes de chaudières se répartit
équitablement dans les chaudières en service ? Toutes les chaudières sont identiques et raccordées par une boucle de
Tickelman. L'équilibrage est géométrique. Les 4 circuits en parallèle
sont identiques et ont la même longueur. Ils ont donc la même
résistance hydraulique. 4 Présenter l'avantage principal de faire varier le débit dans le réseau de
distribution. Les besoins de chaleur sont variables. Ils dépendent essentiellement
de la température extérieure.
Quand les besoins sont faibles, il est inutile de transporter le débit
d'eau correspondant à la puissance maximale.
En faisant varier le débit, on économise beaucoup d'énergie électrique
au niveau des pompes du réseau (P ( k . qv3). 5 Expliquer la fonction du bipasse lisse placé entre l'aller et le retour.
Justifier le sens de circulation indiqué sur le schéma. . Le bipasse lisse réalise le découplage hydraulique. Le débit dans
le réseau et le débit dans les chaudières sont indépendants.
. Il faut que le débit dans les chaudières reste supérieur au débit
dans le réseau, pour éviter le mélange sur l'aller. Dans le cas
contraire, les chaudières devraient chauffer l'eau à une
température supérieure à celle nécessaire au réseau, ce qui diminue
leur rendement ou même ce qui est impossible ((maxi ( 105 °C). 6 Expliquer pourquoi les pompes des chaudières sont sur le retour et les
pompes du réseau sont sur l'aller. Pour éviter le risque de cavitation, la pression à l'aspiration des
pompes doit rester la plus élevée possible. Le seul endroit où la
pression reste constante quel que soient les débits, est le point de
raccordement du vase d'expansion (point neutre). Toutes les pompes ont
leur aspiration au point de branchement du vase. 2 Vase d'expansion à pression d'azote
1 Expliquer le fonctionnement du vase d'expansion lorsque la température de
l'installation augmente, puis lorsque cette température diminue. . Lorsque la température de l'installation augmente, l'eau se dilate
et son volume augmente (expansion), l'eau rentre dans le vase
d'expansion, le niveau monte, l'azote est comprimé, la pression
tend à augmenter, le déverseur R2 s'ouvre et laisse échapper
l'azote.
. Lorsque la température de l'installation diminue, l'eau se
contracte et son volume diminue, l'eau ressort du vase d'expansion,
le niveau descend, l'azote se détend, la pression tend à diminuer,
le détendeur R1 s'ouvre et laisse rentrer l'azote. 2 Compléter le graphe des deux régulateurs de pression automoteurs, à
action proportionnelle, R1 et R2 du vase d'expansion. Déterminer la
zone neutre de la régulation.
La zone neutre est égale à 0,1 bar. 3 Dessiner sur le schéma, la boucle de régulation comprenant l'électrovanne
de remplissage VEM. La VEM s'ouvre lorsque l'installation manque d'eau c'est-à-dire
lorsque le niveau d'eau dans le vase d'expansion est trop bas. Un
contacteur de niveau à deux seuils, commande la VEM. Voir schéma de la
chaufferie DR1. 4 Compléter le graphe de régulation de l'électrovanne de remplissage VEM, à
action tout ou rien.
Au niveau bas, l'électrovanne s'ouvre. Au niveau haut, elle se
referme. 3 Réglage de combustion
1 Calculer la puissance du brûleur (puissance sur le gaz) dans les
conditions nominales. [pic] 2 Calculer le débit volume horaire de gaz dans les conditions normales de
température et de pression (CNTP : 0 °C et 101325 Pa). [pic] 3 Calculer le débit volume horaire de gaz au niveau du compteur,
température 15 °C, pression 300 mbar. [pic] 4 Donner la définition du facteur d'air mesuré et régulé par la sonde
lambda (( = facteur d'air). Le facteur d'air est le rapport entre l'air réel de combustion et
l'air théorique. 5 Sur quel organe du brûleur agit la sonde lambda ? La sonde ( agit sur le volet d'entrée d'air. Si le facteur d'air est
trop faible, le volet d'air s'ouvre davantage. 6 Expliquer l'incidence sur la qualité de combustion et sur le rendement de
combustion :
. d'un ( insuffisant,
. d'un ( excessif.
( insuffisant : Le carbone n'est pas oxydé complètement, il y a
production de CO (gaz mortel à faible dose). Les imbrulés encrassent
la chaudière et le conduit de fumées. La combustion est de mauvaise
qualité.
La quantité de chaleur dégagée par la combustion est réduite,
l'échange de chaleur est compromis par l'encrassement des surfaces
d'échange. Le rendement de combustion est faible.
( excessif : Le carbone est généralement oxydé presque complètement,
il y a peu de CO dans les fumées. La combustion est de bonne qualité.
Comme l'excès d'air se retrouve dans les fumées, le débit de fumée est
plus important et la surface d'échange le refroidit moins bien. Ces
deux paramètres augmentant, les pertes sensibles par les fumées sont
plus importantes. Le rendement de combustion est faible.
7 En exploitant les graphiques des résultats de mesure de combustion,
quelle est la valeur de ( qui vous semble la mieux adaptée à ce
brûleur ? On recherche CO mini et ( maxi.
D'après les courbes relevées, le meilleur réglage est avec ( = 1,2
soit 20% d'excès d'air. Projet géothermie
1 Puissance disponible sur la géothermie
1 Quel fluide subit la plus grande variation de température lors de son
passage dans l'échangeur ? Comme ( ( 1, on a : P1 = P2 ( qv1 . ( . c . ((1 = qv2 . ( . c . ((2
Ici on a qv1 > qv2 donc ((1 < ((2
La plus variation de température est sur le secondaire. 2 Représenter schématiquement l'évolution des températures des fluides
primaire et secondaire dans l'échangeur. En déduire entre quelles
températures se situe le pincement ? [pic]
Le pincement est entre T1et T4. 3 Calculer les températures T2, T4 et la puissance de l'échangeur. T4 = T1 - p = 82 - 2 = 80 °C
T2 = T1 - ((1 = T1 - ((2 . qv2 / qv1 = 82- (80 - 45) x 200 / 250 = 54
°C
P = qv2 . ( . c . ((2 = 200 x 1000 x 4,18 x (80 - 45) / 3600 = 8128 kW 2 Schéma hydraulique
1 Expliquer deux raisons pour lesquelles le schéma 1 ne peut être retenu. . L'échangeur est incapable de produire de l'eau à 90 °C. Les
chaudières devraient toujours être employées pour chauffer l'eau à
une température très supérieure à 90 °C pour que le mélange soit à
90 °C.
. La température de retour est réchauffée de 70 à 72 °C par le
bipasse lisse, donc la puissance récupérée est plus faible que si
l'échangeur recevait l'eau à 70°C.
. La perte de charge d'un échangeur est très supérieure à celle d'une
chaudière. Les pompes de chaudière ne sont pas capables d'assurer
le débit dans l'échangeur. 2 Avec le schéma 2, calculer la perte de charge de l'échangeur pour le
débit secondaire maximal : qvmaxi = 1380 m3/h J = R . qv2
D'où R = J0 / qv02 = J / qv2 ( J = J0 . (qv / qv0)2 = 0,5 x (1380 /
250)2 = 15,2 bar 3 Calculer la puissance hydraulique à fournir par les pompes du réseau pour
faire passer l'eau au-travers de l'échangeur. Expliquer pourquoi le
schéma 2 n'est pas envisageable. Phydraulique = qv . (p = 1380 x 15,2 . 105 / 3600 = 584 000 W soit 584
kW
Ni la perte de charge de l'échangeur, ni la puissance hydraulique à
fournir par les pompes ne sont raisonnables. 4 Avec le schéma 3, la vanne de réglage dérive 300 m3/h dans l'échangeur.
Calculer sa perte de charge. J = J0 . (qv / qv0)2 = 0,5 x (300 / 250)2 = 0,72 bar 5 Calculer la puissance hydraulique à fournir par les pompes du réseau pour
faire passer l'eau au travers de la vanne de réglage. Le schéma 3 est-
il satisfaisant ? Phydraulique = qv . (p = 1380 x 0,72 . 105 / 3600 = 27 600 W soit 27,6
kW
Non, la puissance demandée aux pompes du réseau est encore excessive. 6 Avec le schéma 4, le débit nominal dans le secon