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TD1 CI3 Reseau Irrigation

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  • Sciences et Technologies de lIndustrie et du Dveloppement Durable 1

    re

    STI2D RESEAU DIRRIGATION

    CI3 : Transport stockage et distribution de l'nergie TD EE

    TD1-CI3-Reseau_irrigation Lyce Jules Ferry Versailles 1/10

    RESEAU DIRRIGATION

    1. La socit HYDREL

    Situe au Buisson de Cadouin, dans le dpartement de la Dordogne

    (24), la socit HYDREL est spcialise dans la conception et la

    ralisation douvrages destins au traitement de leau potable,

    lpuration des eaux uses et lirrigation.

    Elle intervient auprs des collectivits locales, des syndicats de

    communes et des industriels en Aquitaine, Poitou-Charentes, Limousin

    et Midi-Pyrnes.

    2. Rseau dirrigation de Celles et La Tour Blanche

    Une des ralisations de la socit HYDREL est un rseau dirrigation implant sur les communes de

    Celles et la Tour Blanche, prs de la rivire la Dronne, en Dordogne. Ce rseau dessert dix-huit

    communes appartenant quatre cantons.

    La mise en place du rseau dirrigation a t

    la volont de trente exploitants agricoles,

    producteurs de mas. En effet, le dficit

    hydrique de la rgion, pendant les priodes

    estivales, oblige les agriculteurs irriguer

    leur culture afin damliorer les rendements.

    Le rseau dessert 120 points de livraison

    deau rpartie sur une bande de 25 km de

    long sur 5 km de large, permettant dirriguer

    annuellement une surface de 540 ha.

    Etant donn la superficie quipe, pour

    viter un surdimensionnement du matriel,

    le rseau est constitu de :

    une station de pompage (Celles),

    deux stations de reprises (Flayac et La

    Tour Blanche),

    deux stations de surpression (La Chapelle

    et Douchapt).

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    2.1. Synoptique du rseau

    Les points de livraison sont des bornes dirrigations destines assurer la livraison de leau sous

    pression en remplissant les fonctions suivantes :

    rguler la pression 10 bars,

    limiter les dbits 2,5 m3/h/ha.

    2.2. La station de pompage

    Afin de rpondre au mieux la demande,

    cest--dire pouvoir fournir une pression la

    plus constante possible quel que soit le dbit,

    la station est rgule en pression. Cette

    rgulation est assure par un automate

    programmable industriel Tlmcanique type

    TSX 37 qui pilote les pompes via des moteurs

    asynchrones triphass.

    La station est compose de huit groupes

    lectropompes.

    Un ballon hydrofort, dun volume total de 9 000 litres, assure une protection anti-blier et limite le

    nombre de dmarrages dans les petits dbits (< 50 m3/h).

    De plus, cette station possde un dgrilleur automatique qui permet dviter les colmatages par les

    feuilles et autres dbris.

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    Vue de dessus de la station de pompage :

    2.3. Fonctionnement de la station de pompage

    Les sous stations de reprises ou de surpressions restent transparentes pour le fonctionnement de la

    station de pompage. Elles permettent simplement de compenser les pertes de charges pour viter des

    chutes de pression trop importantes en bout de rseau, et ainsi rduire la pression de rgulation en

    sortie de la station de pompage.

    La station comporte donc des groupes lectropompes fonctionnant vitesse fixe et dautres vitesse

    variable, savoir :

    6 groupes vitesse fixe (VF),

    2 groupes vitesse variable (VV),

    soit huit groupes lectropompes de puissance identique.

    La mise en marche des diffrents groupes lectropompe vitesse variable (VV) et vitesse fixe (VF), se

    fait en fonction du dbit (Q), pour assurer une pression (p) la plus constante possible en sortie de la

    station.

    Ce

    llu

    les

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    Le dclenchement des pompes est le suivant :

    Lorsque les deux groupes vitesse variable fonctionnent simultanment, leur rgime est alors

    identique.

    Une permutation des groupes vitesse fixe est prvue pour viter lusure prmature dun groupe par

    rapport un autre. Ainsi, cest toujours la pompe qui na pas fonctionne depuis le plus longtemps qui

    sera mise en marche.

    Cest lautomate programmable industriel (API) qui donne les ordres de marche et darrt des groupes

    lectropompes et qui gre la permutation du fonctionnement des pompes. Il donne aussi lordre darrt

    de la station en cas de dtection des dfauts suivants :

    manque deau,

    pression trop faible ou trop leve,

    dbit trop lev,

    surchauffe des moteurs,

    baisse de puissance absorbe par les lectropompes vitesse fixe.

    Une dernire fonction est assure par lAPI, savoir la gestion du dgrilleur automatique qui est mis en

    fonction pendant cinq minutes intervalles rguliers de dix minutes. Cette manuvre cyclique a deux

    objectifs :

    viter lobturation de lentre des pompes,

    et viter le colmatage du dgrilleur lui-mme.

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    3. Etude hydraulique

    Les huit groupes lectropompes de la station de pompage, de puissances identiques, sont immergs afin

    de rduire les nuisances sonores et faciliter leur refroidissement.

    Vue de ct de la station de pompage (coupe A-A) :

    3.1. Puissance de lensemble des bornes dirrigations

    Q1. A partir de la prsentation du rseau dirrigation, rappeler les valeurs de :

    la surface totale irrigue S (en ha),

    la pression rgule par les bornes dirrigation pB (en bar),

    le dbit limit par les bornes dirrigation QL (en m3/h/ha).

    Q2. A partir de la limitation de dbit des bornes dirrigations QL et de la surface totale irrigue S,

    calculer le dbit utile total QT (en m3/h) de lensemble des bornes dirrigations.

    Q3. Exprimer ce dbit en litre par heure (/h).

    Par scurit, il a t dcid que la station de pompage devrait tre capable de fournir un dbit

    maximum QM = 1400 m3/h.

    Q4. Calculer la puissance hydraulique utile totale PB (en kW) de lensemble des bornes dirrigations.

    Electropompe

    Barreaux

    Grille de

    protection

    Vanne

    verticale

    Dgrilleur

    Ballon

    hydrofort

    Couverture en tle

    larme Alu

    Local BTA

    Rivire

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    3.2. Hauteur manomtrique du rseau

    On peut supposer que lensemble des canalisations est

    quivalente une seule en PVC, de diamtre D = 60 cm, de

    longueur = 22 km et de hauteur gomtrique au

    refoulement HGR = 55,5 m.

    Q5. Calculer la vitesse dcoulement v (en m/s) de leau la

    sortie de la canalisation.

    Q6. Rappeler la relation permettant de dterminer la

    hauteur manomtrique totale HMT (en mce) dune

    installation pompes immerges.

    3.2.1. Calcul des pertes de charges au refoulement

    Ce calcul se fait laide de la formule de Lechapt et Calmon (formule empirique) :

    J=LQM

    DN

    Avec : J : perte de charge en mmce/m

    Q : dbit en m3/s

    D : diamtre en m

    L, M, N : coefficients dpendant de la rugosit des canalisations

    Les coefficients de rugosit en fonction des matriaux des canalisations sont les suivants :

    Matriaux L M N

    Fonte 1,4 1,96 5,19

    PVC 1,1 1,89 5,01

    Q7. Calculer les pertes de charge J (en mmce/m) de cette canalisation (garder 4 chiffres significatifs).

    Q8. En dduire les pertes de charge au refoulement Pcr (en mce).

    3.2.2. Calcul de la pression

    Q9. Rappeler le rapport entre pression en bar et pression en mce.

    Q10. En dduire la pression pB (en mce) au niveau de la sortie de la canalisation.

    3.2.3. Calcul de la hauteur manomtrique totale

    Q11. Calculer la hauteur manomtrique totale HMT (en mce) de linstallation.

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    3.3. Puissance en sortie des pompes

    Q12. A partir de la hauteur manomtrique totale, dterminer la pression pP (en bar) la sortie des

    pompes.

    Q13. En dduire la puissance hydraulique totale PP (en kW) la sortie des pompes.

    3.4. Choix des pompes

    Les pompes tant en parallle, leur dbit sadditionne mais pas leurs HMT.

    Q14. Rappeler le nombre de pompes de la station de pompage.

    Q15. Dans ces conditions, dterminer le dbit QP (en m3/h) et la HMT (en mce) dune pompe.

    Q16. Choisir la rfrence des pompes laide du document constructeur suivant :

    PN104-

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    4. Etude des groupes lectropompes

    Q17. A partir de la documentation suivante et de la pompe choisie, relever la rfrence du moteur

    associ et ses caractristiques :

    puissance mcanique utile P1M (en kW),

    tension compose U (en V),

    courant nominal en ligne In (en A).

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    Q18. Complter les dimensions dun groupe lectropompe. Prciser les masses.

    Q19. Calculer la puissance mcanique totale P

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