Dossier technique

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 »
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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.
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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
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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 =
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1 Wh = 3600 joules
3600
= 859 calories
4,19
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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.
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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.
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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)
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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…
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3. Catalogue VITELEC
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4. Notice Gradateur EUROTHERM 460
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5. Extrait NFC 15-100 partie 5-52
« Règles complémentaires pour les canalisations »
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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%.
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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
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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
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