BTS TP 2000
1. Physique : (les parties 1, 2 et 3 sont indépendantes) (14 points)
1.1
On étudie la distribution, par gravité, d'eau stockée dans un château
d'eau.
1.1.1 La pression statique effective, due à l'eau, exercée sur une vanne fermée, est de 500 kPa.
A quelle hauteur, par rapport à cette vanne, se situe la surface libre de l'eau dans le château d' eau ?
1.1.2 On ouvre cette vanne ; la section d' écoulement est de 12,56 cm2.
En négligeant les pertes de charge, et en considérant que le réservoir du château d' eau est très large, calculer les valeurs des débits volumique et massique de l' eau qui s'écoule.
Cette piscine est rectangulaire; elle mesure 20 m de long, 10 m de large, et contient de l'eau sur une épaisseur de 3 m.
Calculer la durée du remplissage de cette piscine.
DONNEES :
a) Masse volumique de l'eau : re = 103 kg.m-3
b) Accélération de la pesanteur : g = 9,81 m.s-2
c) Relation de Bernoulli pour un fluide parfait en écoulement permanent :
1.2
Étude des échanges thermiques entre l'atmosphère et l'eau de cette
piscine.
1.2.1 Calculer la quantité de chaleur mise en jeu, lorsque la température de l'eau de la piscine varie de 1 degré Celsius.
1.2.2 Pendant le jour, l' eau se réchauffe grâce au rayonnement solaire.
L'eau reçoit une puissance moyenne P1 = 300 W.m-2, pendant une durée de 12 h. L'eau n'absorbe en fait, que 50 % de cette puissance.
a) Calculer l'énergie Ql absorbée par l'eau pendant ces 12 heures.
b) Calculer, pour cette eau, l'augmentation de température Dq1 qui en résulte.
1.2.3 Pendant la nuit, l'eau de la piscine rayonne de l'énergie vers l'atmosphère.
On considère que l'eau se comporte comme un corps noir ; on admet que sa température est qe = 25°C.
a) Calculer la puissance P2 perdue par rayonnement, par cette eau, pour 1 m2 de surface.
b) Calculer l'énergie thermique Q2 perdue au cours d'une nuit de 12 heures.
c) Calculer la baisse de température Dq2 de l' eau, due à cette perte d' énergie.
d) Par quel dispositif simple peut-on, la nuit, diminuer la perte par
rayonnement ?
1.2.4
Faire le bilan énergétique sur une journée de 24 heures.
1.2.5 Pour exploiter la piscine à moindre coût, on peut utiliser un chauffage solaire de l'eau.
On réalise des capteurs solaires dans lesquels circule l'eau de la piscine. Les capteurs utilisent "l'effet de serre".
En vous aidant d'un schéma,
expliquer en quelques lignes le principe de fonctionnement de ces capteurs.
DONNEES :
a) Capacité thermique massique de l'eau : ce =4,18 kJ.kg.-1.°C-1
b)
Loi de Stéphan : P = s.T4
où P s'exprime en W.m-2 et s
= 5,67xl0-8 W.m-2.K-4.
1.3
Étude de l'équilibre d'une balle à la surface de l'eau.
Une balle de mousse, homogène, de masse volumique rm = 600 kg.m-3 flotte à la surface de l'eau de cette piscine.
Calculer la valeur du rapport entre le volume immergé et le
volume total de la balle.
2. Chimie : Étude
de la corrosion. (6 points).
DONNEES :
a) Masses molaires atomiques (en g.mol-1) : M(Fe) = 55,8 ; M(Zn) = 65,4
b) Masse volumique du fer : r(Fe) = 7,9.l03 kg.m-3
c) Quantité d' électricité portée pas une mole d' électrons : le Faraday. 1 F = 96500 C
d) Potentiels standard des couples d'oxydoréduction : E°1(Fe2+/Fe) = - 0,44 V
E°2
(Zn2+/Zn) = - 0,76 V
2.1 Demi-équations électroniques
Écrire les demi-équations électroniques relatives aux
couples (Fe2+/Fe) et (Zn2+/Zn).
2.2. Étude de la corrosion
d'une plaque d'acier.
On s'intéresse à une plaque d'acier d'épaisseur d = 4 cm, appartenant à une plate-forme pétrolière située en mer. (L'acier est assimilé, du point de vue de l'oxydoréduction, au fer pur).
Le pouvoir corrosif de l'eau de mer, vis à vis du fer, est noté Pc.
Sa valeur est : Pc = 1,2.l0-4 kg.m-2.h-1.
Ceci signifie qu'il disparaît 1,2.10-4 kg de
fer, par m2 de paroi, et par heure.
2.2.1 Cette plate-forme n'est pas protégé contre la corrosion :
a) Calculer la masse de fer disparue par oxydation, en un an, par mètre carré de plaque.
b) Exprimer, puis calculer, la quantité d'électricité Q, mise en jeu par
cette oxydation, en un an, par mètre carré de plaque.
2.2.2 Cette plate-forme est protégé de la corrosion par des plots de zinc.
a) Justifier le choix du zinc comme élément protecteur.
Quel est le nom de ce type de protection ?
b) Sachant que les plots de zinc sont remplacés lorsque 60 % de leur masse a été consommée par la corrosion, calculer la masse de zinc à fixer sur un mètre carré de plaque pour protéger l'acier pendant un an.