FONDERIE DU POITOU

Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
COMPENSATION DE L’ENERGIE REACTIVE
Energie et Environnement
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1. Présentation
1.1. L’entreprise
Fonderie du Poitou Fonte (FPF) est une entreprise installée à Ingrandes,
au nord de Châtellerault dans la Vienne. Elle emploie 500 personnes et
elle est spécialisée dans la conception, le développement, la production
et la vente de carters cylindriques en fonte grise pour l’industrie
automobile. C’est une filiale du groupe Italien TEKSID qui dispose de
sept autres sites de fonderie dans le monde.
L’entreprise utilise le procédé de fusion électrique qui favorise une
meilleure homogénéité dans la qualité du métal. Le recours à des
matériaux issus des circuits de recyclage contribue à sa grande
compétitivité. Elle produit 80 000 tonnes de fonte par an. La capacité de
production est supérieure à deux millions de carters par an. Les produits
fabriqués concernent toute la gamme de carters-cylindres pour
automobile :
Les carters-cylindres fabriqués équipent des Les familles de produits ci-dessus sont destinées à
différentes usines de fabrication de moteurs :
véhicules de série des marques :
FIAT (Panda, Punto, Grande Punto...),
Renault Cléon (Cléon – France),
Française de mécanique (Haisnes – France),
ALFA ROMEO (type 166),
Renaut España (Valladolid – Espagne),
RENAULT (Laguna, Mégane, Scénic, Clio,
Fiat Powertrain (Pratola Serra – Italie)
Twingo, Modus, Logan, Velsatis),
GM-Fiat Powertrain (Bielsko Biala – Pologne),
LANCIA (Ypsilon),
Suzuki (Gurgaon – Inde).
OPEL (Agila, Corsa, Meriva...),
Le carter diesel 1,9 l représente 50% des ventes.
SUZUKI (Swift).
Fonderie du Poitou Fonte développe une politique environnementale dynamique. L'obtention de la
certification ISO 14001 concrétise les efforts de l'entreprise et la démarche environnementale envers la
communauté.
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1.2. Ensemble de fusion électrique
1.2.1. Généralités
L’entreprise utilise trois fours à inductions d’une capacité de 38 tonnes et d’une puissance de 10,8 MW
chacun, pour alimenter les lignes de moulages. Chaque four est constitué d’un inducteur refroidi à l’eau
entourant un creuset constitué d’un garnissage en matériau réfractaire et d’écrans canalisant le flux de
fuite magnétique. Les dimensions et le poids d’un four sont détaillés en annexe 1.
1.2.2. Déroulement d’un cycle de fusion
L’opérateur affiche au pupitre de commande du four la quantité d’énergie nécessaire pour amener
la charge de métal à la température de coulée.
La charge de 3,2 tonnes de métal à fondre est immergée dans le pied de bain permanent du four
(34,8 tonnes de métal liquide) et la chauffe s’effectue à puissance constante (ajustable par
l’opérateur en fonction du débit horaire de fusion voulu).
Lorsque le four a consommé une quantité d’énergie égale à celle affichée par l’opérateur, la chauffe
est automatiquement arrêtée.
Le creuset est basculé pour évacuer 3,2 tonnes de métal en fusion vers les lignes de moulage.
Remarque :
La température de fusion de la fonte grise est 1230°C
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1.2.3. Installation électrique d’un four
La bobine ou inducteur, constituée d’un enroulement de 60 spires en 3 corps en cuivre pur
électrolytique, est alimentée en monophasé 3kV - 50 Hz.
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2. Etude du four
2.1. Pour un four usé, relever les valeurs :
De la tension d’alimentation (préciser s’il s’agit de la tension simple ou composée).
De la puissance consommée P (en kW).
Du facteur de puissance cosϕ.
2.2. En déduire la valeur du courant apparent I (en A) consommée par le four.
2.3. Quelle est la puissance réactive Q (en kVAR) consommée par le four ?
2.4. En déduire la puissance apparente S (en kVA) du four.
3. Etude de la canalisation L1
En supposant qu’il n’y a pas de compensation :
3.1. Calculer l’intensité du courant circulant dans chacun des conducteurs.
3.2. Calculer la résistance d’un conducteur de cette canalisation R (en mΩ) sachant que sa longueur est
L = 200 m (ρ = 36 m.mm²/m pour l’aluminium).
3.3. Quelles sont les pertes par effet joules p (en kW) dans un conducteur ?
3.4. En déduire les pertes p1 (en kW) dans l’ensemble de la canalisation L1.
4. Compensation
4.1. Calculer la puissance totale minimale Qcmin (en kVAR) des batteries de condensateurs pour éviter
de payer des pénalités de consommation d’énergie réactive.
4.2. A partir de la documentation constructeur en annexe 2, choisir valeur Qmax (en kVAR) de la
batterie de condensateurs la plus puissante adaptée à l’application.
4.3. Combien faut-il de batteries de condensateurs au minimum pour compenser suffisamment
l’énergie réactive consommée par le four ? En déduire la puissance totale Qc correspondante.
4.4. Trois batteries sont installées sur chacun des 57 échelons connectables en cas de besoin. Combien
faut-il mettre de batterie au talon, en tant que compensation permanente ? Quelle est la
puissance Qct (en kVAR) correspondante au talon ?
4.5. Déterminer la nouvelle puissance apparente S’ (en kVA) et le nouveau courant I’ (en A)
consommés par le four.
4.6. Calculer le nouveau facteur de puissance de l’installation.
4.7. En déduire les nouvelles pertes par effet joule p1’ (en kW) dans la canalisation L1.
4.8. Quelle est la puissance Pe (en kW) non perdue par effet joule grâce à la compensation ?
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5. Etude graphique
Grace au logiciel Synchronie 6, tracer la tension et le courant d’un four avant et après compensation.
Rappels :
v(t) = Vmax.sin(ωt)
i(t) = Imax.sin((ωt-ϕ)
Avec :
ω : pulsation en rad/s (= 2πf)
ϕ : déphasage en rad
6. Etude économique
Il arrive qu’un four fonctionne en permanence toute une année (24/24h pendant 365 jours). Dans ce
cas, il fonctionne en moyenne au quart de sa puissance nominale.
L’entreprise possède un abonnement au tarif Vert C :
Prime fixe :
20 € HT/kW/an en moyenne.
Coût de l’électricité : 4 c€ HT/kWh en moyenne sur une année.
6.1. Calculer la puissance réactive Q4 dans ces conditions.
6.2. Calculer la puissance réactive Q4c à compenser pour éviter la pénalité.
6.3. En déduire l’énergie réactive WQ4c sur 5 mois (16 heures par jour pendant les 151 jours de
novembre à mars) ainsi que le prix de la pénalité évitée.
Le courant moyen d’un four est :
avant compensation : I4 = 6569 A
après compensation : I4’ = 1058 A
6.4. Calculer les pertes par effet joule dans la canalisation L1 dans les deux cas. En déduire les pertes
économisées.
6.5. A quelle économie cela correspond-il pour l’entreprise par an ?
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ANNEXE 1
SCHEMA D’UN FOUR
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ANNEXE 2
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