Corrigé et barème E41 session 2018 Arche de céramisation, Examens de Électroniques

Télécharge Corrigé et barème E41 session 2018 Arche de céramisation et plus Examens au format PDF de Électroniques sur Docsity uniquement! 1 Corrigé et barème E41 SESSION 2018 Arche de céramisation PARTIE A - Étude thermique (22 %) Bilan thermique du chauffage des plaques 1 Différence de température entre les extrémités de la zone n°1 de l’arche : ∆θ =  −  = 600 − 25 = 575° 2 Énergie calorifique nécessaire au chauffage de la plaque à céramiser avec son support :  = . . ∆ = 65 × 720 × 575 = 27 × 10 3 La production est de 14 plaques par heure, par conséquent :  = . = 378 × 10. ℎ (1 pt) La puissance en watts est obtenue en divisant la puissance horaire par 3600.  =  !"" = 105 #$ (1pt) 4 La puissance installée (150 kW) est très largement supérieure à la puissance nécessaire pour le chauffage. Ce surcroît de puissance doit en effet permettre de compenser les pertes d’énergie. (1 pt) Il y a de nombreuses sources de pertes d’énergie. On peut citer par exemple : (1 pt) • La zone de chauffage n°1 n’est pas fermée. Il y a donc des fuites d’énergie thermique par l’ouverture de l’entrée de l’arche. • L’arche elle-même n’est pas parfaitement isolée. Il y a donc des pertes thermiques par les parois latérales de l’arche. • Le système d’entraînement des plaques a également une capacité calorifique, dont on n’a pas tenu compte. Bilan thermique du refroidissement des plaques 5 L’énergie thermique  cédée par la plaque est égale à l’énergie thermique reçue par la masse d’air .  = . %&' . (θ%&' − θ%&') D’où  =  %&' . (θ%&' − θ%&') = 39,1 × 10  1004 × (135 − 30) = 371 #- 6 D’après la définition de la masse volumique : .%&' =  / ⇔ / =  .%&' = 3711,17 = 317  ! 7 Pour obtenir le débit volumique horaire d’air frais qui doit être soufflé, on doit multiplier le résultat précédent par la production horaire. 01 = . / = 14 × 317 = 4,44 × 10!!. ℎ 8 L’ensemble des deux ventilateurs permet le soufflage de 2 × 8000 !. ℎ, soit 16 × 10!!. ℎ, ce qui est très largement surdimensionné par rapport aux besoins de la nouvelle production. (1 pt) Toutefois il faut tenir compte du fait qu’il y a non seulement des pertes de charge dans les gaines de ventilation et qu’une partie de l’air soufflé s’échappe par l’ouverture de la sortie de l’arche. On peut cependant supposer que ces pertes ne nécessitent pas le fonctionnement à plein régime des ventilateurs. Dans cette hypothèse, il convient d’envisager un fonctionnement en sous-régime, par exemple en abaissant la fréquence d’alimentation des moteurs de 50 Hz à 30 Hz. (1 pt) 2 PARTIE B - Étude des résistances de chauffe (40 %) Bilan des puissances de l’alimentation de l’arche 9 Les groupements de résistances de chauffages sont branchés entre deux phases différentes. Ils constituent donc un récepteur en triangle. La tension est donc 2 = 400 /. 10 Voir document réponse n°1.(1 pt par valeur de puissance) Les trois puissances ne sont pas égales donc le système est déséquilibré. (1 pt) 11 Dans une résistance, le courant et la tension sont proportionnels, d’après la loi d’Ohm, et sont donc en phase. Par conséquent, cos6 = 1. 7 = 3 × 200. 10 ! √3 × 400 = 866 9 Étude d’un groupement de résistances 12 Dans une branche, les résistances sont montées en série, donc : :;< ='%>?; = 4. : = 4 × 2,5 = 10 Ω (1 pt) Comme toutes les branches sont en dérivation : :;< = @AB CDEFGA H = 2 Ω (1pt) 13 D’après la loi d’Ohm : 7 = I@AB = J""  = 200 9 (1 pt) Ainsi, la puissance vaut :  = 2. 7 = 400 × 200 = 80 #$ (1 pt) Détection d’une défaillance de résistance 14 La résistance défaillante se comporte comme un circuit ouvert, donc seules 4 branches sont alimentées. Ainsi : :;<K = @AB CDEFGA J = 2,5 Ω (1 pt) On calcule l’intensité d’après la loi d’Ohm : 7′ = I@ABK = J"" ,H = 160 9 (1 pt) Et la puissance : K = 2. 7K = 400 × 160 = 64 #$ (1 pt) 15 Il est possible de détecter cette défaillance en mesurant l’intensité du courant. (1 pt) Les plaques ne sont alors plus soumises à la température de cuisson normale et la production est alors défectueuse. (1 pt) 16 Dans ce cas, la résistance de branche défectueuse diminue, ce qui entraîne une augmentation de l’intensité dans cette branche. (1 pt) Cela peut se détecter sur l’alimentation du groupement de résistances. Les conséquences possibles sont alors : • Risque de destruction des trois autres résistances de la branche. • Surchauffe de l’installation. • Déséquilibre dans l’alimentation triphasée. (1 pt) Réglage de la puissance d’alimentation des résistances 17 Document réponse n°2 18 La lecture graphique donne un angle de phase de 80°. 19 Voir le document réponse n°3 A noter que l’angle de 80° est atteint pour M = N"!" × 20 O = 4,4 O. (1 pt) 20 La tension P' est périodique mais n’est pas sinusoïdale. Comme la 5 Document réponse n°1 Bilan de puissances de l’alimentation de l’arche Document réponse n°2 T R S PRS = 205 kW PST = 205 kW PRT = 200 kW u(t) uR (t) 6 Document réponse n°3 Tension aux bornes de la batterie de résistances Tension représentée : U (en volts) en fonction du temps (en millisecondes) 7 Document réponse n°4 Boucle de régulation de la température de chauffage (j) ‚(j) Automate Système de chauffage Correcteur ƒ(j) (j) ε(j) + −