Chateau Eau Regulation

7/25/2019 Chateau Eau Regulation

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Fiche de prsentation de la ressource

Classe : Terminale STL-SPCL Enseignement : Systmes et Procds

RESEAU DE DISTRIBUTION DEAU POTABLE

CHTEAU DEAU

A) Extraits du BOEN :

I) Dans le r!"ra##e S$st%#es et Pr!&'d's

Mcanique des fluides

Notions et contenus Capacits exigibles

Conservation de l'nergie.Fluide incompressible en mouvement.Puissance hydraulique.Pertes de charge.

!noncer et e"ploiter la loi de conservation de l'nergie d'un fluide incompressible enmouvement. #terminer e"primentalement l'influence de quelques param$tres sur les pertes decharge : vitesse d'coulement% longueur et section de la canalisation% singularits.

&raitement du signal


Caractristique de transfert statique d'uncapteur.Conditionneur de capteur.

#terminer e"primentalement la caractristique de transfert statique d'un capteur. isualiser et e"ploiter la caractristique de transfert d'un ensemble capteurconditionneur.

Contr(le et rgulation

)otions et contenus Capacits e"igibles*spect fonctionnel.+oucle de rgulation.,chma fonctionnel% cha-nes d'action et deretour% correcteur.

dentifier% nommer et conna-tre la fonction des lments constitutifs d'une boucle dergulation. !tablir le schma fonctionnel d'une boucle de rgulation. Citer la nature des signau" d'interconne"ion des lments constitutifs des cha-nes

d'action et de retour ainsi que les valeurs normalises les plus courantes./randeurs fonctionnelles : grandeursrgles% rglantes et perturbatrices.

dentifier les grandeurs fonctionnelles d'une boucle de rgulation. Placer les grandeurs fonctionnelles sur un schma fonctionnel.

Caractristiques statiques et dynamiques.,yst$mes stable et instable.

Citer les dfinitions d'un syst$me stable ou instable.

0gulation 1 action discontinue 2&304. &racer et e"ploiter l'volution des grandeurs 1 partir d'une consigne fi"e pour lesrgulations &30 1 un seuil et 1 deu" seuils de basculement.

II) Dans le r!"ra##e de re#i%re STL

Mesure et instrumentation - classe dere de la srie STL Notions et

contenusComptences

!nstrumentation " instruments de mesure# cha$ne de mesure numri%ue

Capteur et principe physique associ.Cha-ne de traitement de l5information. *ssocier la mesure d5une grandeur au principe physique d5un capteur.Mettre en 6uvre un instrument de mesure% une cha-ne de mesure numrique.!talonner un capteur% un transmetteur% une cha-ne de mesure numrique.

III) Dans le r!"ra##e ter#inale tr!n& &!##un STI(DSTLLes &luides dans l'habitat


Pression dans un fluide parfait et incompressibleen quilibre : pressions absolue% relative etdiffrentielle.!quilibre d'un fluide soumis 1 la pesanteur.

!coulement stationnaire.#bit volumique et massique.

Mesurer des pressions 2absolue et relative4. Citer et e"ploiter le principe fondamental de l'hydrostatique. E"pliciter la notion de vitesse moyenne d'coulement dans une canalisation. Mesurer un dbit.

Citer et appliquer la loi de conservation de la masse.

B) Pr' re*uisEtalonnage dun transmetteur

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Utilisation dun logiciel dacquisition de donnes

C) C!#'ten&es trans+ersales et attitudes

Formuler des !pot"sesTra#ailler en quipe$%ser#er&nal!ser

D) O,-e&ti.s +is's'approprier la glo%alit dun rseau de distri%ution deau pota%le.Etalonner un transmetteur de ni#eau.'approprier le #oca%ulaire de la rgulation.(denti)er les grandeurs *onctionnelles du procd.+ettre en ,u#re une rgulation T$- un seuil et deu seuils.(denti)er les pertes de carges dans un rseau de distri%ution deau pota%le

E) T$e de ress!ur&e 0ocumentation tecnique permettant la ralisation

dune maquette Cteau deau 4 dun transmetteur de ni#eau 5675 cm dun rgulateur T$- un seuil ou deu seuils

istes pour des acti#its eprimentales destination des l"#es.

Mots cls de recherche: Ch7teau d5eau 8 &ransmetteur de niveau 8 0gulation &30 8 Procd instable 8 Pertesde charges

Pro(enance : Philippe 9ardanchet : philippe.lardanchetacgrenoble.fr

/il Martine; : gil.martine;acgrenoble.fr

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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/) Pr!,l'#ati*ue "'n'raleLacti#it propose dans ce document doit permettre au l"#es9 en tout d%ut danne9 de se*amiliariser a#ec lapproce nou#elle de la p!sique et de la cimie propose par lenseignement'!st"mes et rocds. Cest donc tra#ers un s!st"me simple et #isuel que les l"#es a%orderont9entre autres9 les %ases de la rgulation. Les maquettes prsentes peu#ent :tre ralises moindreco;t dans la plupart des l!ces.

0) Ar!&1e 'da"!"i*ue

I) P!siti!nne#ent dans lann'e

Cette acti#it est propose d"s le d%ut de lanne au l"#es. our crer une cosion tout enpermettant une approce tr"s concr"te9 ces sances sont communes lensem%le des groupes de laclasse. Un certain nom%re de maquettes peu#ent :tre ralises au sein du l!ce. La ralisationpropose dans la suite du document tient compte des contraintes tecniques et des co;ts deralisation. La description de la plupart des lments de la maquette dans la suite du document est luniquement pour donner des pistes de ralisation.

II) D'r!ule#ent des s'an&es 2345 s'an&es de ( 6 31)

Lensem%le de ces sances peut :tre prcd par une #isite dune station de distri%ution des eau oultude de documents relati*s la distri%ution deau pota%le et ses contraintes

7) Le s$st%#e

rise en compte de la *onction dun cteau deau. +aintien dun ni#eau minimum dans le cteaudeau. ression ncessaire dans le rseau de distri%utionContraintes lies son eploitation

Entre deau contr

5) 8esures de d',it

Bcessit da#oir un d%it dentre suprieur au d%it de sortie+esure du d%it dentre par empotage'ui#i du ni#eau au cours du temps ?rocd insta%le@

;) 8ise en


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A La #a*uette &19teau deau

oto de la maquette

& &rri#e eau rseau Electro#anneC rise pression0 >anne pertur%ationE -ser#oirF -glet pour mesure ni#eauA 'ortie eau #ers rseau Trop plein ?scurit@( Entre eau dans rser#oir

>oir annee 3 pour les dtails de la ralisation

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15

E

/

I

H

0

D

C

B

A


5/21

+ ?cm ou >@mesure

?cm@

-gulateur >anne -ser#oir

H6

?cm ou >@

onsigne

C 6 +

' ?I@

JE ?m3/@?I@

Transmetteur de ni#eau

?cm@

'cma simpli) de la maquette cteau deau associe la %oucle de rgulation

'cma *onctionnel de la %oucle de rgulation


Trop plein

0%it desortie J'

0%itdentre

JE

Bi#eau?B@

>annemanuelle

Consigne

+esure

LC

>annede

rgulation Transmetteur de-gulateurde ni#eau

LT

Arandeurrglante

Arandeur-gle

Arandeurpertur%atrice

N>e

>s


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C&TEU-

+K15A

&+L(F(C&TEU- 0(FFE-EBT(EL

&+52

&+L(F(C&TEU- '$++&TEU-

TL581

Ucapteur Us U Transmetteurression

H) Le trans#etteur de ni+eauLtude dtaille ci6dessous est destine au enseignants. Le transmetteur sera #u par les l"#es soitcomme un ensem%le unique a#ec une entre pression et une sortie U Transmetteur9 soit comme lassociationdun capteur et dun conditionneur ?ampli)cateur di=rentiel H ampli)cateur sommateur@

I) S&1'#a de rin&ie

Le dtail du circuit complet est prsent en &nnee 1

7) Le &ateur de ressi!n 8P? 7@ 0P

Etendue de mesure de 5 15 a soit 5 152 cm d2$

Lentre du capteur est soumise la pression de leau dans le rser#oir. Lair prsent dans le tu!au est la m:me pression que leau du *ond du rser#oir. $n a donc ainsi un capteur de ni#eau.

Etalonnage du capteur

?cm@

Ucapteur?m>@

5 3G92M

N9M 3M9O7

1391 389811O97 G59O3

27 G29N7

289N GG95O

329O G79G8

3M9O GM9N8

5 7 15 17 25 27 35 37 G5

5

15

25

35

G5

75

*?@ P 5.3G H 3G.33-Q P 1

U&ateur 2#)

1 2)

Etendue de mesure et #ariation de la tension de sortie

?cm@ Ucapteur?m>@5 3G932

75 71922

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() Eta"e di'rentiel :

La tension de sortie est donne par la relation

Ucapteu/@1H-

RL75?PUs

A $n coisit -AP 1S do Us P 71 Ucapteur

?cm@ Us ?>@

59M 19NMMN98 1988NG

1397 19O8O

2597 2911

2M9M 2921O

319M 2931

3N 29G1

5 7 15 17 25 27 35 37 G5

1.7

1.N

1.O

2.1

2.3

2.7

*?@ P 5.52 H 1.N7-Q P 1

Us 2)


?cm@ Us ?>@

5 19N71

75 29M51

3) 8!nta"e &!#let

Ltage ampli)cateur sommateur permet de dcaler et dampli)er la tension issue du montagedi=rentiel.

$n a @UeHUs?

G-2

3-HG-PU urTransmette

si on coisit -1 P -2$n #eut P 5cm U TransmetteurP 5>

P 75 cm U TransmetteurP 7 >La tension Ue doit donc :tre gale 61.N71 >. Elle est ralise par le montage prsent en annee 1

La tension U Transmetteurdoit :tre gale 7 > si Us P 2.M5161.N71 P 5.87 > ? P 75 cm@. (l *aut donc G-2

3-HG-

P 7.88.ec -G P 15 S9 on aura -3 P 15N.MS. La rsistance -3 sera ralise par une rsistance rgla%le255S

?cm@ U Transmetteur?>@

3798 397O82O 29O3G

27 297G

18 198O

11 1922

7 59M1

5 59517

5 7 15 17 25 27 35 37 G5

5

1

2

3

G

*?@ P 5.1 H 5.5O-Q P 1

U Trans#etteur 2)

1 2)


?cm@ U Transmetteur?>@

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5 5.5O

75 7.52

II) 8ise en sur ltendue 5675 cm 2$(l doit :tre aust pour rpondre au caier des carges.our cela9 on #ide enti"rement le rser#oir et on agit sur -M ?#oir &nnee1@ de mani"re o%tenir UTransmetteurP 5> ?rglage du ro@$n remplit ensuite le rser#oir usqu 75 cm et on agit sur -3 de mani"re o%tenir U TransmetteurP 7>?rglage de la pente@$n #ri)e de nou#eau le rglage 5 cm puis 75 cm.Leprience montre quil *aut deu trois remplissages et #idages successi*s pour austercorrectement le transmetteur.

Cette acti#it peut :tre ralise par les l"#es9 sui#ie dun talonnage ?#oir cour%e montage complet ci6dessus@. 'inon9 laustage est e=ectu la ralisation9 les l"#es se limitent au trac de la cour%edtalonnage.

I) Le r'"ulateur TORJuelque soit le t!pe de rgulateur coisi9 les l"#es doi#ent :tre amens coisir le sens du rgulateuren *onction de ltude prcdente quils auront *aite.

I) Aut!ur dun #!nta"e &!#arateur

Les #annes utilises lors du d#eloppement de la maquette sont des #annes dirrigation agricole*onctionnant a#ec une tension maimale de 2G>. Les essais ont montr quelles *onctionnentpar*aitement partir dune tension de 17>. (l est donc toriquement possi%le de les commanderdirectement a#ec la sortie dun &$ aliment en H/6 17>. +ais lintensit du courant ncessaire pour le*onctionnement des #annes impose dutiliser en sortie de l&$9 un montage transistor collecteurou#ert ?#oir annee 2@. Cela permet de sa=rancir des limites en courant de l&$ et dalimenter les#annes de 17 2G > par eemple.0ans la suite9 on ne prsentera que les montages raliss a#ec des &$. Le montage de puissance enannee 2 est attaqu par U>anne.-emarque Les cour%es prsentes ont t o%tenues a#ec un montage contenant un &$ t!pe TL 581 aliment en H/612> sui#idun tage de puissance

7) R'"ulati!n 6 un seuil de ,as&ule#ent

Comparateur un seuil a#ec mise au *ormat 5/17> U#anne P H17> si UtransmetteurV Uconsigne>anne alimente >anne ou#erte

Le rser#oir se remplit

U#anne P H5> si UtransmetteurW Uconsigne>anne non alimente >anne *erme

Le rser#oir ne se remplit pas

Un simple austement de la tension Uconsigne permet le cangement de la #aleur de consigne. Cettetension9 mesure a#ec un #oltm"tre9 est limage directe de la consigne en cm. ar eemple Consigne P37 cm UconsigneP 397>La diode en sortie de l&$ permet do%tenir une tension gale H17 > ?en#iron@ et 5 > ?en#iron@ pourla commande de la #anne.

Le sui#i des tensions U#anne et Utransmetteur peut :tre ralis a#ec un oscilloscope numrique ou uneinter*ace dacquisition de donnes.


Utransmetteur Usortie

comparateur

6H

U#anneUconsigne


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a) Cronogrammes o%tenus

5 2 G M 8 15 12 1G 1M 18 25

67

5

7

15

Uanne 2)

t2s)

5 2 G M 8 15 12 1G 1M 18 25

2

2.7

3

3.7

UTrans#etteur 2)

t2s)

0ans leemple ci6dessus9 on constate que les #ariations de la tension U transmetteursont importantes. (l endcoule des ou#ertures et *ermetures de la #anne tr"s rapides pendant une certaine dure.

,) &mlioration du dispositi*Ces ondulations parasites 4 peu#ent :tre limines par )ltrage de la tension U transmetteur. Ce peut :tre

loccasion de mo%iliser cette comptence prsente dans le programme.

Traitement du signal


Filtrage et amplification de tension./abarit.

E"ploiter la courbe du coefficient d'amplification en fonction de la frquence d'unamplificateur pour dterminer ses limites d'utilisation. #duire les proprits d'un filtre de la courbe reprsentant le coefficientd'amplification en fonction de la frquence. Proposer un gabarit de filtre pour rpondre 1 un cahier des charges.

Le )ltrage est ralis par un simple )ltre passi* -C associ un montage sui#eur ?#oir annee [email protected] rsultat est #ident ?#oir cour%e sui#ante@. Tout se passe comme si on a#ait introduit unetemporisation dans le s!st"me. Cette temporisation 4 dpend des #aleurs du couple -C

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5 2 G M 8 15 12 1G 1M 18 2562

5

2

G

M

8

15

U anne 2)

t2s)

5 2 G M 8 15 12 1G 1M 18 25

2.8

2.87

2.O

2.O7

3

U Trans#etteur 2)

t2s)

() R'"ulati!n 6 deux seuils de ,as&ule#ent

0ans cette approce9 lutilisation du )ltre peut :tre #ite.

Comparateur deu seuils a#ec mise au *ormat 5/17>

Uconsigne prend deu #aleursUconsigne aute et Uconsigne %asse

par eemple Uconsigne auteP 398> et Uconsigne%asse P 29N>

soit G7 cm et 31 cm?a#ec -1 P 755 S #aria%le9 -2 P 7S9 E P

3>@

R7 er#et de r'"ler les +aleurs des &!nsi"nes 1aute et ,asse 2*ui ne s!nt asind'endantes)

2-H1-2-.17H1-.EPU auteconsigne

2-H1-

1-.EPU %asseconsigne


E

6H

U#anne

-1-2Uconsigne

Utransmette


11/21

5 15 25 35 G5 75 M5 N5 85 O5 15562

5

2

G

M

8

15

U+anne 2)

t2s)

5 15 25 35 G5 75 M5 N5 85 O5 155

1.7

2

2.7

3

3.7

G

Utrans#etteur 2)

t2s)

II) Aut!ur dune inter.a&e da&*uisiti!n et dun r!"ra##e d'di'

En *onction des ressources disponi%les dans le l!ce9 on peut raliser un programme simple permettantla mise en ,u#re de la rgulation. Ce sont le programme et le C associs une inter*ace dacquisitionqui ouent le r


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ANNE?E 7 TRANS8ETTEUR DE PRESSION

Le circuit complet

Capteur de pression MP) * +P ri O.G7 euros T par lot de 15

La notice compl"te est disponi%le ladresse

ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/5e*G/5O55NMM%85e*G5e%.pd*

Lessentiel

'oit

o Tension dalimentation entre 3 et M >. $n coisira 7 >o $=set ?#aleur pour 5 a @ entre 5 et 37 m>o >ariation de la tension sur la pleine celle entre 25 et 75 m>


,

Cateur Eta"e a#li&ateurEta"e

,e,S

./
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0ef4/0900766b80ef40eb.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0ef4/0900766b80ef40eb.pdf


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Le scma

Le c%lage

La %roce 1est reprepar unepetiteencoce

0mpli&icateur di&&rentiel 10MP*23

ri 159G2 euros par lot de 15

La notice compl"te est disponi%le ladresse ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/5NN*/5O55NMM%85NN=a2.pd*

Cest un circuit aliment par une tension s!mtrique >H/>6 t!piquement H/6 17>

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/077f/0900766b8077ffa2.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/077f/0900766b8077ffa2.pdf


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-7

-M

612 >

Sommateur in(erseur autour d4un TL*5

ri 59GG euros par lot de 15

La notice compl"te est disponi%le ladresse ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/5M23/5O55NMM%85M237M*.pd*

Cest un circuit aliment par une tension s!mtrique >H/>6 t!piquement H/6 17>

-sistances

-1 P -2 P -G P 22 S -3 P rsistance austa%le multi tours 755 S

>oir ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/583N/5O55NMM%8583N=d.pd* Tension Ue

-7 P 15 S

-M P rsistance austa%le multi tours 2 S>oir ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/583M/5O55NMM%8583Mc38.pd*

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Ue
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0623/0900766b8062356f.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0837/0900766b80837ffd.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0836/0900766b80836c38.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0836/0900766b80836c38.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0623/0900766b8062356f.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0837/0900766b80837ffd.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0836/0900766b80836c38.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0836/0900766b80836c38.pdf


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-1

TL581&+ 52

REALISATION PRATI>UE DU TRANS8ETTEUR DE PRESSIONLe circuit imprim peut :tre ralis apr"s a#oir trac le t!pon correspondant.'inon9 une ralisation est propose ci6dessous partir dune plaque de cui#re pr perce permettant laralisation de protot!pe. Ce circuit pourra :tre plac dans un %oitier sur lequel seront )es les douillesdalimentation et de tension de sortie ?>oir ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/55ca/5O55NMM%855caO2O.pd*@Une implantation possi%le est propose ci6dessous

Les istes s!nt &!u'es s!us les &ir&uits int'"r's et s!us R3 La %roce 3 du capteur est relie une alimentation H7> ?il est possi%le de raliser cette

tension sur le circuit ci6dessus@


-1 P -2 P -G P -7 P15 S

-A P 1S-3 P trimmer 255S

'ortie

-2

-M

-7

-3

roce2

roceG

H17>

617>

roce

15>

-G

-A
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/00ca/0900766b800ca929.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/00ca/0900766b800ca929.pdf


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ANNE?E ( R0ULATEUR TOR AEC AOP

-*rence T0& 2535ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/55O8/5O55NMM%855O87*c.pd*

Filtre -C passe %as et montage sui#eur

Les impdances dentre des inter*aces dacquisition ou oscilloscopes sont asse *ai%les et peu#entpertur%er le signal issu du )ltre. Le montage sui#eur permet de sa=rancir de ce pro%l"me pouro%ser#er le signal.

Etage de puissance

Le transistor de puissance utilis est un 3577. (l *ait sou#ent partie des collections des l!ces.ttp//docs6europe.electrocomponents.com/Xe%docs/5GMO/5O55NMM%85GMOaN3.pd*

Le montage permettant de commander llectro#anne est le sui#ant

L.T. Catalins page 1M/21 322328318

- P 155 355S C

>ersoscilloscope

>erscom arateur

'ui#eur? TL581 @

C

-

U)ltreapr"s

Utransmetteur

Filtrage

Utransmetteur

U#anne

- P

H17

Usortie comparateur

Electro#anne
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0098/0900766b800985fc.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0469/0900766b80469a73.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0098/0900766b800985fc.pdfhttp://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0469/0900766b80469a73.pdf


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ANNE?E 3 8A>UETTE CHTEAU DEAU

LISTE 8ATRIEL

La liste non eausti#e est donne titre indicati*

Tu%e pleiglas ?1m@ pri en#iron 35Z

Tu%e >C diam"tre 27 mm en#iron 3m

7 -accords >C O5[

T >C

>anne plastique

Electro#anne irrigation 2G > pri en#iron 27 Z

Colle >C pour tous les assem%lages ?>C/>C et >C/leiglas@

-glet 1m

laque >C Gmm ?1525cm en#iron

lance contreplaqu ?N535 cm@

Collier diam"tre O5 ?)ation lectro#anne@

3 colliers )ation >C diam"tre 27mm -accords di#ers

Tu%e souple arri#e deau

Tu%e souple #acuation

Tu!au >C souple transparent pour prise pression-*rence possi%le ?ttps//etranet.)ser.co.u/insigt2\*r/getroduct.do]productCodeP^N2G2M_result'etositionP31@

L.T. Catalins page 1N/21 322328318
https://extranet.fisher.co.uk/insight2_fr/getProduct.do?productCode=W72426&resultSetPosition=31https://extranet.fisher.co.uk/insight2_fr/getProduct.do?productCode=W72426&resultSetPosition=31https://extranet.fisher.co.uk/insight2_fr/getProduct.do?productCode=W72426&resultSetPosition=31https://extranet.fisher.co.uk/insight2_fr/getProduct.do?productCode=W72426&resultSetPosition=31


18/21

D'tail 'le&tr!+anne



19/21

D'tail +anne '+a&uati!n et rise ressi!n

C!nnexi!n tu,e&ateur

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20/21

D'tail arri+'e eau r'ser+!ir

Le tu%e #ertical darri#e se prolonge usquau *ond du rser#oir pour limiter les pertur%ations duni#eau lorsque leau coule



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D'tail &!lla"e tu,e lexi"las

D'tail era"e tu,e lexi"las

r per`age a#ec *oret de 2mm puis dcoupe a#ec scie cloce

ose dun scotc pour #iter lclatement du pleiglas lors de la dcoupeLe collage de la partie #acuation sur le rser#oir est ralis en une seule opration

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