Partie spécifique - Choix 2 (Partie C) : Débit va… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole Candidat libre - EE 2021

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.

Choix 2 — Partie C: comment réaliser un débit variable du jet hydromassant ?

L'exploitant de la piscine désire régler le débit du jet hydromassant selon la fréquentation du bassin. Pour ce faire, un modulateur d'énergie est placé en amont de la motopompe. Ce modulateur d'énergie de type $U/f$ constant agit sur la fréquence et la tension d'alimentation du moteur.

Pour une fréquence de $50\text{ Hz}$, la pompe fonctionne à son régime nominal, le point $\text{B}_1$ sur le graphique du document réponse DRS3. À ce point de fonctionnement, la vitesse de rotation du moteur est $n = 1450\text{ tr}\cdot\text{min}^{-1}$, le débit $Q_{vn} = 13\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ et la hauteur manométrique $H_{mtn} = 7\text{ mCE}$.

L'exploitant désire obtenir un débit de $11{,}5\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ en cas de forte affluence et de $9{,}5\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ en cas de faible affluence.

Question C1

Calculer le pourcentage de réduction du débit pour les deux affluences.

%

%

Tracer sur le document DRS3 ces 2 points de fonctionnement.

Question C2

En déduire la fréquence d'alimentation du moteur en Hz et la vitesse de rotation pour ces 2 points de fonctionnement.

Hz

tr/min

Hz

tr/min

Question C3

Pour une faible affluence, calculer la puissance hydraulique de la pompe et commenter cette valeur en terme d'économie d'énergie.

W

Pour obtenir ces 2 vitesses, le modulateur d'énergie est piloté par l'intermédiaire de deux entrées logiques I1 et I2.

La fréquence d'alimentation du moteur est programmée selon la table ci-dessous:

Entrées logiques

Moteur

I2

I1

fréquence (Hz)

0 · 0 · 0

0 · 1 · 40

1 · 0 · 45

1 · 1 · 50

Question C4

Compléter l'algorithme de pilotage du modulateur sur le document réponse DRS4 si on considère qu'une forte affluence est obtenue au-dessus de 10 personnes dans le bassin.

Branche « oui » (nombre de personnes > 10, forte affluence):

I1 =

I2 =

Branche « non » (nombre de personnes ≤ 10, faible affluence):

I1 =

I2 =