ÉPREUVE ÉCRITE D`ADMISSIBILITÉ N°1
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CONCOURS D’ACCES à la 4ème catégorie des emplois de professeurs des établissements d’enseignement agricole privés SESSION 2012 Concours : EXTERNE Section : Sciences et techniques des agroéquipements et des équipements des aménagements hydrauliques. Option : Agroéquipements. ÉPREUVE ÉCRITE D’ADMISSIBILITÉ N°1 Culture disciplinaire (Coefficient : 2 - Durée : 5 heures) Matériel(s) et document(s) autorisés : calculatrice + matériel graphique Au cours de l’épreuve, la calculatrice est autorisée pour réaliser des opérations de calcul, ou bien élaborer une programmation, à partir des données fournies par le sujet. Tout autre usage est interdit. Les candidats traiteront chaque partie sur des feuilles séparées L’annexe 1 est à rendre avec la copie. SUJET Le pulvérisateur, ici dans sa version automoteur, est un matériel majoritairement utilisé en terme de surfaces traitées. On se propose au travers de ce sujet de faire l’historique de ce matériel. STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 1 sur 13 Partie 1 (A et B) : Eléments d’épistémologie et pulvérisation (14 points) 1.A) Eléments d’épistémologie DU CHEVAL A L’HELICO Texte tiré de : Pulvérisation et pulvérisateurs ; Agri-Nathan 1984 Au commencement était l’arrosoir, grâce auquel on pouvait sans doute traiter son petit arpent de tomates. Puis apparut le réservoir prolongé d’une pompe, porté à dos d’homme, avec lequel on pulvérise manuellement un liquide destructeur sur les doryphores des pommes de terre. Mais les premiers pulvérisateurs dignes de ce nom datent du début du XXième siècle 1900 – 1949 : La belle époque des pulvérisateurs à chevaux Ce sont des pulvérisateurs à rampes, surtout adaptés aux cultures basses, de plein champ : pommes de terre, blés, betteraves. Ils sont tirés par des chevaux. La pompe est animée par un système compliqué de bielles, actionnées à partir des roues du véhicule porteur du pulvérisateur. 1949 – 1982 : Les tracteurs remplacent les chevaux Fin de la seconde guerre mondiale : les tous premiers pulvérisateurs portés sur tracteurs font leur apparition. Deux éléments vont contribuer à leur développement. D’abord, l’évolution rapide de la puissance des tracteurs. Ensuite, l’explosion du marché des produits agro-pharmaceutiques. Question : Ecrire un paragraphe de quinze à vingt lignes sur l’évolution du pulvérisateur depuis 1949 jusqu’à nos jours. Ce paragraphe doit constituer une suite à l’extrait de texte qui précède et doit mettre en avant les différentes évolutions marquantes de ce matériel pour arriver au pulvérisateur actuel. 1.B) Pulvérisation Circuit du liquide d’un pulvérisateur (source : CEMAGREF Formation) STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 2 sur 13 1.1 Décrire en quelques lignes les fonctions d’un pulvérisateur. 1.2 Nommer 4 technologies utilisées en pulvérisation. 1.3 En utilisant le schéma intitulé : Circuit du liquide d’un pulvérisateur DPAE. 1.3.1 Nommer les différents composants du circuit de la cuve jusqu’aux buses. 1.3.2 Indiquer le rôle du composant repéré 1 sur le schéma : « Circuit du liquide d’un pulvérisateur DPAE ». 1.4 Le système de régulation à pression constante ou à débit constant. 1.4.1 Citer deux avantages de ce système. 1.4.2 Citer deux inconvénients de ce système. 1.5 Le système de régulation DPM 1.5.1 Définir le sigle DPM. 1.5.2 Compléter sur l’annexe 1 (annexe à rendre avec la copie) le tableau 1 pour les phases descente et patinage dans le même modèle que montée. 1.6 Le système DPAE 1.6.1 Définir le sigle DPAE. Circuit du liquide d’un pulvérisateur DPAE (source ITCF) 1.6.2 Nommer les éléments repérés : 2 ; 3 ; 4 sur le schéma intitulé : « Circuit du liquide d’un pulvérisateur DPAE ». 1.6.3 Décrire un des trois éléments (au choix) du repère N°1 et expliquer en quelques lignes son fonctionnement. 1.6.4 Indiquer le rôle de l’élément N°4. 1.6.5 On paramètre l’élément n°2 à une valeur par défaut de 600 impulsions par litre. Lors de la première mise en route, le technicien étalonne l’élément n°2, il place 4 récipients sous 4 buses, il recueille 5 litres pour les 4 récipients (rampe de 28 m). Le compteur affiche 74 litres. Déterminer le nombre d’impulsions envoyées par l’élément n°2. Calculer le nouveau paramètre à mémoriser. 1.6.6 Construire l’organigramme d’une boucle de régulation de type fermée en relation avec le schéma intitulé : « circuit du liquide d’un pulvérisateur DPAE ». 1.6.7 Citer les avantages d’un système automatisé à boucle fermée par rapport à un système par boucle ouverte. 1.6.8 Le tableau 2 sur l’annexe 1 met en situation 3 cas d’utilisation d’un pulvérisateur DPAE. Compléter le tableau 2 en annexe 1 et justifier vos réponses sur la copie. STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 3 sur 13 1.7 Les schémas ci-dessous présentent deux configurations de travail dans lesquelles la rampe ne travaille pas correctement. Décrire un système de stabilisation permettant de maintenir la rampe parallèle au sol pour les cas 1 et 2. Cas 1 Cas 2 1.8 Le schéma ci-dessous représente le champ de diffusion d’une buse à fente. 1.8.1 Donner une estimation chiffrée de l’efficacité de cette application s’il s’agit d’un produit de contact en justifiant votre réponse. fente. 1.8.2 Nommer ce principe de pulvérisation (schéma ci-dessus). 1.8.3 Expliquer le principe de fonctionnement de cette buse. 1.8.4 Montrer les avantages que peut apporter ce principe en comparaison avec une buse à STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 4 sur 13 Partie 2 : Etude d’une transmission hydrostatique (14 points) Un constructeur veut équiper son automoteur de pulvérisation d’une transmission hydrostatique à partir du cahier des charges suivant : - masse de la machine en charge : 12 000 kg ; répartition AV / AR : 50 – 50 - 4 roues motrices équipées de pneus 270/95 R 48, vitesse maximum : 25 km/h - l’automoteur doit être capable de gravir une pente de 8% à pleine charge en terrain difficile à la vitesse de 12 km/h On considère un coefficient de résistance au roulement maximum de 20%. Le moteur thermique tourne à 2100 tr/min, la boite de transfert multiplie la vitesse de la pompe hydraulique par 1,5. Un moteur hydraulique unique entraîne un ensemble boite pont aux caractéristiques suivantes o Boite de vitesse à 3 rapports r1 = 1/3, r2 = 2/3 et r3 = 4/3 o Couple conique r4 = 1/7 o Réducteur final r5 = 1/4 Le rendement de la transmission mécanique est de 1. Pression maximum disponible au moteur hydraulique : ∆p = 400 bar. Rendement des composants du circuit Pompe hydraulique Moteur hydraulique Rendement volumétrique 0,97 0,97 Rendement mécanique 0,95 0,95 1 Etude des efforts sur la transmission. 1.1 Déterminer l’effort de roulement. 1.2 Déterminer l’effort de traction lié à la pente de 8%. 1.3 Déterminer le périmètre théorique de la roue (On donne : un pouce = 25,4 mm) 1.4 Déterminer le couple sur les 4 roues avec une circonférence de roulement de 5,252 m. 2 Etude de la transmission hydrostatique lorsque l’automoteur roule à 12 km/h sur une pente à 8%. 2.1 Déterminer le couple et la vitesse de rotation du moteur hydraulique lorsque la boite est engagée en r2. 2.2 Déterminer la cylindrée minimale du moteur à installer en tenant compte du rendement. 2.3 Déterminer la cylindrée minimale de la pompe avec un moteur de 110cm3. 2.4 Déterminer la puissance du moteur thermique avec une pompe de 55 cm3. 2.5 Expliquer comment est obtenue la vitesse maximale sur route. 3 Le document 1 représente la pompe hydraulique choisie par le constructeur 3.1 Nommer les pièces 1, 2, 3 et 4. 3.2 Nommer le type de roulement utilisé pour guider l’arbre d’entrée. 3.3 Nommer le type de montage de roulement. Justifier ce choix technologique. 3.4 Sur cette pompe, les 9 pistons de diamètre 12 sont en rotation sur un diamètre de 150mm. Dans une situation donnée, le plateau est incliné de 12°. Calculer la cylindrée de la pompe dans cette situation. 4 Le document 2 représente la transmission hydrostatique qui sera montée sur l’automoteur de pulvérisation. 4.1 Nommer les éléments numérotés de 1 à 10. 4.2 L’élément 9 est présent 2 fois sur le circuit. Donner le rôle de cet élément repéré 9. Donner la valeur de réglage de cet élément repéré 9. 4.3 Les éléments 7 et 8 permettent à un volume d’huile de s’échapper de la transmission. Expliquer le fonctionnement de ces 2 éléments. Donner la raison de cette fuite d’huile. 4.4 Justifier la présence d’un circuit de gavage. 4.5 Décrire le fonctionnement du circuit de gavage et indiquer les pressions caractéristiques. STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 5 sur 13 Partie 3 : Etude du circuit hydraulique du pulvérisateur (12 points) 1 Expliquer à partir du document 3 le principe de fonctionnement du pulvérisateur à jet projeté. 2 Représenter la fonction « pompe » au travers d’un actigramme de niveau A-0. 3 La pompe à pistons membrane qui équipe le circuit a une cylindrée totale de 296 cm3 par tour est entrainée par la prise de force (ou de puissance) à un régime de 540 tr/min. Calculer le débit théorique de refoulement en L/min de la pompe dans cette situation d’utilisation. 4 La canalisation de sortie de la pompe possède un diamètre 35 mm intérieur. Calculer la vitesse en m/s d’écoulement de la bouillie dans la canalisation. 5 Dans une autre situation la pompe a un débit de 140 L/min et le circuit est régulé à une pression de 3 bar. Calculer la puissance hydraulique fournie par la pompe. 6 Dans une autre portion du circuit, la bouillie (viscosité cinématique de 1x10-6 m2/s) a une vitesse de 3 m/s dans une canalisation de diamètre intérieur 35 mm. On rappelle la relation : Re = V.d ν 6.1 Déterminer le régime d’écoulement dans la canalisation en justifiant votre réponse. 6.2 Donner l’incidence de ce type de régime sur le fonctionnement. 7 Le circuit est équipé d’un régulateur. Expliquer le principe de fonctionnement de ce composant. 8 Le document 4 représente une portion du circuit simplifié et les caractéristiques du régulateur de pression. Calculer le nombre de tour à effectuer avec la vis de compression du ressort pour que la pression de régulation soit de 2 bar dans le circuit, à partir de la situation initiale où le clapet du régulateur est en contact sans pression sur l’orifice. 9 Le débit d’une buse qui équipe la rampe du pulvérisateur est de 1,27 L/min. La vitesse d’écoulement est de 42 m/s. Calculer le diamètre de l’orifice de la buse. 10 Le support de fixation des buses possède un diamètre intérieur de 15 mm intérieur. La vitesse de la bouillie dans cette section est de 0,11 m/s. Calculer la pression à appliquer à l’entrée de la buse pour que la bouillie sorte à une vitesse de 30 m/s. 11 Le pulvérisateur est équipé d’un système d’incorporation qui permet soit d’incorporer la matière active dans la cuve ou permettre le pompage d’eau pour le remplissage de la cuve principale. Le principe de Venturi est utilisé par ces injecteurs. Expliquer le principe de Venturi à partir du théorème de Bernoulli et de l’équation de continuité. 12 Le corps de l’incorporateur (document 5) est constitué d’une buse centrale autour de laquelle se trouve l’orifice d’aspiration. Au point A, la canalisation a un diamètre de 35 mm, la pression relative mesurée est de 2 bar avec un débit de 160 L/min Au point B le diamètre est de 12 mm. Calculer la pression relative obtenue à la sortie du venturi. STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 6 sur 13 13 Le document 5.2 représente un tableau donnant la valeur du coefficient k en fonction de l’ouverture du papillon de la vanne de régulation motorisée présente sur le circuit hydraulique du pulvérisateur. Dans une situation de régulation donnée, l’angle du papillon est de 60° et le fluide (densité 1) traverse la vanne à une vitesse de 3 m/s. Calculer les pertes de charge occasionnées par cette vanne dans cette situation. Exprimer la valeur trouvée en mce. 2 On rappelle la relation p = p1- p2 = (kv /2) STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 7 sur 13 Document 1 STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 8 sur 13 Document 2 Schéma d’une transmission hydrostatique STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 9 sur 13 Document 3 STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 10 sur 13 Document 4 STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 11 sur 13 Document 5 Document 5.2 STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Page 12 sur 13 MINISTÈRE DE L’AGRICULTURE, de l' Alimentation, de la Pêche, de la Ruralité et de l' Aménagement du territoire ème CONCOURS externe : 4 catégorie STAEAH N° ne rien inscrire Option : Agroéquipements Nom : (EN MAJUSCULES) Prénoms : ÉPREUVE : N°1 Date de naissance : Centre d’épreuve : Date : ANNEXE : 1 N° ne rien inscrire (à compléter et à rendre avec la copie) Si votre copie comporte plusieurs feuilles « Annexe », indiquer dans le cadre ci-contre le n° de la présente feuille « Annexe » suivi du nombre total de feuilles → Tableau 1 Tableau 2 Situations Régime moteur Tr/min Rapport boite de vitesse N°1 2000 N°2 1600 N°3 2000 Gamme M Vitesse 3 Gamme M Vitesse 3 Gamme M Vitesse 4 Régime prise de force Tr/min 540 STAEAH_externe_Sujet_1_2012.doc Vitesse tracteur km/h Débit pompe l/min 6 120 Débit d’une buse l/min Débit rampe 28m 8 Page 13 sur 13 Retour en cuve l/min Quantité en l/ha Pression bar 150 3
