ÉPREUVE ÉCRITE D’ADMISSIBILITÉ N°1crochet supporte une charge de 8000 N. A122 Calculer la...

STAEAH-Interne_1_Sujet_2010 1/18

CONCOURS DE RECRUTEMENT DE PROFESSEUR DE LYCEE PROFESSIONNEL AGRICOLE

PLPA

SESSION 2010

Concours : INTERNE Section : Sciences et technologies des agroéquipements

et des équipements des aménagements hydrauliques. Option A : Agroéquipements.

ÉPREUVE ÉCRITE D’ADMISSIBILITÉ N°1

Sciences et techniques des équipements et des machines

(Coefficient : 2 - Durée : 4 heures)

Matériel(s) et document(s) autorisés : Calculatrice

Rappel : Au cours de l’épreuve, la calculatrice est autorisée pour réaliser des opérations de calculs, ou bien élaborer une programmation, à partir des données fournies par le sujet. Tout autre usage est interdit.

La production ostréicole utilise des équipements, souvent issus de la filière agricole, adaptés aux contraintes du milieu marin. Ces équipements sont principalement utilisés:

- pendant la période d'élevage Question A : 17 points - pour la maintenance des parcs ostréicoles Question B : 23 points

Les annexes sont à rendre avec la copie

SUJET


Question A (17 points) Les équipements utilisés pendant la période d'élevage

Pendant la période d'élevage, les huîtres, conditionnées dans des poches ostréicoles (sacs métalliques grillagés), sont régulièrement ramenées à terre pour être nettoyées, triées et calibrées. Les transports et la manutention des poches ostréicoles se font par chalands (petits bateaux à fond plat sans pont). En fin de cycle d'élevage, les huîtres sont, dans certaines régions, affinées en claires (bassins d’eau salée peu profonds).

Question A1 (7 points)

Le chaland ostréicole (Cf figure 1) est assimilable à un automoteur flottant permettant, notamment, le transport et la manutention des poches ostréicoles.

Grue

Huîtres

Grillage

Poche(s) ostréicole(s)

Figure 1 : Chaland de manutention et de transport des poches ostréicoles

A11 A l’arrêt, son chargement est réalisé de façon à maintenir le chaland horizontal ; dans cette position la

charge transportable maximum (charge utile) est atteinte lorsque la hauteur entre le fond du chaland et

la surface (tirant d’eau) est de 40 cm.

Nota : Considérer que :

- le poids total du chaland non chargé est de 2500 daN ;

- la masse volumique de l’eau de mer est de 1030 kg.m-3.

- les dimensions de la coque immergeable sont les suivantes :

10 m 2 m 2,5 m

Largeur Longueur

A

Axe de la grue 4 m

0,6

m

Plan arrière

A111 Calculer la charge utile du chaland.

A112 Calculer la pression relative sur le fond du chaland au niveau de la grue (point A).

Exprimez votre résultat en bar.

A113 Calculer la position du centre de poussée.

Nota : Se référer au plan arrière du chaland.


A12 La grue du chaland permet la manutention des poches ostréicoles regroupées en palettes. Les détails de la grue sont fournis dans les annexes A et B.

Palettes de poches d’huîtres

Figure 2 : Grue de manutention

A121 Déterminer, sur l’annexe A, l’effort exercé par le vérin sur l’axe repéré par la lettre C lorsque le

crochet supporte une charge de 8000 N.

A122 Calculer la pression dans le vérin (4).

Nota : Considérer que le diamètre intérieur du piston est de 65 mm.

A123 Lorsque l’extrémité du vérin (5) passe de sa position initiale (E) à celle située dans un plan

passant par E’( plan repéré par un pointillé), l’axe du crochet passe de la position (J) à (J ’).

Déterminer graphiquement, sur l’annexe B, la nouvelle position de l’axe du crochet (J ’).

Nota : Il est conseillé de représenter le nouvel emplacement des biellettes EF et EH.

A124 Calculer la contrainte exercée sur l’axe du crochet pour une charge maximale de 20000 N.

Vérifier que la condition de résistance est respectée.

Nota : Considérer que l’axe du crochet, monté dans la chape (3), a :

- un diamètre égal à 18 mm ;

- une résistance élastique (Re) de 225 MPa.


Pendant la période d'élevage, avant le calibrage (voir question A3), les huîtres sont régulièrement nettoyées. Elles sont débarrassées de tous les petits coquillages et parasites qui se sont fixés sur elles en immergeant les poches dans de l'eau chaude pendant quelques secondes (sans atteinte à leur intégrité). Le bac de nettoyage est usuellement nommé " bouilloire " (ou "cuve à ébouillanter" ou "échaudeuse") : dans la cuve (Cf figure 3), l'eau (eau de mer) est chauffée par un brûleur de chaudière classique à fioul et maintenue à température constante. Le brûleur dégage de l’énergie thermique dans un échangeur tubulaire situé au fond du bac. Un tapis-convoyeur sert au déplacement des poches.

Echangeur tubulaire gaz/eau

Brûleur fioul

Tapis -convoyeur

Poche d’huîtres

brutes

Poche d’huîtres nettoyées

Eau chaude salée

Protection

Cheminée d’évacuation

des gaz

A partir de documents Mulot Cuve

Figure 3 : Bac de nettoyage des huîtres


Les caractéristiques de l’installation sont les suivantes :

• Cuve à ébouillanter (" bouilloire ") :

- Dimensions : longueur = 2m, largeur =1m, hauteur=0,8m.

- Températures (T) de l’eau : T initiale = 6°C, T de fonctionnement = 85°c.

• Eau de mer : Masse volumique = 1030 kg.m-3 ; Cp (chaleur massique ou spécifique) = 4,18 kJ.kg-1.K-1.

• Fioul : Masse volumique = 840 kg.m-3, PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur ) = 42845 kJ.kg-1.

• Rendement total de l’installation : 90%

A21 Calculer la puissance absorbée pour élever la température de l’eau de la cuve de 6° à 85°C.

En déduire la consommation horaire en carburant pendant cette ‘montée’ en température.

Exprimer le résultat en L.h-1.

A22 Calculer la puissance du brûleur pour que la température de fonctionnement soit atteinte en 2 heures.


Le tri des huîtres par catégories de poids, après nettoyage, s’effectue dans une calibreuse (Cf figure 4). La calibreuse (avec sorties programmées par poids) est alimentée à partir d’une trémie équipée d’un capteur de présence d’huîtres. Un élévateur alimente un tapis régulièrement compartimenté avec entraînement à chaîne (sans glissement). Chaque huître est pesée et placée dans un compartiment (qui ne peut recevoir qu’une seule huître : les huîtres excédentaires sont retirées manuellement). Un dispositif d’éjection pneumatique (soufflettes) transfère les huîtres dans des poches par catégories de poids.

A partir de document Besnard

Moteur électrique

Capteur de présence

d’huîtres

Trémie

Tapis compartimenté

Elévateur

Poche

Figure 4 : Calibreuse à huîtres Le document 1 précise certaines caractéristiques et le fonctionnement séquentiel de cet équipement. A31 Réaliser l’analyse fonctionnelle de la calibreuse en vous limitant à la représentation des niveaux (A-0)

et (A0) de la méthode SADT.

A32 Compléter le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes/Transitions), ébauché dans

l’annexe C, du point de vue de la partie opérative.

A33 Le moteur électrique de l’élévateur, dont les caractéristiques sont fournies dans le document 2, a été

dimensionné pour un moment de couple de 1,28 Nm à 2800 tr/min. il est branché sur un réseau

électrique ayant les caractéristiques suivantes : tension simple 230 V, tension composée 400 V,

fréquence 50 Hz.

A331 Nommer le type de branchement réalisé sur le document 2 ;

Justifier le couplage réalisé.

A332 Calculer le coefficient de sécurité pris pour dimensionner le moteur.

En déduire l’intensité en ligne.


Question B (23 points)

La maintenance des parcs ostréicoles La maintenance périodique des parcs ostréicoles est assurée par des équipements de nettoyage (broyeur, mini-pelle, …) transportés sur les sites par une péniche (barge à fond plat assimilable à un automoteur flottant plus grosse qu’un chaland). La péniche arrive sur zone lorsque les parcs à huîtres sont encore recouverts ; puis s’échoue à marée basse afin de pouvoir débarquer les équipements de maintenance.

Mini-pelle

Figure 5 : Péniche de maintenance et exemple d’équipement embarqué

D’après documents Trezence

Question B1(20 points)

B11 (4 pts) B12 (9 pts) B13 (3 pts) B14 (4 pts) La péniche est propulsée par deux hélices. Pour chaque hélice, la puissance de propulsion nécessaire est fournie par un moteur « diesel marinisé » (Cf figure 6).

Moteur diesel

« marinisé » �� Pompe

hydraulique �� Moteur

hydraulique�� Réducteur �� Hélice

Figure 6 : Schéma-bloc du sous-système de propulsion Le schéma de principe de la transmission entre le moteur diesel « marinisé » et l’hélice est représenté ci-après.

Hélice

Moteur diesel

Réducteur Échangeuréducteur

Hélices

Propulsion de la péniche Figure 7 : Schéma de principe de la transmission.


Les principales caractéristiques de cette transmission sont :

- Moteur diesel « marinisé » à 2400 tr/min : puissance = 200 kW ;

- Pompe hydraulique à 2400 tr/min :

débit = 380 L.min-1 ; pression maximale = 280 bar ; rendement global = 0,89 ;

- Moteur hydraulique : rendement global = 0,92, à 2400 tr/min et à la pression de service ;

- Hélice : puissance absorbée:152 kW ;

- Réducteur à train épicycloïdal : rapport de transmission = 1/3,5 ;

- Echangeur : puissance dissipée = 42 kW ; température de rejet de l’eau salée à la sortie de

l’échangeur = 27°.

Nota :

Considérer que l’eau de mer a les caractéristiques suivantes :

- Température = 22°C ;

- Cp (chaleur massique ou spécifique) = 4,18 kJ.kg-1.K-1 ;

- Masse volumique= 1030 kg.m-3.

B11 Les courbes caractéristiques des moteurs diesel « marinisés » et « à usage agricole » des

documents 3 et 4 ont des caractéristiques sensiblement différentes.

B111 Déterminer, à partir des courbes caractéristiques du moteur « diesel marinisé » représentées

sur le document 3, la puissance maximale, le couple maximum et la réserve de couple de ce

moteur.

B112 Les réserves de couple des deux moteurs sont différentes.

Comparer les réserves de couple des deux moteurs (diesel « marinisé » , diesel « à usage

agricole »).

Justifier cette différence.

B12 Les schémas des annexes D et E précisent la partie hydraulique de la transmission et les composants associés :

- une commande manuelle ; - un limiteur de pression (circuit gavage) ; - un échangeur thermique ; - un réservoir ; - une jauge de dépression ; - un filtre à huile ; - un moteur hydraulique (accouplé au réducteur de l’hélice) ; - un pompe hydraulique (circuit gavage) ; - un limiteur de débit.

B121 Repérer, sur les deux annexes D et E, au moins 5 éléments cités ci-dessus.

B122 Repérer (couleur, hachures,…), sur les deux annexes D et E, le circuit de puissance.

B123 Calculer la puissance hydraulique de la pompe.

B124 Calculer la puissance mécanique du moteur.

B125 Calculer le rendement de l’ensemble « réducteur ; joint presse étoupe » ;

En déduire le rendement global de l’ensemble de la transmission (du moteur à l’hélice).

B126 Calculer le débit de la pompe du circuit de refroidissement de l’échangeur de la transmission

hydraulique.


B13 Le document 5 représente une vue de dessus simplifiée et une coupe de la pompe hydraulique.

Dessiner la pièce "levier de commande" en vue de son usinage.

Nota : Considérer que le « levier de commande » a une largeur uniforme = 35 mm

B14 Un démarreur électrique (intensité = 24 V ; puissance = 25 kW) permet la mise en route de chacun des

moteurs diesel de la péniche. Il nécessite l'utilisation de plusieurs batteries de 12 V, de capacité 225 Ah

et d’intensité maximale 600 A.

B141 Déterminer le nombre de batteries à utiliser pour démarrer chaque moteur.

B142 Réaliser le schéma de principe électrique du montage des batteries et du circuit de démarrage.

Question B2 (3 points)

En fin de phase de production, les huîtres sont déposées en "claires" pour être affinées. (Une "claire" est un plan d'eau salée de faible profondeur situé en bordure de côte. La durée de séjour d'une huître varie de 2 à 16 semaines selon l'affinage souhaité.). Comme en agriculture, en ostréiculture, le Système d’Information Géographique (SIG) et la technologie de positionnement par GPS (Global Positioning System) ou DGPS sont de plus en plus employés. Le système de coordonnées géographiques spécifiques ’’Lambert II étendu’’ (projection conique conforme) est utilisé pour l’ensemble de la France Métropolitaine. B21 Sur le plan des « claires » du document 6, sont repérés deux points A et B.

Leurs coordonnées, exprimées en ’’Lambert II étendu’’, sont :

Point A 328 700 Point B 328 975

2 100 200 2 100 000

Déterminer la distance entre ces deux points.

B22 Pour cartographier les terrains de forme complexe (Ex nouvelles "claires" du document 6) afin de les

rajouter à un SIG, on peut utiliser un récepteur GPS.

B221 Expliquer, brièvement, le principe de fonctionnement du "système GPS".

B222 Expliquer, brièvement, l'intérêt de travailler en ‘’DGPS’’ en ostréiculture (ou agriculture).

B223 La qualité de la mesure effectuée avec un récepteur GPS, peut être évaluée à partir de l’écran

des informations reçues par celui-ci.

Commenter, brièvement, la qualité du signal à partir des informations ci-après, issues de

l’affichage d’un récepteur.

Nbre satellites : 5 Position DOP (Dilution of Precision) : 14


Document 1 Calibreuse à huîtres compacte

A partir de document Besnard

Caractéristiques générales : • Programmation des sorties par nombre ou poids • Cadence de 9000 huîtres à l’heure • Possibilité d’alimenter en automatique ou manuellement • Equipée de 6 sorties en standard • Prévu pour recevoir des mannes ou des poches • Ejection des huîtres par soufflettes très silencieuses • Calibrage précis à +/- 1 gramme

Caractéristiques techniques : • Longueur : 2,90 m • Largeur : 1,60 m • Hauteur : 1,80 m • Alimentation électrique : 220 V Mono. • Alimentation air : Débit : 10 m3.h-1 Pression : 6 bar

Description du fonctionnement séquentiel (Programmation des sorties par poids) Lorsque le capteur de présence d’huîtres est actif (trémie non-vide) ; une pression sur le bouton départ cycle met en marche simultanément l’élévateur et le tapis compartimenté. Lorsque le capteur ne détecte plus la présence d’huîtres, l’élévateur s’arrête mais le tapis continue de fonctionner pendant 15 secondes pour permettre de terminer le tri des huîtres présentes dans les compartiments.

Poche

Compartiments

Compartiments

Entraînement par chaîne

Vues sans élévateur

Moteur électrique

Capteur de présence

d’huîtres

Trémie

Tapis compartimenté

Elévateur

Poche

Vue avec élévateur


Document 2 Moteur électrique de l’élévateur

Caractéristiques du moteur électrique :

(Extrait de la plaque signalétique)

P 750 W 230 V 3,15 A

N 2800 tr/min 400 V 2 A

Rend 73% cos ϕ 0,82

Schéma de principe du branchement

(Vue simplifiée du bornier)

L1 L2 L3

Influence de la charge du moteur sur le cos ΦΦΦΦ et le rendement

D’après document Leroy/Solmer


Document 3

Courbes caractéristiques du moteur « diesel marinisé » D’après document CUMMINS


Document 4

Courbes moteur « diesel agricole » D’après document CASE IH


Document 5 Pompe

D’après document SAUER/DANFOSS


Document 6 Plan des claires

D’après document SIG BCF


MINISTÈRE DE L’ALIMENTATION, DE L’AGRICULTURE ET DE LA PECHE BERFI EXAMEN : N° ne rien inscrire

Nom : Spécialité ou Option : (EN MAJUSCULES) Prénoms : ÉPREUVE : Date de naissance : 19 Centre d’épreuve :

Date :

ANNEXE A : Grue de manutention (à compléter et à rendre avec la copie)

N° ne rien inscrire

(3)

0

J

P

CB

A

(6)

(2) (5)

(1) (4)

D’après document BOSCH


MINISTÈRE DE L’ALIMENTATION, DE L’AGRICULTURE ET DE LA PECHE CONCOURS : PLPA STAEAH N° ne rien inscrire

Nom : Spécialité ou Option : Option A ; Agroéquipements (EN MAJUSCULES) Prénoms : ÉPREUVE : Date de naissance : 19 Centre d’épreuve :

Date :

ANNEXE B Vue partielle de la grue de manutention

(à compléter et à rendre avec la copie)


Si votre copie comporte plusieurs feuilles « Annexe », indiquer dans le

cadre ci-contre le n° de la présente feuille « Annexe » suivi du nombre total de feuilles

→→→→

J

C

B

P

Axe J

Crochet

F

GH

E

E’

I

(3)

(6)

(2)

D’après document BOSCH

J

C

B

P

Axe J

Crochet

F

GH

E

E’

I

(3)

(6)

(2) (5)

Vue en coupe de la chape (3)

F F



Nom : Spécialité ou Option : Option A ; Agroéquipements (EN MAJUSCULES) Prénoms : ÉPREUVE : N°1 Date de naissance : 19 Centre d’épreuve :

Date :

ANNEXE C : (à compléter et à rendre avec la copie)


Si votre copie comporte plusieurs feuilles « Annexe », indiquer dans le

cadre ci-contre le n° de la présente feuille « Annexe » suivi du nombre total de feuilles

→→→→

Ebauche du GRAFCET (point de vue partie opérative)

Départ de cycle = présence d’huîtres

Rotation de la vis du convoyeur

Rotation de la vis du silo

10

20




Date :

ANNEXE D : Schéma hydraulique simplifié de transmission hydrostatique de la péniche



Si votre copie comporte plusieurs feuilles « Annexe », indiquer dans le cadre ci-contre le n° de la présente feuille « Annexe » suivi du nombre

total de feuilles

→→→→

D’après document SAUER/DANFOSS




Date :

ANNEXE E : Schéma hydraulique de transmission hydrostatique de la péniche



Si votre copie comporte plusieurs feuilles « Annexe », indiquer dans le cadre ci-contre le n° de la présente feuille « Annexe » suivi du nombre

total de feuilles

→→→→

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