Partie C (Choix 2) : Vérification des performance… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 2021

Mise en situation

Extrêmement répandue, la méduse lune fréquente toutes les mers et les océans du globe, à l’exception des eaux très froides des régions polaires. La prolifération des méduses est un indicateur du réchauffement de la température des eaux, mais aussi de la disparition de leurs prédateurs (tortues marines, thons, poisson-lune…).

Afin de sensibiliser les visiteurs aux effets du réchauffement climatique, l’aquarium des méduses est situé à l’entrée de l’Arche des petites bêtes. Dans la première zone (zone d’alerte sur les menaces pesant sur l’environnement), l’idée principale est de prévenir l’homme quant à l’urgence d’agir pour sauver la biodiversité.

Pour éviter toute mort rapide des méduses en captivité, il est essentiel de garantir certaines conditions de vie au niveau de leur aquarium. Il est spécialement conçu pour les méduses afin de créer un flux d’eau continu. Il a, de plus, des formes arrondies afin que les méduses ne puissent pas se bloquer dans les coins. Une filtration est également assurée pour que ces dernières ne puissent pas être aspirées. La température optimale pour la conservation des méduses est comprise entre 18 et 22°C.

Travail demandé

Comment assurer un flux continu d’eau dans l’aquarium des méduses ?

Le constructeur de l’installation décide d’utiliser une pompe électrique. L’alimentation en énergie électrique de la pompe se fait à partir du réseau de distribution EDF via un modulateur de puissance de type gradateur pour assurer la variation de débit de la pompe. Le contrôle de la température est réalisé via un asservissement de température (non étudié ici) agissant sur un échangeur thermique. Afin d’éviter que les méduses ne soient aspirées par le système de circulation de l’eau, un filtre est placé en sortie du bassin. Le schéma de principe de l’installation est fourni dans le document technique DTS1.

Le cahier des charges impose un débit volumique de $500\text{ L}\cdot\text{h}^{-1}$ (soit $1{,}39\cdot 10^{-4}\text{ m}^3\cdot\text{s}^{-1}$).

Le choix du matériel devra permettre une utilisation au plus près du point de fonctionnement optimum et ainsi obtenir un rendement de la pompe supérieur à 60 %.

Partie C: vérification des performances de régulation

Afin de garantir un débit de $500\text{ L}\cdot\text{h}^{-1}$, une régulation de débit est mise en place (voir DTS1).

Le correcteur utilisé est un correcteur proportionnel de constante $K=2$.

Le cahier des charges fixe une erreur acceptable sur le débit de $10\%$.

Cette boucle de régulation nécessite l'utilisation d'un débitmètre. Les caractéristiques techniques de ce dernier sont données dans le DTS6.

DTS6: caractéristiques techniques du débitmètre choisi

Étendue de la mesure · 0 à $750\text{ L}\cdot\text{h}^{-1}$

Sortie · 0 – 5 V

Température d'utilisation · $-10^\circ\text{C} \dots +60^\circ\text{C}$

Pression maximale d'utilisation · 8 bars sous $40^\circ\text{C}$

Protection · IP 67

Précision de la mesure · $\pm 2\%$

Question C.1

Calculer la constante de transfert du débitmètre, en utilisant les données techniques du DTS6.

V/(L·h⁻¹)

Question C.2

Le schéma bloc de la boucle de régulation est donné sur le DRS2.

Compléter le schéma bloc de régulation sur le DRS2 en plaçant dans chaque bloc vide les noms suivants: Gradateur, Correcteur, circuit hydraulique, débitmètre, pompe.

Compléter le schéma bloc de régulation sur le DRS2 en indiquant les valeurs numériques de la constante du débitmètre, de la consigne et de l'adaptation de consigne.

Pour assurer la maintenance des filtres, le système est régulièrement arrêté. Lors du redémarrage du système, la consigne passe donc de 0 à $500\text{ L}\cdot\text{h}^{-1}$. Le document technique DTS7 présente les résultats de la simulation de cet asservissement de débit.

Question C.3

Mesurer l'erreur statique constatée sur la simulation du démarrage de l'installation donnée sur le document DTS7. Conclure sur le respect ou non du cahier des charges.

L·h⁻¹

Question C.4

Proposer une solution technologique permettant de diminuer l'erreur statique et permettre au système de fonctionner au plus près du point de fonctionnement défini dans le cahier des charges.

Conclusion

Question C.5

À la vue des différentes analyses menées dans cette partie et des choix du constructeur, conclure sur la capacité du système à assurer la circulation de l'eau dans le respect du cahier des charges.