      
BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR
maintenance des systÈmes
Option : Systèmes de production
Session 2016
U 42 : Analyse des solutions technologiques
Durée : 4 heures – Coefficient : 4
1
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ANALYSE PRELIMINAIRE : Etudes des débits
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Durée conseillée : 50 min
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Cette analyse a pour but de définir le taux de charge de l’installation chargée de la production de l’air comprimé du bâtiment Elliott. Dans l’optique de l’ouverture d’un nouveau parc, la CEP désire savoir s’il sera nécessaire d’accroitre la production en air comprimé, en prenant en compte le futur compresseur CA4.
Q.1-1
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Documents à consulter : DT1
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Déterminer le débit total en m3/h que les compresseurs du bâtiment Elliott sont capables de fournir.
1 pts
Qtotal = 2 x 4000 + 2100 + 2 x 1500 = 13100 m3/h
Q.1-2
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Documents à consulter : DT2
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Le réseau d’alimentation en air comprimé serpente à travers les deux parcs sur plus de 9 km. Pour permettre le maintien d’une pression constante de 7 bars, la CEP doit fournir par sécurité une capacité 20% supérieur en débit, au besoin demandé.
Relever le mois de l’année pour lequel on atteint le pic maximal de demande en air comprimé.
Calculer alors le débit maximal en m3/h, que doit fournir la CEP, puis conclure sur la capacité du bâtiment Elliott à répondre à cette demande.
3 pts
Le pic apparait au mois de juillet
Q juillet = 6100 m3/h 6100 x 1.2 = 7320 m3/h
La CEP a une capacité deux fois supérieur au besoin maxi (du mois de juillet)
Q.1-3
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Documents à consulter : DT1, DT2
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Le bâtiment Eliott est doté de cinq compresseurs. La fourniture en air comprimé est effectuée en continu, de jour comme de nuit. D’après l’organisation de sélectivité automatique des compresseurs, mise en place par la CEP, indiquer la désignation des compresseurs en fonctionnement sur le mois où la consommation est la plus importante (20% de capacité incluse), puis donner une explication, d’un point de vue maintenance, sur le nombre de compresseurs de la CEP.
4 pts
Q juillet = 7320 m3/h, cela nous situe dans la tranche 7100-7700.
D’après l’organisation de la sélectivité, 3 compresseurs sont utilisés : 1 C70, le C45 et 1 Nirvana.
Au maximum, la CEP prévoit le fonctionnement de 4 compresseurs. Il reste toujours un compresseur non utilisé sur lequel pourront être effectué les actions de maintenance préventive.
Q.1-4
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Documents à consulter : DP1, DP2
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Donner une explication sur l’utilité d’une production en continu et donc en dehors des heures d’ouvertures des parcs d’attractions pour le service de maintenance.
2 pts
Les techniciens de maintenance doivent intervenir sur les attractions en dehors des heures d’ouvertures en gardant la possibilité de faire fonctionner les automatismes.
Q.1-5
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Documents à consulter : DT1, DT2
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La société, qui gère les parcs d’attractions et la CEP, a toujours eu l’intention de développer ses activités. Elle pense d’ores et déjà à l’ouverture d’un troisième parc d’attractions.
Compte tenu de la charge supplémentaire de 20% du point de vue sécuritaire et de la sélection des compresseurs, au maximum quatre sur cinq en fonctionnement (un nirvana non utilisé), calculer la capacité disponible par la CEP, pour le parc. Effectuer vos calculs sur le mois où la consommation est la plus importante.
3 pts
Qtotal = 2 x 4000 + 2100 + 1500 = 11600 m3/h
Qsécuritaire = 11600 x 0.8 = 9280 m3/h
Qdisponible = 9280 - 6100 = 3180 m3/h
Q.1-6
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Documents à consulter : DP1, DP2
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En considérant un besoin estimé de 3000 m3/h pour le troisième parc, conclure sur la capacité du bâtiment Elliott d’assurer la production en air comprimé en toute sécurité.
2 pts
Le débit disponible pour le troisième parc étant de Qdisponible = 3180 m3/h, en tenant compte d’une sécurité de 20%, le bâtiment est tout a fait capable de répondre aux besoins d’un troisième parc.
2
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Modification des installations électriques
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Durée conseillée : 1 h 20 min
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Au début de l’année, la CEP a connu un incident sur l’un des compresseurs principaux du bâtiment Eliott, qui a été hors service suite à une panne mécanique nécessitant le changement de l’échangeur thermique.
Les coûts engendrés pour la maintenance corrective de ce compresseur sur l’année, excédant la somme de 45 000 €, le service Manager Fluides a donné son aval pour commencer une étude d’investissement d’un nouveau compresseur.
Pour des questions financières et d’amélioration du rendement de la production, il a été décidé d’investir dans le compresseur INGERSOLL RAND C45.
Il est donc nécessaire de vérifier que les installations sont compatibles avec ce changement de compresseur et de revoir les réglages de certains composants.
Q.2-1
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Documents à consulter : DT1
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L’installation électrique est prévue pour alimenter tous les équipements du local compresseur. Une prévision d’extension avait été prévue initialement.
Déterminer la puissance totale installée pour le local compresseur.
3 pts
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Puissance consommée (kW)
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Compresseurs
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223
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Sécheurs
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6
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Surpresseur
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21
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Total Pconsommée
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305
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Tour (TR13)
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50
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Extension prévue
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40
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Eclairage + PC
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5
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Total Puissance
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345
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Q.2-2
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Documents à consulter : DR1
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Répondre sur DR1
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La protection électrique générale du local compresseur est réalisée avec un disjoncteur magnétothermique réglable de calibre 630 A. Déterminer le courant d’emploi IB (selon la norme NFC 15-100). [P = U.I.3.cos ].
3 pts
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Puissance consommée (kW)
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345000 W
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Alimentation
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400 V triphasé
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Cos
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0,93
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Courant d’emploi IB
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345000
IB = = 535 A
400 x 3 x 0,93
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Q.2-3
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Documents à consulter : DR1
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Avec l’ancien compresseur dont la puissance était inférieure au C45, le réglage du dispositif de protection était effectué à I0 = 520 A.
Indiquer, en fonction de la valeur du courant d’emploi IB, si ce réglage convient avec le nouveau compresseur C45. Sinon, proposer une nouvelle valeur de réglage (utiliser des plages de 10 A).
3 pts
Non le réglage ne convient plus car IB = 535 A et il faut que I0>IB.
On peut régler le disjoncteur à I0 = 540 A
Q.2-4
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Le moteur du compresseur est protégé par un disjoncteur magnétothermique. Détailler son rôle en précisant les types de surintensités détectés par chacune des deux protections (magnétique et thermique).
3 pts
Un disjoncteur magnétothermique est un appareil de connexion électrique qui protège contre les surcharges (principe thermique) et les courts-circuits (principe magnétique).
Q.2-5
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Documents à consulter : DT1
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Calculer le courant de ligne absorbée par le moteur du compresseur C45. Le facteur de puissance de ce compresseur est de 0,9 et il est alimenté par le réseau triphasé 400 V.
2 pts
37000
400 x 3 x 0,9
I = = 59,34 A
Q.2-6
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Documents à consulter : DT1, DT6
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Le disjoncteur magnétothermique a comme référence GV7RS80. A partir du courant de ligne calculé précédemment, indiquer si sa plage de réglage lui permet de protéger le moteur du compresseur. Vérifier également s’il est adapté à la puissance du compresseur.
2 pts
Le disjoncteur magnétothermique GV7RS80 a une plage de réglage de 48 à 80 A. Il convient parfaitement pour protéger le moteur de ce compresseur, de même pour la puissance de 37 Kw.
Q.2-7
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Documents à consulter : DR1
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Répondre sur DR1
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Il arrive que ce type de compresseur ait une surcharge de 5%, déterminer si le disjoncteur magnétothermique risque de se déclencher lors de ce type de surcharge. Tracer vos relevés en rouge sur la courbe de déclenchement.
3 pts
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Temps de déclenchement
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Pas de déclenchement !
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à froid
à chaud
Q.2-8
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Documents à consulter : DT3
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Sur le schéma de la supervision de l’air comprimé au niveau du "départ réseau" se situent plusieurs informations : T = 24,9 °C, Q = 4315 m3/h.
Quels matériels appartenant à la chaîne d’information permettent de fournir à la supervision ces valeurs ?
Indiquer également la nature des signaux (TOR ou analogique) émis par ces matériels à l’unité de traitement de la partie commande.
3 pts
Pour la température, on peut utiliser une sonde de température de type PT100.
Pour le débit, on peut utiliser un débitmètre.
Pour ces informations de la fonction acquérir, il faut des capteurs analogiques.
Q.2-9
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Documents à consulter : DT2, DT3
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Répondre sur feuille de copie
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L’image de la supervision nous fournit un visuel à un instant t. Indiquer les compresseurs en fonctionnement à cet instant, puis préciser la plage de débit en fonction du tableau de sélection automatique des compresseurs.
2 pts
Les compresseurs en fonctionnement sont le CA4, IRN1 et IRN2.
On se situe sur la plage entre 3600 et 5100 m3/h. ce qui correspond bien à la valeur de 4315 m3/h relevée en sortie.
Q.2-10
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Documents à consulter : DT3
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Répondre sur feuille de copie
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La troisième information relevée sur la supervision concerne la pression. La CEP utilise une sonde de pression.
Indiquer la différence entre une sonde de pression et un pressostat.
2 pts
Une sonde de tension fournira une plage de mesure (signal analogique ou numérique) alors que le pressostat fournit une information (TOR) dès qu’un seuil de pression préalablement réglé est atteint.
Q.2-11
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Documents à consulter : DT2, DT4, DT5
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Répondre sur DR2
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Suite à des défaillances répétées de la sonde de pression et à la mise en place d’une supervision de la marque SIEMENS, la CEP désire installer un modèle de sonde de la même marque SIEMENS, fournissant un signal continu de 0 à 10V.
Déterminer la référence de la sonde SITRANS P200 version standard, à partir de la documentation technique fournie afin de préparer le bon de commande. L’armoire de l’unité de traitement est située à 4 m de la zone de prélèvement.
2,5 pts
Sonde de pression SIEMENS – SITRANS P200
-
7
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M
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F
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1
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5
|
6
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-
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3
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C
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A
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1
|
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0
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-
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7
|
|
A
|
|
A
|
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1
|
3
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Communication
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Durée conseillée : 45 min
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Les données du local d’air comprimé sont exploitées sur une supervision. Les informations sont d’abord prélevées sur la partie opérative puis transmise à un automate programmable TSX 37 10.
La CEP a créé un sous réseau en étoile, mettant en relation via un switch les équipements du local compresseur. Pour permettre la communication, ils utilisent un coupleur WEB ETZ associé à l'A.P.I.
Vous devez configurer les différents adressages du nouveau compresseur.
Q.3-1
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Documents à consulter : DT8
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Répondre sur DR2
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Déterminer l’adresse IP à partir de l’adresse MAC du module ETZ.
2 pts
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Adresse MAC
Du module ETZ
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00 80 F4 02 D1 8E
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Adresse IP
correspondante
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085 . 016 . 209 . 142
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Q.3-2
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Documents à consulter : DT8, DT9
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Répondre sur DR2
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Indiquer les caractéristiques du module TSX ETZ.
2,5 pts
Compatibilité avec un réseau en étoile
X
OUI NON
Tension d’alimentation
24 VCC
Gamme de vitesses de transmission
10 / 100 Mbit/s
Longueur entre le hub et l’équipement terminal
100 m maxi
Nombre max ide stations
64
Q.3-3
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Documents à consulter : DT8
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Répondre sur DR2
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Afin de se connecter à l’ETZ, définir le masque de sous réseau. Il doit avoir une adresse IP compatible avec le réseau de la CEP : 255 . 255 . 255 . 240
3 pts
-
Masque de sous réseau (décimal)
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255 . 255 . 255 . 240
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Masque de sous réseau (binaire)
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11111111 11111111 11111111 11110000
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Q.3-4
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Documents à consulter : DT8
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Répondre sur feuille de copie
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Déduire du masque de sous réseau (binaire) le nombre d’adresses possibles (hôtes). Montrer tous vos calculs.
2 pts
Les hôtes correspondent aux nombres de zéro. Il y a donc 24 = 16 adresses possibles.
Q.3-5
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Documents à consulter : DT2, DT8
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Répondre sur feuille de copie
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Sachant que ni la première adresse IP (196.168.1.0), ni la dernière n’est utilisée, indiquer si il y a suffisamment d’hôtes pour accueillir toutes les machines du local compresseur inscrites dans le listing.
2 pts
Il y a 16 adresses possibles – 2 = 14 adresses disponibles, ce qui correspond parfaitement au listing proposé.
Q.3-6
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Documents à consulter : DT1, DT2, DT8
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Répondre sur feuille de copie
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Sachant que le compresseur CA1 est affectée sur l’adresse IP (196.168.1.8) et afin de tester sa communication, noter l’adresse IP du nouveau compresseur C45.
2 pts
Le compresseur C45 correspond à la machine CA4 et dans le listing il est affecté à l’adresse 11. Son adresse IP sera : 196.168.1.11
4
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Installation du nouveau compresseur
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Durée conseillée : 1 h 05 min
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Le service maintenance à la charge de l’installation du nouveau compresseur dans le local compresseur du bâtiment Eliott. Pour ce type de manutention, la CEP est équipé d’un palan monté sur un rail et de plusieurs jeux d’élingues.
Pour des raisons de sécurité, vous devez dans un premier temps, vérifier que le palan électrique est capable de soulever la charge et ensuite sélectionner le jeu d’élingues le plus adapté à cette opération.
Q.4-1
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Documents à consulter : DT4
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Répondre sur DR3
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A partir des informations de la plaque signalétique du moteur électrique du palan, calculer le couple nominal délivré par le moteur.
3 pts
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Couple moteur
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. 1500
30
. N
30
Pu = C . avec = =
= 157 rad/s
C = Pu / = 15000 / 157 = 95,5 N.m
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CMoteur = 95,5 N.m
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Q.4-2
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Documents à consulter : DT4
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Répondre sur DR3
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Sachant que le réducteur admet un rapport de transmission de 32 et que son rendement est de = 0,85, calculer le couple en sortie du réducteur, correspondant au couple du tambour du palan.
3 pts
-
Couple tambour
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CMoteur
CTambour
r =
95,5
1/32
soit CTambour = . 0,85 = 2597,6 Nm
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CTambour = 2597,6 Nm
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Q.4-3
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Documents à consulter : DT4
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Répondre sur DR3
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Calculer l’effort de levage ( Levage) maxi délivré par le palan, sachant que le couple à la sortie du tambour correspond au produit de l’effort de levage par le rayon du tambour (rtambour).
2 pts
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Effort de levage
Levage
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2597,6
0,072
CTambour
rtambour
Levage = = = 36078 N
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|Levage | = 36078 N
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La masse du compresseur centrifuge C45 est de 2318 Kg. Pour des questions de sécurité, on prévoit pour le levage un coefficient de 1,5 entre l’effort de levage (Levage) et l’effort ( ) résultant de la charge à soulever.
Indiquer si le palan électrique de la CEP est en mesure de soulever le nouveau compresseur en toute sécurité.
5 pts
-
Levage
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|| = 2318 . 9,81 = 22740 N
avec le coefficient de sécurité cet effort passe à :
22740 . 1,5 = 34110 N
|Levage | = 36078 N
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Conclusion
Malgré le coefficient de sécurité, l’effort de levage reste supérieur à la valeur de l’effort de la charge du compresseur.
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Q.4-5
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Documents à consulter : DT7, DR4
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Répondre sur DR4
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La manutention du compresseur s’effectuera avec le palan et une élingue à 4 brins. Le service de maintenance de la CEP dispose de trois élingues à 4 brins. 
Une élingue de 16 mm de diamètre de longueur 1 m et deux élingues de 12 mm de diamètres avec des longueurs de 1,5 m et 2 m.
Compte tenu de la géométrie, en forme de pyramide de l’élingage du compresseur, déterminer l’angle d’ouverture pour les trois élingues du service de maintenance.
5 pts
-
Manutention
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Longueur
= SA
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AH = AC / 2 et AC = (AB² + BC²) = (1500² + 1500²) = 2121,3 mm
AH = 2121,3 / 2 1060 mm
on peut déjà voir que la première élingue est trop petite.
Angle ASH = sin-1 (Longueur de l’élingue / AH)
Angle ASH = sin-1 (AH / Longueur de l’élingue) = sin-1 (1060 / 1500) = 44,96°
Angle ASH = sin-1 (AH / Longueur de l’élingue) = sin-1 (1060 / 2000) = 32°
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Angle d’ouverture = angle du triangle ASC
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Elingue
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1 m
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1,5 m
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2 m
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Angle d’ouverture
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2 x 45° = 90°
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2 x 32° 60°
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Q.4-6
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Documents à consulter : DT7, DR4
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Répondre sur feuille de copie
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A partir du coefficient majorateur, obtenu à partir de l’angle d’ouverture, et de la charge maximale d’utilisation (CMU), choisir laquelle des trois élingues est la plus appropriée à soulever la charge du compresseur en toute sécurité.
5 pts
La question Q 4-5, permet d’éliminer l’élingue la plus petite.
D’après le DT7, la CMU des élingues est de 3150 Kg.
La masse du compresseur (2318 kg) est à corriger par le coefficient majorateur en fonction de l’angle de l’élingage.
12 mm, longueur 1,5 m : angle 90° soit 2318 . 1,42 3292 Kg pour l’élingue
12 mm, longueur 2 m : angle 60° soit 2318 . 1,16 2689 Kg pour l’élingue
Avec une résistance de 3150 Kg seule l’élingue de 2 m convient pour cette intervention.
CODE ÉPREUVE :
1606xxxx
EXAMEN
BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR
SPÉCIALITÉ :
MAINTENANCE DES SYSTÈMES
SESSION :
2016
CORRIGÉ
ÉPREUVE : U42 ANALYSE DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES
Durée : 4h
Coefficient : 4
Corrigé N° 01MS16
Page
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