QCM : Machines d’entraînement industrielles (31 questions)

Explication

Une machine d’entraînement fournit la puissance mécanique nécessaire à un équipement tel qu’une pompe, un compresseur ou un alternateur. La régulation du procédé et le refroidissement de l’arbre relèvent d’autres fonctions de l’installation.

Explication

La chaîne énergétique suit l’ordre source d’énergie, machine d’entraînement, arbre ou accouplement, machine entraînée, puis procédé. La machine entraînée intervient donc après l’organe de transmission.

Explication

La sélection doit considérer simultanément la puissance, la vitesse, la source d’énergie, le démarrage, le site, les auxiliaires, la sécurité, la maintenance et le fonctionnement. Se limiter à une seule caractéristique néglige des contraintes déterminantes.

Explication

Les quatre familles sont les moteurs électriques, les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les expanders. Les autres groupes mélangent des machines entraînées, des équipements auxiliaires ou des catégories non retenues ici.

Explication

Un expander produit un entraînement en utilisant la détente d’un fluide. Une turbine à gaz convertit l’énergie chimique du combustible après combustion, tandis qu’un moteur électrique utilise l’électricité et une turbine à vapeur l’énergie thermodynamique de la vapeur.

Explication

La relation $\omega=\frac{2\pi N}{60}$ donne ici $\omega=\frac{2\pi\times1800}{60}=60\pi\approx188{,}5\ \mathrm{rad/s}$. La valeur $30{,}0\ \mathrm{rad/s}$ correspondrait à une conversion incomplète des tours par minute.

Explication

À puissance constante, la relation $C=\frac{P}{\omega}$ montre que le couple augmente lorsque $\omega$ diminue. Une baisse de vitesse ne réduit donc pas le couple requis pour transmettre la même puissance.

Explication

Le champ magnétique tournant induit des courants dans le rotor, et leur interaction crée le couple électromagnétique. L’égalité parfaite entre la vitesse du rotor et celle du champ supprimerait le mécanisme d’induction nécessaire au fonctionnement asynchrone.

Explication

La relation $N_s=\frac{60f}{p}$ donne ici $N_s=\frac{60\times50}{2}=1500\ \mathrm{tr/min}$. La vitesse réelle du rotor reste légèrement inférieure à cette valeur en raison du glissement.

Explication

Le glissement vaut $s=\frac{1500-1440}{1500}=0,04$, soit $s_{\%}=4\%$. La différence entre les deux vitesses doit être rapportée à la vitesse de synchronisme, et non à la vitesse du rotor.

Explication

Pour un moteur triphasé, la puissance active absorbée est $P_a=\sqrt{3}UI\cos\varphi$. Le facteur de puissance intervient donc dans la puissance active, contrairement à la puissance apparente qui ne l’intègre pas.

Explication

La relation $P_u=\eta P_a$ donne $P_u=0,85\times10=8,5\ \mathrm{kW}$. Diviser la puissance absorbée par le rendement conduirait à une puissance utile supérieure aux pertes incluses dans l’alimentation, ce qui est incorrect.

Explication

Une puissance maximale comprise entre 22 et 55 kW correspond à un surdimensionnement de 115 %. Le taux de 125 % concerne les puissances inférieures à 22 kW, tandis que 110 % s’applique au-delà de 55 kW.

Explication

La relation $C_{\mathrm{acc}}=C_{\mathrm{moteur}}-C_{\mathrm{résistant}}$ donne $120-90=30\ \mathrm{N\cdot m}$, donc une valeur positive permettant l’accélération. Une somme des couples ne représente pas le couple disponible pour vaincre la charge.

Explication

La classe d’isolement concerne la tenue thermique des bobinages, l’indice IP les pénétrations physiques et l’ATEX l’utilisation en atmosphère explosible. Un indice IP ne constitue donc pas une certification de protection contre le risque d’explosion.

Explication

Pendant sa détente à travers des organes fixes et mobiles, la vapeur cède une partie de son énergie thermodynamique, transformée en rotation mécanique. La turbine ne comprime pas la vapeur et ne réalise pas une conversion électrique ou hydraulique.

Explication

La turbine à contre-pression rejette la vapeur à une pression au moins égale à la pression atmosphérique, ce qui permet de l’envoyer vers un réseau. La turbine à condensation vise au contraire une basse pression et dirige la vapeur vers un condenseur.

Explication

La turbine multiétagée répartit la détente sur plusieurs étages et devient la solution habituelle au-delà d’environ 10 MW. Les petites puissances favorisent plutôt une architecture monoétagée, plus compacte et rapide à démarrer.

Explication

Une turbine à action réalise toute la détente dans les parties fixes, tandis qu’une turbine à réaction la poursuit dans les parties mobiles. Cette détente mobile crée notamment une poussée axiale non nulle dans la turbine à réaction.

Explication

La turbine à gaz enchaîne l’aspiration de l’air, sa compression, la combustion, puis la détente des gaz chauds qui entraîne la turbine et fournit une puissance sur l’arbre. Les autres séquences introduisent des étapes propres au cycle vapeur ou inversent le fonctionnement du procédé.

Explication

Les turbines Heavy Duty sont lourdes et robustes, ce qui les destine aux fortes puissances, tandis que les aérodérivatives sont plus légères, compactes et flexibles. La sensibilité aux conditions ambiantes concerne davantage les aérodérivatives que les Heavy Duty.

Explication

La puissance ISO est une puissance de référence mesurée à 15 °C, sous pression barométrique normale et avec 65 % d’humidité relative. Modifier la température, la pression ou l’humidité change les conditions de référence et donc la définition de cette puissance.

Explication

Dans une vanne, la détente dissipe l’énergie disponible sans travail mécanique utile, alors qu’un expander peut en récupérer une partie sous forme de travail. La confusion fréquente consiste à attribuer à la vanne la récupération mécanique propre à l’expander.

Explication

La détente de Joule-Thomson à travers une vanne est modélisée comme isenthalpique, donc l’enthalpie massique reste constante. L’égalité des entropies correspond plutôt au modèle idéal d’une détente isentropique dans un expander.

Explication

Le travail spécifique récupérable est approximativement égal à la diminution d’enthalpie entre l’entrée et l’état de sortie isentropique, soit $h_1-h_{2s}$. L’expression inverse donnerait le signe opposé à celui attendu pour une détente productrice de travail.

Explication

Les expanders peuvent récupérer de l’énergie mécanique pour entraîner un alternateur, un compresseur ou un compander, et produire du froid pour la liquéfaction ou la séparation d’air. Ils ne sont pas principalement destinés à augmenter la pression ni à réaliser une compression.

Explication

La force centrifuge suit la relation $F_c=me\omega^2$, donc elle varie avec le carré de la vitesse angulaire. En multipliant $\omega$ par deux, on multiplie la force par quatre.

Explication

La résonance apparaît lorsque la fréquence d’excitation liée à la rotation approche une fréquence propre du système rotor-paliers, ce qui peut amplifier fortement les vibrations. La lubrification agit sur les frottements et la température, mais ne définit pas la condition de résonance.

Explication

La butée axiale est conçue pour reprendre les efforts parallèles à l’axe, tandis que le palier radial guide l’arbre transversalement et supporte les efforts perpendiculaires. Confondre ces fonctions revient à attribuer les charges axiales au palier radial.

Explication

La sélection complète commence par la machine entraînée et couvre les conditions normales et maximales, la source d’énergie, la vitesse, le couple, le site, les auxiliaires et la sécurité. Une sélection fondée sur un seul paramètre néglige des vérifications nécessaires au fonctionnement réel.

Explication

La puissance réellement disponible dépend notamment de la température, de la pression, de l’humidité, de la filtration, des pertes de charge, du vieillissement et de l’encrassement du compresseur. La puissance ISO sert de référence, mais elle ne représente pas nécessairement la puissance obtenue après les pertes et dégradations du site.