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BTS Electrotechnique lycée Maupertuis (35400) 2005-2006 Pompe solaire.doc DOSSIER RESSOURCE Préparation à l étude d’équipement

Pompe Solaire

Ce dossier est une ressource pour la préparation des travaux pratiques. Il se veut à la fois complet et simple afin que l'étudiant puisse être informé de l'ensemble des technologies utilisées pour la Twinpower.

En travaux pratiques, on approfondira toutes ces technologies pour acquérir une réelle compétence.

Les fiches techniques sont dans le dossier technique de la Twinpower

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La station d'irrigation du Parc Monceau 1. Présentation générale. (voir le plan de situation) Le parc Monceau crée en 1773, dans le VIIIème arrondissement de Paris est désormais équipé d'un système d'irrigation de pointe.

Ce parc d'une superficie totale de 82500 m2 est constitué de : − De 2 100m2 de massifs de fleurs et de rosiers; − De 42 000m2 de pelouse; − De 8 900m2 d'arbustes.

L'ancien réseau d'eau brute (eau provenant de la Seine) se bouchait périodiquement et les coquillages du fleuve venaient perturber les arroseurs. De plus, la pose de centaines de mètres de tuyaux qu'il fallait dérouler tous les jours, du mois de mars au mois d'octobre constituait une contrainte importante pour les jardiniers. Objectifs de la rénovation : A partir d'un faible débit d'eau disponible (20m3/h), fourni par le réseau urbain de la ville de Paris il est nécessaire :

− D'irriguer automatiquement le parc (un millier d'asperseurs). − De gérer les ressources d'eau. − De simplifier la tâche des agents d'entretien et de permettre aux jardiniers − d'accomplir leur mission première.

Désormais, le parc est équipé :

− D'un circuit hydraulique de distribution enterré. − D'un arrosage automatique piloté par un ordinateur. − D'une station météorologique en liaison avec l'ordinateur. − De fontaines d'eau potable à la disposition du public.

P L A N D E S I T U A T I O N D U P A R C M O N C E A U

Repères Plantations Repères Plantations

1 Arbre de soie 6 Hêtre pourpre 2 N é f l i e r d u J a p o n 7 T u l i p i e r d e V i r g i n i e 3 Mûrier à papier 8 Arbre aux 40 écus 4 Platanes d'Orient 9 Chose de Hongrie 5 Figuier cossus 10 Arbre aux mouches

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2. Description de l'installation. 2.1. Les réseaux de distribution (voir le schéma de la page 3) 2.1.1. Réseaux principaux.

− Un réseau de diamètre 40mm (intérieur) est destiné à alimenter des bornes fontaines disposées au pourtour du parc ainsi que les locaux des agents de surveillance.

− Un réseau de diamètre 65mm (intérieur) est destiné à alimenter les bouches d'arrosage manuelles.

− Un réseau de diamètre 80mm (intérieur) alimente en eau surpressée les réseaux secondaires d'irrigation (arroseurs et clapets vannes (pour branchement de stations de fertilisation).

Chacun de ces réseaux est bouclé et comporte des vannes de sectionnement. 2.1.2. Réseaux secondaires. Ce sont des réseaux montés en dérivation du réseau de diamètre 80 sur lesquels sont installés des arroseurs à clapets ou des vannes. Des stations de fertilisation seront adjointes aux clapetsvannes.

2.2 Station de surpression.

( voir le document de la page 5) Elle permet d'alimenter les circuits d'irrigation sous une pression de 7 bars aux points

d'utilisation. L'eau de ville (2 bars) est surpressée par deux groupes moto-pompes "de surface" et de type centrifuge" identiques montées en parallèles associés à un ballon à vessie. Le débit disponible maximum total est limité à 20m3/h par les possibilités des réseaux d'alimentation de l'eau de ville.

2.3. Pilotage informatisé du système d'irrigation. ( voir le schéma de la page 10 )

Le pilotage automatisé permet d'adapter l'arrosage aux besoins en eau des massifs de fleurs et de rosiers, des pelouses et des arbustes en prenant compte les données fournies par la station météorologique.

Une station météorologique fournit les données climatiques (température, humidité, pluviométrie, vitesse du vent, pression atmosphérique…) au système informatique. Un programme adapté pilote à travers une interface et des multicodeurs les différents cycles d'arrosage aux besoins identifiés sans dépasser le débit maximum imposé par les caractéristiques de l'alimentation en eau de ville.

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3. Extrait du cahier des charges

3.1. Les besoins en eau d'eau surpressée. -Le tableau ci-dessous précise les besoins en eau des végétaux à satisfaire par la pluie et par l'arrosage d'appoint.

Végétaux. Besoin en eau. Massifs de fleurs et de rosiers. 3 litres/jour/m2.

Arbustres. 2 litres/jours/m2. Pelouses. 3,5 litres/jour/m2.

Ensemble des circuits de fertilisation 2000 litres/jour.

-La répartition journalière des arrosages, effectuée par programme est étalée sur une période de 10 heures. -Pour des raisons de sécurité, le débit instantanné des pompes sera majoré de 15%. -Caractéristiques d’un groupe : marque ESSAMICO pompe d’un débit de 10m3/h avec une HMT (hauteur manométrique totale) de 59mCe (mètre de colonne d’eau) associée à un moteur de 4KW- 230/400V-IP 55 .

3.2. Le circuit d'eau surpressée. - La distance des groupes surpresseurs au point d'utilisation le plus éloigné n'excède pas 200mètres. - Les canalisations utilisées seront en polyéthylène électrosoudable de diamètre intérieur 80mm. - Le contacteur manométrique du ballon à vessie sera règlé avec les valeurs suivantes :

Pe (pression d'enclenchement) = 5 bars. Pd (pression de déclenchement) = 7,5 bars.

3.3. L'installation électrique. 3.3.1. L'installation électrique des groupes de surpression. L'installation est conforme aux prescriptions consignées sur les schémas électriques élaborés par le bureau d'études.

(voir les documents des pages 6, 7, 8 et 9) 3.3.2. La station météorologique. La liaison entre la station météorologique et l'ordinateur implanté dans la maison du jardinier (voir le document de la page 2) respectera les prescriptions suivantes :

-Le câble torsadé et blindé de communication entre l'unité centrale et les interfaces sera celui préconisé par le système de programmation à l'exclusion de toute autre fabrication. Le câble sera conforme à la norme NFC 15-100 pour le transport de signaux très basse tension.

-Il sera prévu pour être enterré dans le sol sans protection mécanique complémentaire. -Aucune connexion enterrée n'est acceptée par ce type de câble.

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SCHEMA HYDRAULIQUE DE LA STATION

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SCHEMA DE PRINCIPE DE L'INSTALLATION

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SCHEMA DE PRINCIPE SUITE (Partie gauche)

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SCHEMA DE PRINCIPE SUITE (Partie droite)

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ORGANISATION DU PILOTAGE DE LA STATION

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ETUDE DU GROUPE SURPRESSEUR

INTRODUCTION : Cette première partie a pour but de JUSTIFIER le choix d'un groupe surpresseur associé à un accumulateur de pression (réservoir à vessie). DEMARCHE INDUSTRIELLE : 1.1 Etape I : Prendre connaissance au préalable des documents ressources D . R . n ° 1 Détermination du débit horaire moyen Majoré (QmoyM') de chacune des pompes raccordées en parallèles sur l'installation. 1.2 Etape II : La démarche est explicitée dans le document D . R . n ° 2 Détermination de la hauteur manométrique totale (HMT) de l'installation. 1.3 Etape III : Détermination de la référence des groupes moto-pompes de l'installation. 1.4 Etape IV : Détermination de la capacité du réservoir à vessie. 1.1 Etape I - Déterminer le débit horaire moyen Majoré QmoyM' de chacune des pompes en fonction de la superficie d'arrosage, de la consommation d'eau et de la durée journalière moyenne d'arrosage. (voir dossier de présentation générale). 1.1.1- Calculer la consommation d'eau journalière moyenne (Cjm). 1.1.2- Calculer le débit horaire moyen Qmoy fourni par les pompes.

Nota :On considère que la durée d'utilisation journalière est de 10 heures 1.1.3- Calculer le débit horaire moyen Majoré Qmov M des pompes. (arrondir au dixième supérieur le résultat) 1.1.4- Calculer le débit moyen Majoré Qmoy M' de chacune des pompes. 1.2 Etape II - Déterminer la hauteur manométrique totale en fonction des pertes de charge dans les canalisations. Nota : Pour notre application on utilisera la relation HMT =(Ha+Ja) +(Hr+Jr) +P

� Avec Ja = 0 mCe : la pression effective à l'entrée des pompes étant de 2 bars, on ne prend pas en compte la longueur de la canalisation en amont des groupes moto-pompes ..

� Avec Hr = 0 mCe : les pompes sont au niveau du parc. 1.2.1- La hauteur géométrique d'aspiration Ha = -20 (en mCe) (voir D. R . n ° 2 )

Justifier le signe et la valeur de cette hauteur géométrique d'aspiration.

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1.2.2- Calculer les pertes de charge dans la tuyauterie de refoulement Jr (en mCe). (voir Dossier de présentation générale, D . R . n ° 3 et D . R . n ° 4)

� Identifier le diamètre intérieur de la canalisation de refoulement Dr (en mm ou pouce) � Identifier la longueur de la canalisation de refoulement (en m). � Calculer les pertes en charges au refoulement Jr (en mCe):

1.2.3 — Identifier la pression résiduelle dans l'appareil le plus haut P (en mCe). 1.2.4- Hauteur manométrique totale H.M.T. (en mCe).) 1.3 Etape III - En fonction du débit horaire moyen Majoré QmoyM' de chacune des pompes et de la hauteur manométrique totale, déterminer la référence des groupes moto-pompes.(voirD R.05a, D.R.05b, D.R.05c, D.R.05d,), (les pompes possèdent les mêmes caractéristiques). 1.3-1 Déterminer à l'aide du réseau de courbes «caractéristiques hydrauliques» la référence de chacun des groupes moto-pompes. (voir D.R. n ° 5)

REFERENCE: 1.3.2- Déterminer le rendement ηp de chacun des groupes moto-pompes. (voir D.R. n°5) 1.3.3. Comparer les caractéristiques trouvées à celles fournies dans le cahier des charges (dossier de présentation). 1.4 Etape IV - Déterminer la capacité du réservoir à vessie en fonction du débit, de la puissance des groupes moto-pompes et des pressions de réglage du contacteur manométrique associé (voir dossier de présentation générale ; D.R 0 6). 1.4.1- Déterminer la capacité totale Ct du réservoir à vessie.

� Calculer la réserve utile Ru du réservoir à vessie en tenant compte de la puissance des pompes. � Préciser les valeurs de réglage des pressions d'enclenchement Pe et de déclenchement Pd du

contacteur manométrique. � Déterminer la capacité totale Ct :

1.4.2- Indiquer au moins deux avantages apportés par la présence du ballon dans l'installation.

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FORMULAIRE (unités pratiques) DEBIT: Débit Q (m3.h-1) = V Volume (m3) / t temps (h) Q = S.l / t Débit = Section.vitesse Q = S.v

Q = Débit en m3.h-1

S = Section du tuyau en m2 v = vitesse de circulation du fluide en m.h-1

PRESSION: Pression = Force / Surface

P = F / S P (Pa) = F (N) / S (m2) ou P (bar) = F (daN) / S (cm2) 1Pa = 1N/1m2 1bar = ldaN.cm-2 d'ou 1 bar = 10 N / 10-4 m² donc 1 bar = 105 Pa La pression atmosphérique normale équilibre dans les baromètres à mercure une colonne de mercure de 0,76 m de hauteur. La pression atmosphérique normale équilibre dans les baromètres à eau une colonne d'eau de 10,13 m de hauteur. Cette pression atmosphérique est donnée par la relation

p atm = ρ . g . h (Pa) (Kg.m"3) (m. s-2) (m)

p atm = pression atmosphérique en Pa ρ = masse volumique de l'eau ou du mercure en Kg.m-3

pour l'air ρ = 1,3 Kg.m-3 pour l'eau ρ = 1000 Kg.m-3 pour le mercure : ρ = 13600 Kg.m-3

g = accélération de la pesanteur = 10 m.s-2 environ h = hauteur d'eau ou de mercure en m

DR N°1 1

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METRE DE COLONNE D'EAU: (mCe) Dans le cas d'un baromètre à eau, une colonne d'eau de hauteur h = 10,13 m équilibre une pression atmosphérique de

p atm = 1000.10.10,13 = 101300 Pa

La pression atmosphérique normale mesurée à 0 °C, au niveau de la mer et à la latitude de 45 ° est égale à

p atm = 101300 Pa = 1013 hPa donc une colonne d'eau de hauteur 1 m équilibre une pression :

p = 1000.10.1 = 10 000 Pa = environ 0,1 Bar

On écrit donc que: 1 mètre de colonne d'eau (1mCe) = 10 000 Pa = 0,1 bar Les hydrauliciens expriment ainsi les pertes de charges(ou pertes de hauteur) dans les canalisations en mCe ou mmCe. HAUTEUR D'ASPIRATION: La hauteur d'aspiration d'une pompe est limitée, d'après le principe de Pascal, à 10,13 m. Dans la pratique les meilleures pompes ont une hauteur d'aspiration de 8,5 m environ. Cette hauteur dépend du lieu (altitude), de la nature du liquide pompé(viscosité), et de la température du liquide. HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE HMT (en mCe) La hauteur manométrique totale est la somme de la hauteur d'aspiration, des pertes de charges, de la hauteur d'élévation (ou pression d'accumulation). HMT =hauteur d'aspiration+hauteur de refoulement+pertes de charges + pression résiduelle. PUISSANCE HYDRAULIQUE D'UNE POMPE (puissance utile de la pompe): Puissance = Force . Vitesse P = F . v (W) (N) (m.s-1

P = F / S � F = p.S Q = S.v � v = Q / S Puissance utile de la pompe = pression . Débit

Pu = p . Q (W) (Pa) (m3.s-1)

� Pu = (p.S).(Q/S) = p . Q �

DR N°1 1

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DR N°2 1

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DR N°3 1

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DR N°4 1

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DR N°5a

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DR N°5b

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DR N°5c

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DR N°5d

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DR N°6

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