LYCEE FERNAND RENAUDEAU CHOLET SYSTEME D’ELECTROTHERMIE ROBOT DE SURFUSION 4/15/2017 BTSET DOSSIER TECHNIQUE DOSSIER TECHNIQUE Sommaire 1- Introduction 2- Principe de chauffage 3- Catalogue VITELEC 4- Notice Gradateur EUROTHERM 5- Extrait NFC 15-100 partie 5-52 « Règles complémentaires pour les canalisations » 6- Extrait des normes EN 61000-2-1, EN 61000-2-2 et EN 61000-3-2 « Pollutions Harmoniques » 582669083 15/04/2017 1. Introduction : Plusieurs applications industrielles nécessitent d’avoir une température de bain constante avec plus ou moins de précision. Un domaine connu est celui de la photographie où pour révéler un négatif, il faut une température de bain de 20°C pour obtenir les conditions optimales d’un bon développement. Une autre application très répandue est le traitement thermique de pièces. Un bain de dégraissage avec un produit spécialisé pourra nécessiter une température de l’ordre de 85°C à 90°C et un bain de brunissage de 140°C. Enfin, dans le cas de notre application, le bain du poste 2 (mélange étain/plomb) sert à l’étamage des pistes de circuits imprimés. Le mélange doit être chauffé à 235°C pour rester dans son état liquide. Sur notre système didactique, le mélange étain/plomb aura été remplacé par de l’eau. Il est recommandé de ne pas dépasser 40°C pour éviter tout risque de brûlure. 2. Principes de chauffage : La conduction C'est l'écoulement de la chaleur à travers un corps de la partie chaude vers la partie froide. Exemple: La panne d'un fer à souder transmet la chaleur par conduction. La conduction s'effectue surtout dans les matériaux solides qui sont bons conducteurs de la chaleur (cuivre, aluminium). La propriété inverse est l'isolation thermique (Amiante, laine de verre). La convection Lorsqu'un liquide ou un gaz chauffé se dilate, son volume augmente, sa masse diminue, il à tendance à s'élever, il est remplacé par le liquide ou le gaz plus froid, il s'établit un courant de convection. Exemple: Le radiateur de chauffage électrique appelé convecteur. La convection s'opère surtout dans les liquides et les gaz, elle peut être naturelle ou forcée; on utilise alors des ventilateurs ou des pompes. 582669083 15/04/2017 Le rayonnement Lorsqu'une résistance électrique est portée à une température élevée de 700 à 1000°C Elle émet de l'énergie par rayonnement. Cette énergie se transmet aussi bien dans le vide que dans l'air et se transforme en chaleur dans la masse des corps à chauffer. Exemple: Le radiateur parabolique La transmission de la chaleur par rayonnement s'effectue surtout en chauffage infrarouge dans l'air ou dans le vide. Les procédés de chauffage θ DIRECT CHAUFFER UN ELEMENT RESISTANCE INDUCTION Le chauffage direct La pièce à chauffer constitue le secondaire en court-circuit d’un transformateur 582669083 15/04/2017 θ+θ ARC Le chauffage par résistance La transformation de l'énergie électrique en chaleur se fait par le passage du courant électrique dans une résistance. L'énergie électrique dans une résistance est transformée en chaleur par la loi de Joule: W= U .I. t W : Joules U : volts ou i : Ampères t : secondes W= R .I2. t R : Ohms L : longueur du fil en mètres : Résistivité en ohms-mètres s : section du fil en m2 La résistance a pour valeur: R= L s Les matériaux utilisés doivent avoir: - une résistivité plus élevée que les conducteurs; - un coefficient de température assez faible - une température de fusion élevée - une inoxydabilité à haute température. Exemples de matériaux: Superimphy --> Ni 80% Cr 20% Température limite d’emploi 1200 °C Carbimphy --> Ni 45% Cr 25% Fe Température limite d’emploi 1150 °C Puissance à installer: Elle doit permettre d'obtenir rapidement la température désirée lors de la mise en service, et de parer les déperditions de chaleur. L'énergie calorifique dégagée par l'élément chauffant est: 1 calorie = 4,19 joules et 1 Wh = 582669083 1 Wh = 3600 joules 3600 = 859 calories 4,19 15/04/2017 Appareils de chauffage par résistance: Ce procédé est utilisé dans les fours électriques, les étuves, les fers à repasser, les radiateurs. Exemple: four électrique ou étuve Le transfert des calories se fait par convection naturelle ou forcée et par rayonnement dans la plupart des cas. 582669083 15/04/2017 Le chauffage par induction Pour chauffer un corps conducteur de l'électricité, une solution consiste à le placer dans un champ magnétique variable; c'est le chauffage par induction électromagnétique. On utilise un solénoïde aux bornes duquel on applique une tension alternative de fréquence f. Le courant alternatif produit par cette tension crée à l'intérieur et à l'extérieur de la bobine un champ magnétique variable. Un corps conducteur, introduit dans le solénoïde est traversé par le flux magnétique variable. Ce flux donne naissance à des courants induits dans la masse de ce corps, appelés courants de Foucault. Ces courants induits produisent de la chaleur par effet Joule dans le corps qui s'échauffe. Caractéristiques: absence de contact ou de liaison matérielle entre la source d'énergie et le corps à chauffer. . Applications: Plaque de cuisson (en domestique), fusion des métaux, traitements thermiques de la métallurgie, agro-alimentaire, ... . Pour obtenir un chauffage localisé ou surfacique, par exemple lors de traitement thermique des métaux, on utilisera des fours à moyenne ou haute fréquence. 582669083 15/04/2017 Chauffage par arc électrique A la séparation de deux électrodes il y a création d'un arc électrique dû à la création d'un champ électrique très élevé. L'arc électrique permet d'obtenir des températures très intenses (3000 °C). Structure des fours à arc: Dans un four à arc, la chaleur est produite par l'arc maintenu entre les électrodes ou entre les électrodes et la masse. Soudage à l'arc: L'arc constitue la source de chaleur qui provoque la fusion simultanée des pièces à souder et du métal d'apport. Notion d’énergie thermique : La quantité de chaleur qu’il faut fournir pour élever la température ambiante de l’eau d’une quantité dθ est : dW = m x c x dθ avec m : masse représentée par le volume d’eau (en kg) c : chaleur massique de l’eau (c = 4185 J/kg.K) 582669083 15/04/2017 La quantité de chaleur perdue par l’installation pendant un temps dt s’exprime par la relation suivante : dW = K.S.( θ-θambiant). dt avec K : coefficient de Newton, faisant intervenir les coefficients de convection, l’épaisseur, le coefficient de conductivité thermique de la paroi (K en W/m².°C) θ : température de l’eau après un temps dt θambiant : température initiale de l’eau S : surface qui rayonne la chaleur (en m²). Bilan des puissances : La chaleur dégagée est une puissance perdue totalement par effet Joule. P = R x I² L’énergie dissipée est donc résultante de cette puissance : dW = P x dt Elle est la somme des énergies déterminées précédemment : P = R x I² = m.c x dθ/dt + K.S. (θ-θambiant) Conversion d’énergie : La résistance chauffante soumise à la tension du réseau pendant un temps dt dissipe l’énergie : dW = (U² x dt) / R Pour réguler l’énergie, il faut donc agir sur un des trois termes… 582669083 15/04/2017 3. Catalogue VITELEC 582669083 15/04/2017 4. Notice Gradateur EUROTHERM 460 582669083 15/04/2017 5. Extrait NFC 15-100 partie 5-52 « Règles complémentaires pour les canalisations » 582669083 15/04/2017 6. Extrait des normes EN 61000-2-1, EN 61000-2-2 et EN 61000-3-2 « Pollutions Harmoniques » Concernant la tension: Les niveaux tolérables pour les tensions harmoniques sur les réseaux basse tension sont détaillés dans le tableau ci-dessous (CEI 61000-2-1 et 61000-2-2). Les valeurs sont exprimées en pourcentage de la tension fondamentale à 50 Hz. Harmoniques impairs Harmoniques impairs Harmoniques pairs Non multiples de 3 Multiples de 3 Rang h Taux % Rang h Taux % Rang h Taux % 5 6 3 5 2 2 7 5 9 1,5 4 1 11 3,5 15 0,2 6 0,5 13 3 21 0,2 8 0,5 17 2 >21 10 0,5 19 1,5 12 0,2 23 1,5 >12 0,2 25 1,5 >25 0,2+0,5*25/h Le taux global de distorsion en BT doit ainsi rester inférieur à 8%. 582669083 15/04/2017 Concernant le courant: Limitation des harmoniques de courant produits par les appareils : La norme CEI 61000-3-2 impose des limites à tous les matériels appelant un courant inférieur ou égal à 16A par phase exceptés les matériels de puissance inférieure à 50W. Ces limites sont définies selon la classe des appareils (A, B, C ou D). Exemple : Appareils de classe A (Appareils triphasés équilibrés, Appareils électrodomestiques, outils autres que portatifs, variateurs de lumière, appareils audio). Harmoniques impairs 582669083 Harmoniques pairs Rang harmonique n Courant maxi. Admissible (A) Rang harmonique n courant maxi. Admissible (A) 3 2,3 2 1,08 5 1,14 4 0,43 7 0,77 6 0,30 9 0,40 8 n 40 0,23 8/n 11 0,33 13 0,21 15 n 39 0,15 15/n 15/04/2017