Groupe électrogène en local mal ventilé : bilan thermique et surchauffe
Un atelier de transformation de bois à Douala fonctionne avec un groupe électrogène diesel de 100 kVA (80 kW, cos φ = 0,8) qui alimente en permanence 64 kW de charge. Le moteur est un Diesel quatre temps à injection directe, refroidi par eau, dont la consommation spécifique annoncée est de 210 g/kWh ; le pouvoir calorifique inférieur du gasoil est de 42,7 MJ/kg. Le bilan thermique admis est : 40 % en puissance utile, 30 % dans les gaz d'échappement, 30 % dans l'eau de refroidissement, 5 % en rayonnement et huile. Le radiateur, monté en façade, a été dimensionné pour une température d'air ambiant de 40 °C avec une marge de 10 %. Or l'atelier est mal ventilé : l'air admis atteint 45 °C en fin de journée et le moteur déclenche sa protection « température d'eau » après deux heures de service. Le mécanicien propose de décaler, voire de démonter le thermostat.
1. Calculer la consommation horaire de gasoil, le rendement global du groupe et la chaleur à évacuer par le circuit d'eau. La consommation annoncée est-elle crédible ?
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Débit : 0,210 kg/kWh × 64 kW = 13,44 kg/h, soit environ 15,9 L/h (ρ ≈ 0,845 kg/L). Puissance chimique : 13,44 × 42,7 = 573,9 MJ/h = 159,4 kW. Rendement : η = 64/159,4 = 0,401, soit 40,1 %, ce qui est cohérent avec les 210 g/kWh annoncés (η = 3,6/(0,210×42,7) = 0,401). Le moteur ne surconsomme donc pas : il n'y a pas de défaut d'injection à chercher en priorité. Bilan : échappement 0,30×159,4 = 47,8 kW ; eau 47,8 kW ; rayonnement et huile 8,0 kW ; utile 64 kW ; pertes totales 95,6 kW. Le radiateur doit évacuer l'eau et l'huile, soit environ 55,8 kW en régime stabilisé à pleine charge.
2. Vérifier la capacité du radiateur à 40 °C puis à 45 °C d'air ambiant, et expliquer pourquoi la sécurité déclenche après deux heures.
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À 40 °C : avec eau 90/80 °C et air 40/62 °C, ΔTlm = (40 − 28)/ln(40/28) = 33,6 K → UA = 55,8/33,6 = 1,66 kW/K ; avec la marge de 10 %, la capacité installée est d'environ 61 kW. À 45 °C : à débit d'air identique, l'air ressort vers 67 °C ; ΔT1 = 90 − 67 = 23 K, ΔT2 = 80 − 45 = 35 K → ΔTlm = 12/ln(35/23) = 28,7 K, d'où Q = 1,66×28,7 = 47,6 kW. Déficit : 55,8 − 47,6 = 8,2 kW. Les débits ne changeant pas, l'équilibre ne peut se rétablir qu'en augmentant les températures d'eau : il faut retrouver ΔTlm ≈ 33,6 K, soit +5 à +8 K sur l'eau. L'eau sort alors vers 95-98 °C, le thermostat est ouvert à fond, et la sécurité « température d'eau » déclenche - d'autant plus vite que le local est chaud et poussiéreux.
3. Le mécanicien veut décaler ou retirer le thermostat. Évaluer cette proposition et proposer un plan d'action hiérarchisé.
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Évaluation : c'est une fausse solution. Décaler le thermostat ne change pas la capacité du radiateur (le ΔT côté air reste identique) et fait tourner le moteur sous sa température optimale : condensation, dilution de l'huile, usure accrue, dépôts. Le risque de surchauffe est seulement masqué, pas supprimé. Cause racine : air admis à 45 °C dans un local mal ventilé, aggravé par les poussières de bois qui colmatent le faisceau. Plan d'action : nettoyer le faisceau et le ventilateur ; vérifier la courroie de ventilateur et la concentration d'antigel ; ventiler ou gainer l'air du radiateur vers l'extérieur ; contrôler le filtre à air (son colmatage augmente consommation et température d'échappement). Si le déficit persiste, réduire la charge à 56 kW (70 %) ou installer un radiateur surdimensionné. Le thermostat doit rester en place et être remplacé s'il est défaillant.