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Mélangeur-Malaxeur Mixel®

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P@Eugé Mélangeur-Malaxeur Mixel®

1- Présentation du Système

Le milieu pharmaceutique à besoin pour la fabrication de produits d’avoir recourt à des systèmes industriels tels que les mélangeurs-malaxeurs. Ils peuvent être utilisés de différentes manières à des fins biens précises :

Pour le mélange (Préparation des solutions sucrées pour dragéification, Fabrication de Maalox®, Fabrication de vaccins, Fabrication de vernis de pelliculage…)

Pour l’homogénéisation (Fabrication des pommades)

Pour la dissolution de corps avec de l’eau (Fabrication de collyres, Fabrication de sirops) Les mélanges de produits s’effectuent la plus part du temps dans des cuves en cuivre ou en inox, à l’aide de mélangeur. Cet ensemble de mélange est composé d'un mélangeur à mouvement controtatif (ancre raclante et mélangeur à hélice) et d'une turbine à cages colloïdales en fond de cuve.

Le mélangeur-malaxeur Mixel® est composé d'une ancre raclante périphérique, munie de racleurs en TEFLON et de pales horizontales, d'une part, et d'une partie centrale constituée d'un arbre équipé de trois étages d'hélices tripales ou bipales profilées, d'autre part.

L'organe extérieur de mélange crée à la fois un écoulement tangentiel (l'ancre) et un écoulement axial de bas en haut (les pales sur l'ancre).

L'organe central a, quant à lui, un écoulement axial de haut en bas créé par les hélices profilées.

Chaque partie du malaxeur est entraîné séparément, par deux motorisations distinctes, équipées chacune d'une variation de vitesse.

La première motorisation pilote l'ancre raclante périphérique, et la seconde dispose d'un arbre d'entraînement traversant, permettant ainsi la rotation simultanée et en sens contraire des deux organes de mélange coaxiaux entre eux.

Les courants de convection ascendants et descendants se contrariant sans se neutraliser, se forment donc dans le produit. Ce mouvement appelé MOUVEMENT CONTREROTATIF, garantit un malaxage parfait même sur des produits difficiles comme les dentifrices, les crèmes cosmétiques ou pharmaceutiques, les mayonnaises, etc.

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2- Objet technique étudié

Nous nous intéresserons à l’étude de la commande de variation de vitesse des moteurs de mélange.

Autre Milieu utilisant ce système : Produits cosmétiques, produits alimentaires.

3- Etude Fonctionnelle de l’objet technique

3.1 : Schéma fonctionnel de 1er Degré :

Génération Signal de vitesse

Commutation de Puissance

Captage et Conversion Numérique

Affichage

FP1 FP2

FP4FP3

UMLIV

F

UMOT Rotation de la Pale

Vitesse de rotation

Objet Technique

Conversion Electrique/Mécanique

Vit

N 8

Alimentation

FA

Tension secteur

5V12V

-12V24V

Ces appareils sont des moteurs à courant continu, équipés de réducteur afin de réduire la vitesse de rotation. L’arbre est équipé d'hélice tripale profilée large permettant des vitesses de rotation faibles, tout en assurant une forte hydraulique.

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3.2 : Définition des fonctions principales a) Etude de FP1 : Génération signal de vitesse Cette fonction permet de convertir la consigne de vitesse en une information électrique ULMI, permettant le réglage de la vitesse du mélange. Entrées : V Action manuelle permettant d’ajuster le taux du signal MLI par réglage d’un potentiomètre. F Action manuelle permettant d’ajuster la fréquence du signal MLI par réglage d’un

potentiomètre. Sortie : UMLI Signal rectangulaire +12V/-12V dont la valeur moyenne est fonction du réglage de la

consigne de vitesse V. La caractéristique de UMLI en fonction de V est de la forme (UMLI )moy = k.V avec V en % (0 à

100%) b) Etude de FP2 : Commutation de puissance Cette fonction permet de transformer le signal de commande bipolaire ULMI en une tension unipolaire. Entrée : UMLI Signal rectangulaire +12V/-12V dont la valeur moyenne est fonction du réglage de la

consigne de vitesse V. Sortie : UMOT Signal rectangulaire +0V/24V dont la valeur moyenne est fonction du réglage de la

consigne de vitesse V.

c) Etude de FP3 : Captage et conversion Numérique Cette fonction permet de récupérer l’information de vitesse en tour/min du moteur, et de la convertir en une valeur numérique N. Entrée : Vit signal logique impulsionnel représentatif de la vitesse de rotation du moteur. Sortie : N Valeur numérique de codage de la vitesse de rotation du moteur : N = 0 arrêt du moteur N = 255 vitesse maximale d) Etude de FP4 : Affichage Cette fonction permet d’afficher l’information de vitesse en tour/min du moteur, ainsi que le % de la vitesse maximale de rotation du moteur par rapport à la consigne V. Entrée : N Valeur numérique de codage de la vitesse de rotation du moteur. Sortie : Vitesse Information visuelle sur écran LCD de la vitesse de rotation / vitesse max.

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5- Etude de FP1 : Génération Signal de Vitesse

5.1 : Schéma fonctionnel de 2ème Degré :

Déclenchement IntégrationComparaison

V

F

Uc

Ur

FS12FS11

Référenciation

UMLI

FP1FS13

UTrig

FS14

5.2 : Schéma Structurel associé :

3

21

411 U1:A

TL084

5

67

411 U1:B

TL084

10

98

411

U1:C

TL084

1 2R2

33k1 2

R3

10k

+12V+12V

-12VV

10k

+5V

-5V

C2

220nF

UTrig

Uc

V+

Vr

-12V-12V

+12V

V-

1 2R1

1k

F1k

UMLI

5.3 : Travail demandé : Q5.1 : Etude fonctionnelle Entourez sur le schéma structurel les différentes fonctions secondaires du montage.

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Q5.2 : Etude de FS11 - Déclenchement Structure associée :

411

Q5.2.3 : Exprimez la relation de V+ en fonction de Uc, R2, R3 et VTRIG. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.2.4 : En considérant initialement Uc = +Vsat et UTrig = 0V, quelle valeur vaut V+ ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………

Q5.2.1 : Quel est le mode de fonctionnement de U1:A ? justifiez. …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… Q5.2.2 : Comment évolue alors Uc en fonction de V+ et de V- ? …………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………

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Q5.2.5 : En considérant Uc = -Vsat, quelle valeur doit avoir UTrig pour que V+ soit légèrement inférieure à V- = 0V ? On notera cette valeur Vseuil-. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.2.6 : En considérant Uc = +Vsat, quelle valeur doit avoir UTrig pour que V+ soit légèrement supérieure à V- = 0V ? On notera cette valeur Vseuil+. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.2.7 : Tracez alors la caractéristique de transfert de Uc rn fonction de UTrig, en faisant apparaitre +Vsat, -Vsat, Vseuil+ et Vseuil-. Q5.2.8: Quelle est le nom du montage réalisé autour de U1 :A ? Quelle est sa fonction ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.2.9: Complétez le chronogramme sur le document DR1.

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Q5.3 : Etude de FS12 - Intégration Structure associée :

411

Q5.3.3 : Exprimez la relation de I en fonction de Vc, R1 et αF : ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.3.4 : Que vaut alors Ic en fonction de I ? Exprimez alors La tension UTRIG en fonction de Ic, C et t (rappel : Uc = Ic.t / C en charge à courant constant) ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………

Q5.3.1 : Quel est le mode de fonctionnement de U1:B ? justifiez. …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… Q5.3.2 : Quelle est alors la relation entre V+ et V- …………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………

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Q5.3.5 : Calculez Ic lorsque Uc = +Vsat, et lorsque Uc = -Vsat. Comment évolue alors UTRIG en fonction de Uc ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.3.6 : Exprimez la caractéristique de transfert UTRIG / Uc en fonction de R1, αF, C et t. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.3.7 : Tracez la caractéristique de transfert de UTRIG en fonction de Uc (Rappel : Uc = +/-Vsat) Q5.3.8 : Quel est le rôle de ce montage ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………

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Document DR1 :

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Q5.4 : Etude de FS13 - Référenciation Structure associée :

Q5.5 : Etude de FS14 - Comparaison Structure associée :

10

98

411

U1:C

TL084

-12V

+12V

UMLI

Ur

UTRIG

Q5.4.1 : Exprimez Ur en fonction de αP, Vcc et –Vcc. …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Q5.4.2 : Quels sont les limites de valeur de Ur ? …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………

Q5.5.1 : Quel est le mode de fonctionnement de U1:C ? justifiez. …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… Q5.5.2 : Quelle est alors la relation entre V+ et V- …………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………

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Q5.5.3 : Complétez les chronogrammes de UMLI sur le document réponse DR2. α = 0,25

α = 0,5

α = 0,75

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Q5.5.4 : En déduire pour les 3 valeurs de α la valeur moyenne de UMLI ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Q5.5.4 : Quel est le rôle de ce montage dans l’objet technique ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………

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