Débit et corrosion d'une conduite forcée
CORRIGE ... Comme le débit de kérosène est négligé, on a et par conséquent.
Comme ... La valeur numérique est : ... Au maximum, la variation d'énergie
cinétique atteint : , soit un ordre de grandeur en dessous des variations d'
enthalpie. ... On calcule ensuite la vitesse du son dans cette section et le nombre
de Mach.
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Baccalauréat STL session 2013
Physique-chimie spécialité SPCL
Épreuve orale de contrôle second groupe
Temps de préparation : 20 minutes
Durée de lépreuve : 20 minutes
Calculatrice autorisée
Ne pas écrire sur le sujet
Le sujet doit être obligatoirement rendu à lexaminateur à la fin de lépreuve
ÉTUDE DE LA CONDUITE FORCÉE DUN BARRAGE
Partie A : Débit de la CONDUITE FORCÉE DU BARRAGE DU RIZZANESE
(durée conseillée : 10 min)
Doc1
La construction de barrages sur les lacs ou sur les cours deau permet de créer des réservoirs deau.
Une conduite forcée dirige leau du réservoir vers la turbine dune centrale hydraulique qui entraîne alors un alternateur produisant ainsi de lélectricité.
Dans le cas du barrage du Rizzanese (fleuve corse), la conduite forcée achemine 27000 m3 deau du lac de la retenue jusquà la centrale hydroélectrique de Sainte Lucie de Tallano, située dans la plaine de Levu située à 6 kilomètres en contrebas du barrage, entre Propriano et Porto-Vecchio.
Caractéristiques de la conduite forcée du barrage du Rizzanese :
- hauteur de chute : 418 m
- débit : ?
- longueur de la conduite : 1,2km
- diamètre de la conduite : 1,75 m
- diamètre de sortie de linjecteur fixé sur la sortie de la conduite : 0,50 m
Donnée : Q = v.S avec : - Q : débit volumique du fluide (unité S.I)
- v : vitesse du fluide (m.s-1)
- S : section de la canalisation (m2)
Après en avoir donné lexpression littérale, calculer le débit volumique Q de leau dans la conduite forcée du barrage du Rizzanese. Le résultat sera exprimé dans les unités du S.I.
Comment évolue le débit volumique de leau lorsquelle passe de la canalisation à la sortie de linjecteur ? Argumenter.
Comment évolue la vitesse de leau lorsquelle passe de la canalisation à la sortie de la buse ? Argumenter.
Partie B : CORROSION de la CONDUITE FORCÉE (durée conseillée : 10 min)
La conduite forcée du barrage du Rizzanese est en acier (alliage fer-carbone que l'on assimilera à du fer) et est protégée de la corrosion, grâce à des blocs de zinc fixés à sa surface quil faut remplacer régulièrement. En effet, le zinc, meilleur réducteur que le fer avec lequel il est en contact, sera corrodé à la place du fer : cest le procédé de protection par anode sacrificielle.
Doc2
La corrosion du fer correspond à la réaction doxydoréduction entre les couples Fe2+/Fe et O2/HO
Indiquer les différents facteurs provoquant la corrosion des conduites forcées en acier.
Écrire la demi-équation électronique doxydation du fer (Fe2+/Fe).
Équilibrer la demi-équation électronique de réduction du dioxygène en milieu humide :
2 H2O +
O2 +
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Écrire léquation de la réaction doxydoréduction entre les deux couples précédents.
Que signifie que le zinc est « plus réducteur » que le fer ?
Expliquer pourquoi il faut utiliser du zinc et non du cuivre pour protéger les conduites forcées en acier.
Baccalauréat STL session 2013
Physique-chimie spécialité SPCL
Épreuve orale de contrôle second groupe
DOCUMENT RÉPONSE
ÉTUDE DE LA CONDUITE FORCÉE DUN BARRAGE
Partie A : Débit de la CONDUITE FORCÉE DU BARRAGE DU RIZZANESE
(durée conseillée : 10 min)
Expression littérale du le débit volumique Q de leau dans la conduite forcée du barrage du Rizzanese :
Application numérique (résultat sera exprimé dans les unités du S.I.) :
Comment évolue le débit volumique de leau lorsquelle passe de la canalisation à la sortie de linjecteur ? Argumenter.
Comment évolue la vitesse de leau lorsquelle passe de la canalisation à la sortie de la buse ? Argumenter.
Partie B : CORROSION de la CONDUITE FORCÉE (durée conseillée : 10 min)
Fe2+/Fe et O2/HO
Les différents facteurs provoquant la corrosion des conduites forcées en acier sont :
Demi-équation électronique doxydation du fer (Fe2+/Fe).
Équilibrer la demi-équation électronique de réduction du dioxygène en milieu humide :
2 H2O +
O2 +
e (
HO
Equation de la réaction doxydoréduction entre les deux couples précédents :
Le zinc est « plus réducteur » que le fer signifie que :
Pour protéger les conduites en acier, il faut utiliser du zinc et non du cuivre car :
Correction
Partie A : Débit de la CONDUITE FORCÉE DU BARRAGE DU RIZZANESENombre détoiles26Débit volumique : Q = V/t or V = 27000 m3 et t = 30 min = 180 s donc Q = 27000/180 = 150 m3.s-1.* * * * *Le débit volumique reste constant lorsqu elle passe de la canalisation à la sortie de la buse car il y a conservation des débits lors de l écoulement d un fluide incompressible dans une canalisation (conservation de la matière et fluide incompressible).* * * *Le débit volumique étant constant, la vitesse augmente lorsque leau passe de la canalisation à la sortie de linjecteur dont la section est plus petite. Q = vcSc = viSi. La vitesse découlement est donc inversement proportionnelle à la section droite. Comme Sc> Si alors Sc< Si.* * * *
Partie B : COMPOSITION ET PROPRIÉTÉS DE LA CONDUITE FORCÉE
Facteurs de corrosion des conduites forcées en acier : leau et le dioxygène (de lair et dissous dans leau).* * Oxydation du fer : Fe ( Fe2+ + 2 e-* *2 H2O + O2 + 4 e ( 4 HO * *Transfert délectrons donc : 2 Fe + 2 H2O + O2 ( 2 Fe2+ +4 HO * *Le zinc est plus réducteur que le fer signifie quil soxyde plus facilement que le fer.* *®»ÄÅÆáâ2 3 4 ? M [ \ ] ^ f i t ~ ® ¯ º öòîòöòöòæØÍØÍ¿ö²¢yky]R]hÁF¶6OJQJ^Jh«hÁF¶6OJQJ^Jhl$ÜhÁF¶5OJQJ^JhÁF¶5OJQJ^J hÁF¶hÁF¶5;OJQJ^Jh ohÁF¶5OJQJ^J h ohÁF¶5>*OJQJ^Jh ohÁF¶OJQJ^Jh ohl$Ü5OJQJ^Jhl$Ü5OJQJ^Jhl$Ühl$Ü5OJQJ^Jhl$Ühl$Ü5h}%dhl$Ühl$ÜOJQJ^J @ABjk®ÅÆáâ1 2 3 \ ] ^ º ÷÷÷÷÷÷÷÷÷ò÷ò÷òííÃíí¼¼¤xgdÁF¶)$$d%d&d'dNÆÿOÆÿPÆÿQÆÿa$gdl$Ügdl$Ügdl$Ü$a$gdl$Üï`a{aþþþº ½ ¿ À Â Ä ß
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laöhIl ne faut pas utiliser de cuivre à la place du zinc car le cuivre est moins réducteur que le fer et donc ce sera le fer qui soxydera et non le cuivre et donc le fer ne sera pas protéger.* * *Total élèveNote /20
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Il est possible de classer les espèces chimiques en fonction de leur pouvoir oxydant ou réducteur :
