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Niveau : Terminale STI2D

Spécialité : Energie et environnement

Unité de séchage pour pellet Fiche TP

Objectif de la séance: CO7.ee2 Justifier une solution retenue en intégrant les conséquences des choix sur le triptyque : Matériau – Energie – Information Pré requis : SysML En ayant à votre disposition : le dossier technique de l’installation

1 Les pellets de bois

Les entreprises de rabotage, les scieries, l’industrie de transformation du bois et bien entendu les propriétaires forestiers ont une capacité d’environ 5 à 100 tonnes par jour de bois résiduels Ces installations entièrement automatisées transforment sur place les

connexes des scieries en précieux pellets et fournissent ainsi une importante contribution à un approvisionnement responsable, décentralisé, écologique et

économique en énergie de chauffage. 200 000 m3

de bois repoussent chaque jour en France. Les bois résineux (surtout l’épicéa et le sapin) de bonne qualité sont généralement vendus avec succès comme bois de consommation. En revanche, les grandes quantités de bois d’industrie et les connexes d’abattage de bois provenant de l’entretien des forêts ne sont pas souvent utilisées, leur commercialisation n’étant pas rentable pour des raisons de transport. Ces bois résiduels sont cependant une matière première idéale pour la production de pellets.

Les avantages des pellets de bois de forêt • La matière première est disponible à l’échelle régionale • 2 kg de pellets de bois remplacent 1 litre de fioul • Taux d’humidité constant (inférieur à 10%) • Aucune fermentation, même sur une longue période de stockage • Aucun ajout d’agent liant • L’écoulement facile évite des incidents au niveau du système de chauffage • Excellentes valeurs d’émission • L’entretien des forêts est à nouveau rentable • Emplois dans la région Un énorme potentiel … En considérant d'une part, les évolutions connues par les pays producteurs de granulés plus matures, et d'autre part, la capacité de rattrapage de la France, il est raisonnable d'envisager que le marché de la granulation bois puisse, à échéance de 10 ans, représenter 5 millions de tonnes soit 2,2 MTEP. Cet objectif n'utiliserait que 7,5% des 66 millions de mètres cubes de bois non commercialisés, produits chaque année par la forêt française. Cette énergie Granulés Bois correspondrait à 13,4% des objectives biomasses du Grenelle pour 2020. La société suisse « PelletModul ZM® l’original » propose des installations de transformation du bois pour la production de pellet. Nous avons modélisé dans le système « habillis » que vous allez étudier, une unité de séchage des produits utilisés dans cette fabrication.

Pellets de chauffage

Evolution de la consommation de pellets en France

Le bois, source d’énergie renouvelable

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2 Unité de séchage de pellet

Le système « habillis » que vous allez étudier modélise une partie du procédé industriel de séchage des produits dans la fabrication des pellets à bois. Il comporte notamment une cuve, contenant les matériaux à sécher. Cette cuve est portée à la température de séchage adaptée au produit traité. Une pâle, entrainée en rotation par un moteur, brasse les produits en séchage pour homogénéiser la température dans l’enceinte chaude. Le dossier technique du système est disponible sur la plateforme numérique.

3 Analyse

3.1 Diagramme des cas d’utilisation

L’analyse du système, dans le cadre de son utilisation, fait apparaître deux acteurs :

le technicien de production en charge de l’utilisation du système pour produire les pellets

le technicien de maintenance qui procède au réglage et à la maintenance.

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3.2 Diagramme des exigences SysML

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3.3 Identification des exigences et des matériels associés

Vous trouverez page précédente le diagramme des exigences SYSML du système. Prenez un peu de temps pour le lire. Chaque matériel mis en place dans l’installation réalise une partie des exigences du système. Aussi, pour chaque exigence du diagramme, on vous demande de repérer le matériel choisi par le concepteur du bain régulé. Dans un tableau, vous collecterez, pour chaque exigence, les informations suivantes : Nom de l’exigence et son identifiant (Id) Nom du matériel associé (il s’agit ici du bloc associé) Désignation et référence industriel du matériel (voir dossier technique) Fonction du matériel Caractéristiques principales.

Exigence Id Matériel Désignation Fonction Caractéristique

Protéger biens et personnes

1.4 Disjoncteur CNX 4500 courbe C

Protéger les personnes Protéger l’installation

Différentiel 30 mA Uni + neutre 230V~ 16A

….

3.4 Repérage des matériels sur le système :

Placer les vocables suivants dans les cases adéquates. : « Partie opérative » ; « Partie commande »

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Compléter les documents ci-dessous en écrivant dans chacune des cases dessinées le nom du bloc correspondant. Nommer les matériels éventuellement non présents dans le diagramme en tant que bloc.

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4 Diagramme de séquence pour la mise en service de l’unité de séchage.

4.1 Mise en service

Vous allez procéder à la mise en service de l’unité de séchage suivant les indications du diagramme de séquence ci-dessous.

On réglera le thermostat de sécurité à 50°C,

4.2 Manœuvres du couvercle et du malaxeur

Vous allez procéder aux manœuvres du couvercle et du malaxeur de l’unité de séchage suivant les indications des diagrammes de séquence ci-après. Quand vous avez bien compris les manœuvres demandées, proposer une procédure permettant de faire les mesures suivantes :

Energie consommée par le malaxeur à vide pendant 60mn.

Puissance du moteur de manœuvre du couvercle.

Temps de montée et temps de descente du couvercle.

Energie nécessaire à procéder à l’ouverture et à la fermeture du couvercle. Vérifier votre mesure énergétique pour la manœuvre du couvercle par calcul.

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4.3 Puissance de chauffage

On considère que le bois a une capacité thermique massique de 1500 J/kg.K La masse volumique des pellets de bois est de 650 kg/m

3

Calculer la masse de pellets que peut contenir la cuve du malaxeur. Quelle est l’énergie nécessaire pour porter les pellets de la cuve à la température de séchage de 40°C, sachant que le chargement du malaxeur se fait à température ambiante de 20°C et que les pellets proviennent d’un stockage dans un hall à 10°C ? Quelle est l’énergie nécessaire pour un séchage à température constante de 20 mn ? La résistance de chauffage vous semble-t-elle bien dimensionnée ? Proposer un scénario pour vérifier vos calculs. Mettre en œuvre votre idée et donner vos conclusions.

4.4 Analyse de défaillance

Si la température de la cuve monte au-dessus de la température de réglage du thermostat, la régulation est défaillante. Proposer une manipulation qui permet de vérifier le bon fonctionnement de la détection de cette défaillance. Tester votre idée. Constater le comportement du système et consigner vos observations dans votre compte rendu. Remettre le système dans son état initial. Donner l’équation logique de commande du chauffage de l’eau.

5 Compte rendu

Vous rédigerez un compte rendu complet de votre travail en y mettant :

Une introduction pour présenter le contexte de votre travail

Les réponses à toutes les questions qui vous ont été proposées : o Rappeler l’objectif de la question o Donner votre réponse o Conclure sur la cohérence des résultats obtenus avec l’objectif envisagé

Rédiger une conclusion globale et personnelle sur le travail en précisant les points que vous pensez les plus importants (positifs ou négatifs).

Vous déposez ce compte rendu en format WORD, sur la plateforme numérique.