Corrosion, chaudière à gaz, régulation de température, BTS FED 2023. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ... Corrosion des éoliennes offshore. ( 7 points) Afin de limiter la corrosion des fondations des 67 éoliennes offshores de Courseulles, d’une profondeur en sous-sol marin de 25 mètres, un dispositif de protection cathodique a été mis en oeuvre. Les anodes sacrificielles sont composées de 95 % d'aluminium, 5 % de zinc et 0,1 % d’autres éléments métalliques. La masse résiduelle des anodes sacrificielles en fin de vie sera de 15 % de leur masse initiale suite à la transformation de l'aluminium en ions Al3+ qui se dissolvent dans l'eau. L’objectif de cette partie est de montrer l’intérêt d’une anode sacrificielle. 1. Écrire les demi-équations électroniques des couples Al3+/Al et Fe2+/Fe. 2. En déduire l’équation d’oxydo-réduction entre l’ion fer II et le métal aluminium. 2 fois {Al(s) --> Al3+aq + 3e-.} 3 fois {Fe2+aq + 2e- --> Fe(s)}. Ajouter :2Al(s)+3Fe2+aq + 6e- -->3 Fe(s)+2Al3+aq + 6e-. Simplifier :Al(s)+3Fe2+aq -->3 Fe(s)+2Al3+aq . 3. On cherche à étudier expérimentalement une pile fer/aluminium. Pour cela le laboratoire dispose du matériel suivant : un voltmètre, un pont salin, deux béchers, des pinces crocodiles, une solution molaire d’ions Fe2+, une électrode en aluminium, des fils de connexion, une électrode en fer ainsi qu’une solution molaire d’ions Al3+. 3.1. En utilisant le matériel disponible, proposer une expérience, qui peut être mise en oeuvre pour mesurer le potentiel d’une pile fer/aluminium. Illustrer la réponse par un schéma légendé. 3.2. Indiquer sur le schéma légendé précédent : la cathode, l’anode ainsi que le sens de circulation des électrons dans le circuit électrique. Données : Potentiels standards : E°(Al3+/Al) = - 1,22 V ; E°(Fe2+/Fe) = - 0,44 V 3.3. Donner la valeur de la différence de potentiel U qui devrait s’afficher sur le voltmètre.. -0,44-(-1,22)=0,78 V. 4. Rédiger une note de synthèse présentant les avantages et les inconvénients de la protection contre la corrosion par anode sacrificielle Avantages : protection du fer contre la corrosion. Elles n'utilisent pas d'énergie. Solution peu couteuse. Les réactions chimiques mises en oeuvre sont ni dangereuses ni toxiques. Inconvénient : durée de vie limitée. Il faut les surveiller afin de les remplacer quand elles sont trop usagées. B. Chaudière gaz à condensation (sur 5 points) Le centre aquatique est équipé d’une chaudière gaz à condensation. Cette technique de chauffage garantit un rendement élevé, une longue durée de vie et de faibles frais d'entretien. Données : • Puissance maximale de 187 kW. • Rendement normalisé : 109 % (dont 15 % grâce à la récupération de la condensation des fumées). • Pouvoir calorifique du méthane : PC = 50 MJ kg-1 Lors de la combustion complète du méthane (CH4) avec le dioxygène (O2) de l'air, il se forme du dioxyde de carbone (CO2) et de la vapeur d’eau (H2O) qui transfèrent de l’énergie à l’eau du circuit de chauffage. L’objectif de cette partie est d’anticiper la commande annuelle de méthane pour le chauffage du centre aquatique. 1. Écrire l'équation bilan de la réaction de combustion complète du méthane. CH4 +2O2 --> CO2 + 2H2O. 2. Montrer que la puissance Pm dégagée par la combustion du méthane est de l’ordre de 200 kW pour cette chaudière gaz à condensation. 187 /(1,09 -0,15)~199 kW. 3. En déduire la valeur de la masse de méthane m qui doit être brulée chaque année par la chaudière, en considérant qu’elle fonctionne à plein régime durant 120 jours entiers. Energie (kWh) =puissance (kW) x durée (heure) =200 x120 x24 =5,76 105 kWh. 5,76 105  x 3600 =2,07 109 kJ=2,07 106 MJ. Masse de méthane : 2,07 106 / 50 =4,1 104 kg. ... .... C. Régulation de la température (sur 8 points) Afin de contrôler la température ambiante du centre aquatique, des sondes de température d’ambiance sont installées. Le capteur de température de ces sondes est un « Pt100 » : c’est un conducteur ohmique dont la valeur de la résistance varie avec la température. On souhaite tracer la caractéristique de transfert de ce capteur pour un intervalle de température [0 °C – 100 °C]. L’objectif de cette partie est de valider ou non l’utilisation d’une sonde à Pt100. 1. Caractéristique de transfert du capteur Pt100. 1.1. Présenter la stratégie expérimentale à mettre en oeuvre pour tracer la caractéristique de transfert de la sonde Pt100. La résistance de la sonde est mesurée à l’aide de l’ohmmètre en même temps que la température de la sonde. L’ohmmètre est placé à la sortie de la sonde plongée dans un bain thermostaté de température variable. On note la résistance en fonction de la température. 1.2. Le traitement des résultats par un tableur permet d’obtenir la caractéristique représentée ci-dessous :La température de l’eau du bassin sportif est réglée à 26 °C. La température ambiante est habituellement réglée sur 2 °C de plus que la température de l'eau. Relever la valeur de la résistance R correspondant à la température ambiante. 2. La sensibilité S d’un capteur correspond à la variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d'entrée. 2.1. En justifiant la réponse, donner la valeur et l’unité de la sensibilité S de la sonde S1Pt100. 30 / 80 =0,375 W °C-1. 2.2. Une autre sonde S2 de type Pt1000 de sensibilité 3,8 S.I. est disponible. Indiquer celle qu’il est préférable de choisir en justifiant la réponse. La sonde S2 a une sensibilité plus grande, elle sera plus précise et sera donc choisie.. 3. Temps de réponse Lors d'une variation brusque de la température extérieure, l'équilibre thermique du capteur n'est pas atteint immédiatement. Le temps de réponse du capteur est de l’ordre de 20 s. Expliquer ce que signifie « temps de réponse de l’ordre de 20 s ». Cette valeur de temps de réponse est-elle compatible avec l’utilisation de ce capteur pour une sonde de température d’ambiance ? Justifier la réponse. Temps de réponse :  vitesse à laquelle le capteur est capable de réagir aux changements de la variable mesurée. La température ambiante varie lentement. ( quelques dizaines de minutes). Un temps de réponse de 20 s est compatible.

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