BAC DE RETENTION DE BEZONS Corrigé - .Capteurs de niveau à flotteur, capteurs ultrasons et capteurs

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  • BACCALAURAT TECHNOLOGIQUE

    Sciences et Technologies de lIndustrie et du Dveloppement Durable

    ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX

    Coefficient 8 Dure 4 heures

    Aucun document autoris

    Calculatrice autorise

    Ce sujet sera trait par les candidats se prsentant pour la premire fois aux preuves terminales du baccalaurat

    BAC DE RETENTION DE BEZONS

    Corrig

  • Partie 1 (approche globale pluri technologique)

    Problmatique 1 : Rduire la quantit deffluents pollus dverses dans la Seine sans augmenter la capacit de traitement de la station dpuration

    Question 1.1 :

    Volume du bassin : ((3.14*22.2)/4)*(24+1.5) = 9 865.4m 3

    Volume micro-tunnel : ((3.14*1.8)/4)*384 = 976.6 m3

    Volume total : 10 842 m3

    Respecte le diagramme dexigence qui prconise un volume minimum de 10 000 m3.

    Sans le micro-tunnel lexigence nest pas atteinte.

    Question 1.2 :

    17 * 10 842 m3 = 184 315 m3 /an

    Soit une diminution de 33.6 %

    Question 1.3 :

    Cf. DR1 => 4 (ou 5) rejets sur une anne

    Le diagramme dexigence indique un maximum de 6 rejets par an. Le CDCF est respect.

    Question 1.4 :

    - Le nombre dorage avec des volumes deau important. - Le dbit dvacuation de ces eaux.

    Conclusion : Actuellement le bassin ne sert pas souvent et est rarement plein. De nos jours, environ 4 rejets sont prvus mais le climat volue. Le nombre dorage violent augmentant le bassin pourrait ne pas respecter lexigence de 6 rejets maxi par an.

    Problmatique 2 : Optimiser la consommation nergtique des pompes de vidange.

    Question 2.1 :

    Energie lectrique - Energie lectrique - Energie mcanique - Energie hydraulique

    Question 2.2 :

    - Les pertes de charges reprsentent le frottement entre le fluide en dplacement et la canalisation. - La courbe est croissante car les pertes de charges augmentent avec le dbit. - Niveau bas : 1 pompe : 650 m3/h (180 l/s) 2 pompes : 1100 m3/h (305 l/s)

    Niveau haut : 1 pompe : 900 m3/h (250 l/s) 2 pompes : 1350 m3/h (375 l/s)

    Le diagramme dexigence indique un dbit dvacuation compris entre 300 et 400 l/s ; il est donc ncessaire dutiliser deux pompes.

    Question 2.3 :

    - Mesure (DT4): 160l/s environs Donne du bureau d'tude (DR2) : 600 m3/h environs pour une hauteur de 31m soit 166 l/s

    - On peut dire que les performances annonces par le bureau dtude sont correctes.

  • Question 2.4 :

    - Puissance lec : Pe = 110 kW Rendement : = 0.45 = Ps/Pe

    - Ps= 110 x 0.45 = 49.5 kW Pertes = 110 49,5 = 60,5 kW !!

    - Le rendement est maximum lorsque la hauteur est de 20 m environ.

    - Les pertes sont importantes. Une solution permettant damliorer le rendement et donc de diminuer les pertes, aurait consist diminuer le h :

    Soit en ralisant un bassin moins profond donc de diamtre plus important. Soit en ralisant plusieurs bassins moins profonds.

    Problmatique 3 : Valider un Procd de rinage du bassin respectueux de lenvironnement

    Question 3.1 :

    - Voir DR3

    Question 3.2 :

    - Besoin de peu dnergie et on utilise directement leau stocke et pas leau potable du rseau.

    Problmatique 4 : Assurer la maitrise des niveaux deau dans le bassin et la colonne de chasse.

    Question 4.1

    Capteurs de niveau flotteur, capteurs ultrasons et capteurs radar

    Question 4.2

    Lmetteur dlivre une frquence de 40kHz avec une rcurrence qui doit prsenter des moments de silence.

    La mesure de distance est proportionnelle au retard entre le dbut dmission et la rception.

    Ici on mesure laller et retour de londe d = c.t/2 (c : vitesse du son). Dans le cas ou le rcepteur est en face de lmetteur d = c.t

    Question 4.3 :

    La dure entre le dbut dmission et la rception vaut 1,5c*0.1s = soit 0,15s do d=330*0.15/2 car cest un dispositif rflexion. D= 24,75m

    Emetteur

    Rcepteur

    d

  • Question 4.4 :

    Si lmission tait continue, on ne pourrait faire la mesure quune seule fois la mise en marche du capteur.

    Question 4.5 :

    D/2= h *tg(/2), capteur = 6 et D/2=0,8m/2

    Donc h=0,4m / tg(3) soit h= 6 m

    Ce capteur nest pas appropri pour la mesure dans la colonne de chasse car le cne dmission du capteur est trop ouvert

    Problmatique n5 : Insrer la colonne centrale dans la structure du bassin.?

    Question 5.1 :

    a) Poids au m de la dalle de couverture BA p. 0,20m recouverte de 0.50m de terre et supportant les surcharges de circulations :

    Poids au m de la terre :20*0.5 .......................................................... = 10,00

    Poids au m du BA de la dalle : ......................................................... = 5,00

    Surcharges de circulations : = 20,000 kN/m

    ensemble = 35,00

    b) Poids dun mtre linaire de poutre BA section 0.400x0.700m

    .......................................................................................................... = 7,00

    Question 5.2 :

    RA = 328,64 kN RB = 488,12 kN

  • Question 5.3 :

    Compression

    Calcul de la contrainte aux pieds des 8 poteaux BA ( 0.550m) Aire de la section dun poteau : (0.550/4)* PI .............................. = 0,238 m

    Contrainte la base de chacun des 8 poteaux : 11 263.29 / 0.238 / 8 ................... = 5 915.593 kN/m

    Soit 5 915.593 Pa donc ~6 MPa

    Question 5.4 :

    Le coefficient de scurit estim :

    Vis--vis de la valeur de la simulation SolidWorks est : 6 MPa / valeur contrainte maxi de la simulation en MPa ....... = ,

    avec la rsistance nominale dun bton courant gale 25 MPa : 25 MPa / 6 MPa ..................................................................... = 4,17

    Question 5.5 :

    Conclusion quant au choix du matriau pour assurer le maintien de la colonne centrale :

    Le bton arm (BA) est mcaniquement et chimiquement satisfaisant de plus il prsente une faible empreinte CO vis--vis des autres matriaux compatibles avec le projet.

    Problmatique n6 : Assurer la transmission des informations de linstallation

    Question 6.1 :

    Trame n1 : lmentCapteur niveau eau bassin Grandeur Hauteur deau Valeur 2130 en mm ?

    Trame n2 : lment Groupe lectro-pompes. Grandeur Frquence Valeur 40Hz

    Rsistance la compression (MPa)0.1 1 10 100 1000

    Em

    pre

    inte

    CO

    2, pro

    duct

    ion p

    rim

    aire

    (kg

    /kg)

    0.1

    1

    10

    Verres

    Cramiques techniques

    Bois tendre : pin

    Bois dur : chne

    Brique

    Granit

    Contre-plaqu

    Bambou

    Ciment

    Lige

    BtonMarbre

    Ardoise

    Grs

    Pierre calcaire

    Mtaux et alliages

    Polymres

    ElastomresMousses

    Matriaux naturels

    Cramiques non techniques

    Pltre de Paris

  • Partie 2 (approche cible sur une problmatique particulire)

    Problmatique : Assurer lchange des pompes en toute scurit.

    Question 7.1 : On isole le brin gauche

    - Action de lanneau sur le brin en C

    0 : - Action de la pompe sur le brin en A :

    0

    Question 7.2 :

    Le systme est soumis deux actions mcaniques. Daprs le PFS le systme est en quilibre ssi les deux actions sont directement opposes.

    - Mme direction (droite passant par les deux points dapplications (AC)) - Sens oppos - Mme norme

    Question 7.3 : On isole la pompe

    - Action de la pesanteur : 0 0 0 19500 00 0$

    - Action du brin gauche sur la pompe en A :

    0

    - Action du brin droit que la pompe en B : % &%

    0

    Question 7.4 :

    DR4 :

    Question 7.5 : '( )*.,-./

    Question 7.6 :

    Langle diminue, sin peut tendre vers 0 donc Fb augmente.

    Question 7.7 :0123 )*.4( 56788*.59888 0.696 = 44.14 ;?@ => A

    BCD* . tan 44.14 183.4LL

    300 + 652 + 1 667 + 183.4 + 710 = 3512.4 mm

    C

    C

    A

    A

    G G R

    A

    A B

    B

    13 790 N

    '(

  • Documents rponses DR1

    Etat des lieux avant la construction de louvrage Volume total recueilli par an 1 802 800 m3

    Volume trait par la STEP par an 1 254 800 m3

    Volume rejet la Seine par an 548 000 m3 Nombre moyen dorage par an 17

    Jours

  • Documents rponses DR2

    Courbes de performance des pompes de vidange

    Niveau haut Vitesse lente (f= 27,7 Hz) h = 5 m

    Dbit (m3/h)

    Hauteur manomtrique (m)

    Courbe 3 : caractristique du rseau : Hauteur vaincre + Pertes de charges

    Courbe 1 : caractristique dune pompe

    Dbit (m3/h)

    Hau

    teur

    man

    omt

    rique

    (m

    )

    Niveau bas Vitesse rapide (f=50 Hz) h = 29,2 m

    Courbe 2 : caractristique des 2 pompes

    Courbe 3 : caractristique du rseau : Hauteur vaincre + Pertes de charges

    Courbe 2 : caractristique des 2 pompes

    Courbe 1 : caractristique dune pompe

    Point de fonctionnement pour une pompe

    Point de fonctionnement pour deux pompes

    Point de fonctionnement pour une pompe

    Point de fonctionnement pour deux pompes

    P1 P2

    P1' P2'

    Dbit pour une pompe : 650 m3/h Dbit pour deux pompes : 1100 m3/h

    Dbit pour une pompe : 900 m3/h Dbit pour deux pompes : 1350 m3/h

  • Documents rponses DR3

    Diagramme dtat de la fonction rincer

    Remarques : Les tats Etat_010 et Etat_011 reprsents en pointills sont effectus simultanment.

    Etat_02

    Vanne rinage