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Sciences physiques 1997 BTS Maintenance industrielle

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Examen du Supérieur BTS Maintenance industrielle. Sujet de Sciences physiques 1997. Retrouvez le corrigé Sciences physiques 1997 sur Bankexam.fr.
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SESSION1997
BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR
MAINTENANCE INDUSTRIELLE
EPREUVE: SCIENCESPHYSIQUES
Durée : 2 heures
Coefficient : 2
IMPORTANT : Ce sujet comporte 7 pages numérotées de 1 à 7 + la page de présentation . Assurez-vous qu'il est complet. S'il est incomplet, veuillez le signaler au surveillant de la salle qui vous en remettra un autre exemplaire.
Session 1997
Durée : 2 heures
Coefficient : 2
Problème I:
SCIENCESPHYSIQUES
La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront pour une part importante dans l'appréciation des copies.
THERMODYNAMIQUE
(6 points)
Une entreprise doit installer un dispositif de chauffage de l'eau de distribution de la ville. Captée à la température ### 15°C, l'eau doit être livrée à la température finale 1= ### 85°C. =
Le dispositif est prévu pour réchauffer une masse M 1000 kg d'eau par heure. =
On donne la capacité thermique massique de l'eau liquide : -1 -1 c 4 190 J.kg .K . =
Le dispositif de chauffage (voir figure 1 de l'annexe) comporte une chaudière qui produit par heure une masse m de vapeur d'eau à 100°C. Cette vapeur pénètre avec l'eau à réchauffer dans un échangeur supposé parfaitement calorifugé.
1)Q absorbée par 1000 kg d'eau dont la Calculer la quantité de chaleur eau température passe de 15°C à 85°C. Calculer la puissance calorifique reçue par l'eau à réchauffer.
2)chaleur est fournie par la combustion de fuel dans la chaudière. Chaque La 7 kilogramme de fuel brûlé donne une quantité de chaleur de 4,2´10 J . En supposant le rendement de la chaudière égal à 0,80 ; calculer la consommation horaire de fuel.
3) Donner m del'expression de la quantité de chaleur Q absorbée par une masse 1 vapeur d'eau qui passe de l'état gazeux à l'état liquide. (La chaleur de condensation de la vapeur d'eau est LckJ/kg). -2257,2 =
1/7
4)m d'eauabsorbée par la masse Donner l'expression de la quantité de chaleur Q 2 provenant de la condensation de la vapeur en passant de la température ' ' 100 Cà la température85 C. q 1 ° q 1 ° 1 2
5)mà réchauffer et la masse M d'eau On considère le système formé par la masse de vapeur d'eau.
On admet que ce système n'échange pas de chaleur avec l'extérieur (transformation adiabatique).
a)Ecrire l'équation calorimétrique reliant Q , Q et Q . eau 1 2
b)m de vapeur d'eau nécessaire pour faire passer de 15°C àEn déduire la masse 85°C la température de 1000 kg d'eau.
2+ 2+ 6)l'eau deMg de en ions Ca et connaît les concentrations en ions  On distribution de la ville :
2+ -3 -1 [Ca ] 1,5´d'ions.L .10 moles = 2+ -3 -1 [Mg ] 0,5´10 moles d'ions.L . =
a)Quel est le titre hydrotimétrique total (T.M.T) de cette eau, en moles d'ions par litre, puis en équivalents par litre, puis en degrés Français (°F) sachant que :
2+ 1 mole d'ions M par litre 2 équivalents par litre = -3 10 équivalents par litre 5°F =
b)Quel est l'inconvénient que crée une eau trop dure qui circule dans une conduite ?
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Problème 2: points)
ELECTRICITE
(14
Afin d’équiper un monte-charge d'un moteur à courant continu, l'équipe de maintenance, par souci d'économie, décide de mettre en service un moteur à excitation séparée qu'elle possède dans ses réserves. Un essai en génératrice à vide a donné une force électromotrice E 145 V à la = -1 fréquence de rotation n 1500 tr.min . =
Lors de cet essai, l'intensité du courant d'excitation est réglée à sa valeur nominale. Cette valeur restera la même dans toute la suite du problème. On néglige par ailleurs les effets de la réaction d’induit de ce moteur.
A- On procède à un essai à vide de ce moteur et on trouve que, alimenté sous la tension 149 V, il absorbe un courant de 5,0 A et que sa fréquence de rotation est de 1 1500 tr.min .
On mesure la résistance de l'induit et on trouve R 0,80 ### . =
1)rappelle que la puissance absorbée par l'induit d'un moteur à courant continu On fonctionnant à vide représente pratiquement l’ensemble des pertes dans le fer et des pertes mécaniques de ce moteur.
Calculer la valeur du couple de pertes T lors de cet essai. p (On supposera constante la valeur de ce couple de pertes dans la suite du problème et on prendra T 5 N.m ). p=
2)fonctionnement normal du monte-charge exige une fréquence de rotation Le -1 maximale du moteur qui l'entraîne de 1200 tr.min . Le monte-charge exerce un couple résistant maximum de 23 N.m sur l'arbre du moteur.
Pour le fonctionnement du moteur dans les conditions énoncées ci-dessus et en supposant constant le couple de 23 N.m, calculer :
a)sa force électromotrice ; b)son couple électromagnétique et sa puissance électromagnétique ; c)l'intensité du courant qu'il absorbe ; d)la tension à appliquer aux bornes de son induit.
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B - Le moteur est alimenté par un pont monophasé "tout thyristors" alimenté par la tension d'un réseau monophasé qui exprimée en volts, s’écrit : v=220 sin (100 ###t) (figure 2 de l'annexe). 2
En série avec l'induit du moteur, on dispose une bobine de lissage, d'inductance L assez grande pour obtenir un courant d'intensité pratiquement constante. Le couple résistant est toujours constant. L'intensité du courant absorbé par le moteur est 30 A .
1)Le moteur entraîne le monte-charge en montée et à vitesse constante (la machine fonctionne en moteur).
On relève les graphes de la tension v appliquée à l'entrée du pont ainsi que de l'intensité i du courant dans le thyristor Th . Th1 1
Les graphes obtenus sur l'écran de l'oscilloscope sont représentés sur le document-réponse (graphes n°1 et n°3).
a)observant ces graphes.### en Donner la valeur de l'angle de retard 0
b) Compléter le tableau du document-réponse en précisant les intervalles de conduction de chacun des thyristors, sur une période.
On précise que : Th et Th sont fermés et ouverts simultanément. 1 3 Th et Th sont fermés et ouverts simultanément. 2 4
c)bornes de la charge en fonction duu aux Représenter le graphe de la tension temps sur le graphe n°2 du document-réponse. Quelle est la période de cette tension ? Quelle est la valeur maximale de cette tension ?
d) Représenter l’intensité i du courant dans un fil de ligne sur le graphe n°4 du L document-réponse.
e)Calculer la valeur moyenne et la valeur efficace : - de l’intensité iThTh ,du courant dans le thyristor 1 1 - de l’intensité i du courant dans la ligne. L
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2)<u> de On rappelle que l'expression de la valeur moyenne la tension aux bornes de la charge est :
Vmax <u> 2cosq. =0 p
a)le modèle électrique de l'induit du moteur à courant continu en Représenter régime permanent.
b)un angle de retard ### 45°. En déduire la force Calculer <u> pour 0= électromotrice de la machine.
c)Quelle est, pour cet angle de retard, la fréquence de rotation de la machine ?
3)de retard de l'amorçage des thyristors est maintenant ###  L'angle 118°. Le 0= courant dans l'induit de la machine garde le même sens et la même intensité 30 A.
a)Calculer la nouvelle valeur de <u> .
b)Quel est alors le mode de fonctionnement de cette machine à courant continu ?
c) L'énergie est-elle transférée du réseau monophasé vers le monte-charge ou du monte-charge vers le réseau ?
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M
A
m (kg)
Eau à 85 °C provenant de la condensation de la vapeur.
 30A
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ANNEXES
M (kg)  Eau à 15°C
i L
 Th1
 Th2
M (kg)
 i Th4
 B
u
Eau  Utilisable (85°C)
i Th1
 Th3
 Th4
 i Th2
 i Th3
V
 C
m (kg)
E
Figure 2
Figure 1
Vapeur à 100°C
i Th1
 30A
 15A
 0
 i L
 30A
 15A
 0
 -15A
 -30A
0
0
v
u
p
D O C U M E N T R E P O N S E (A rendre avec la copie)
p
p
Intervalles de conduction Interrupteurs fermés
2p
 2p
 2p
deq0àq0+p
wtGraphe 1
Graphe3wt
deq0+pàq0+ 2p
Graphe 4
wt
Interrupteurs ouverts