Partie spécifique - Choix 1 (Partie B) : Choix de… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole Candidat libre - EE 2021

Choix 1

Partie B: quelle est l'influence du choix de la pompe sur les caractéristiques hydrauliques du jet hydromassant ?

Mise en situation

Parmi l'ensemble des postes consommateurs d'énergie rencontrés dans une piscine, il existe bon nombre de pompes permettant le fonctionnement de jets d'eau hydromassants installés pour l'agrément des baigneurs. Le fonctionnement de ces jets est basé sur la pulsion de l'eau pompée dans la piscine qui est refoulée à forte pression par l'intermédiaire d'une canne équipée d'une bouche permettant de former un jet de formes différentes.

Les conditions de fonctionnement de ces jets de plage sont obtenues au moyen de pompes qui sont amenées à fonctionner plusieurs heures par jour.

Partie A: comment optimiser les consommations d'énergie de la pompe des jets hydromassants ?

Étude du fonctionnement théorique

Afin de connaitre les contraintes hydrauliques auxquelles va être soumise la pompe, il est nécessaire d'étudier les caractéristiques du réseau qui est composé d'une partie aspiration et d'une partie refoulement.

L'aspiration consiste au pompage de l'eau du bassin par l'intermédiaire d'une crépine;

le refoulement consiste en la pulsion de l'eau depuis la pompe jusqu'à la bouche du projecteur de plage.

Le principe de l'installation et les dimensions utiles sont présentés dans le document technique DTS1.

DTS1: Plan d'installation du projecteur de plage

CONSTITUTION DU CIRCUIT HYDRAULIQUE

Aspiration

Canalisation de diamètre 80 mm et d'une longueur de 9,50 m,

1 crépine de pied

1 vanne standard de diamètre 80 mm,

Débit admissible, de 10 à 12 m³·h⁻¹.

Refoulement

Canalisation de diamètre 65 mm et d'une longueur de 4,30 m,

2 coudes à 90° de diamètre 65 et de rapport de courbure d/R = 0,6

1 vanne standard de diamètre 65 mm,

Débit admissible, de 10 à 12 m³·h⁻¹.

À partir des données théoriques de dimensionnement ($Q_{v\,théorique}$ et $Hmt_{théorique}$), le bureau d'études a déterminé la courbe caractéristique du réseau hydraulique en appliquant la relation $Hmt = a \cdot Q_v^2$, avec « a » la constante caractérisant le circuit hydraulique. La courbe est tracée sur le document réponse DRS2.

Le point de fonctionnement théorique se situant entre deux courbes caractéristiques du fonctionnement de la pompe choisie, il est nécessaire de déterminer quelle configuration de la pompe il faut privilégier. Dans un souci d'optimisation, le bureau d'études a retenu la configuration de pompe DIL 403-15/0,37.

DRS2: Extrait de la documentation technique de la pompe DIL de marque SALMSON

B1

Tracer sur le DRS2 le point de fonctionnement réel permettant de concilier les caractéristiques du réseau hydraulique et les conditions de fonctionnement de la pompe dans la configuration retenue par le bureau d'études (courbe DIL 403-15/0,37). Relever les caractéristiques ($Q_{v\,réel}$ et $Hmt_{réel}$) de ce point de fonctionnement.

La puissance absorbée et la puissance utile d'un système sont déterminées à partir de grandeurs de flux et d'efforts relatives à chacune des énergies en jeu. Dans le cas précis de la pompe hydraulique, l'ensemble de ces données peuvent être représentées sur le schéma suivant:

B2

À partir des conditions de fonctionnement réelles de la pompe, calculer en kilowatt (kW) la puissance hydraulique que la pompe devra développer au refoulement pour assurer le fonctionnement du projecteur de plage.

NOTA: $P_{hydrau} = Q_{v\,réel} \times \rho \times g \times Hmt_{réel}$; $P_{hydrau}$ en Watt avec $Q_v$ exprimé en m³/s; $\rho = 1\,000$ kg/m³; $g = 9{,}81$ m/s²

B3

Déterminer la puissance électrique absorbée par la pompe dans les conditions réelles de fonctionnement par lecture sur les courbes de fonctionnement de la pompe tracées sur le document DRS2.

B4

Exprimer la relation qui existe entre la puissance hydraulique et la puissance électrique absorbée pour illustrer la performance générale de la pompe. Calculer la valeur du rendement de la pompe dans les conditions de fonctionnement réelles.