Capeta Staeah Ext S1
Capeta Staeah Ext S1
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CAPETA
SESSION 2011
Concours : EXTERNE
Section : Sciences et technologies des agroquipements
et des quipements des amnagements hydrauliques.
Option B : Equipements des amnagements hydrauliques.
SUJET
STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT
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Question A
La rgulation des coulements surface libre
La rgulation (niveaux ou dbits) constitue souvent une ncessit pour amliorer les performances des
rseaux coulements surface libre.
Diffrentes technologies sont utilises, certaines sont fondes sur lapplication du Principe dArchimde.
Le document 1 explicite partiellement, partir dextraits de la notice de lquipement, le fonctionnement
dune vanne de rgulation utilise dans les rseaux dassainissement pluviaux.
A1 Dcrire,
en
utilisant
la
reprsentation
GRAFCET
(GRAphe
Fonctionnel
de
Commande
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Nota :
SH
1 2
2 3H
Question B
Les transferts dnergie dans les systmes hydrauliques
Les transferts dnergie dans les coulements hydrauliques peuvent tre globalement explicits par deux
thormes : le thorme de Bernoulli et celui dEuler.
Malgr cette apparente simplicit, la rsolution des problmes associs aux systmes hydrauliques est plus
ou moins complexe et ncessite la mise en uvre de techniques calculatoires spcifiques.
Question B1
B11 Ecrire, le thorme de Bernoulli sous ses trois formes usuelles (nergie, pression, hauteur de fluide).
Expliciter tous les termes et les units associes.
B12 Expliquer, ce qui diffrencie principalement les thormes de Bernoulli et dEuler.
B13 Lutilisation de formules monmes de pertes de charge unitaires simplifie les techniques calculatoires
en hydraulique.
Ecrire sous forme monme, en respectant les notations ci-dessous, la formule de Manning et Strickler
(applique aux coulements en charge) ;
En dduire la valeur des coefficients lorsque le coefficient de rugosit, KS est gal 80.
Nota :
Se rfrer aux notations suivantes :
J = a Qn D- m
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Avec
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Question B2 ( points)
Le document 2 reprsente le systme hydraulique simple permettant de mettre en uvre des techniques
calculatoires plus ou moins complexes.
Ce systme est constitu dun rservoir de grande dimension et dune chemine dquilibre (rservoir qui
peut vacuer tout le dbit entrant, quel que soit celui-ci). Un ensemble de conduites de mme nature (AB,
BD, CD et DE) relie le rservoir et la chemine dquilibre.
Nota :
Considrer que les sorties du rservoir (A, C) et lentre de la chemine (E) sont toujours immerges.
Calculer les pertes de charge linaires laide de la formule de LECHAPT ET CALMON :
j= 1,1 L Q1,89 D-5,01 Avec j : perte de charge linaire en mCE ;
L : longueur de la conduite en km ;
Q : dbit en m3.s-1 ;
D : diamtre intrieur en m.
Ngliger les pertes de charge singulires.
B21 Dterminer la diffrence de charge entre A et C ;
Justifier la rponse.
B22 Lorsque le dbit transit de C vers D est gal 15 L.s-1,
B221 Calculer la cote minimale du plan deau du rservoir.
B222 Tracer, sur lannexe B, le plan de charge et la ligne pizomtrique pour le parcours A B D E.
B23 Lorsque la diffrence de niveau diffrence de niveau entre le rservoir et la chemine dquilibre est de
10 m,
Calculer les dbits dans les conduites.
B24 Lorsque lon prlve au point B un dbit 10 L.s-1 et que la diffrence de niveau entre le rservoir et la
chemine dquilibre est de 5 m, les vitesses dans les conduites ne dpassent pas 2,5 m.s-1.
B241 Dterminer graphiquement, sur lannexe C, les pertes de charge dans les conduites.
Prciser le point du systme partir duquel vos tracs de courbes caractristiques sont raliss.
B242 Calculer les dbits dans les conduites par la mthode dHardy-Cross ;
Prsenter, dans un tableau, au moins deux itrations successives.
Question C
Le traitement deau au chlore
Outre le mouvement hyginiste, certaines ides ou volutions sociales se conjuguent pour favoriser la mise
en place des rseaux deau.
Vers 1850, des fontaines publiques poussoir et des robinets d'eau apparaissent Paris dans certaines
cours d'immeubles.
En 1854, le Baron Haussmann, prfet de la Seine, est trs dubitatif quant la fiabilit de l'eau de la Seine
(qui constitue alors la principale source d'alimentation en eau) et est favorable des captages de sources
proches de Paris.
A la fin du XIXme sicle, la qualit sanitaire de l'eau potable devient un objectif majeur. Des procds de
filtration lente de l'eau sont mis en place Saint-Maur et Ivry.
Ds 1906, les villes de Nice et de Chartres sont parmi les premires villes de France utiliser l'ozone pour
dsinfecter l'eau. Toutefois, le recours au chlore et ses drivs se dveloppe aprs la Premire Guerre
mondiale.
C1 Expliciter les principales ides dfendues par le mouvement hyginiste.
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C2 La solution de Berthollet (eau chlore) volua au cours du 19me sicle. Les chimistes Cotelle et
Fouchet mirent au point ds 1868 un procd de fabrication industrielle ; mais il faut attendre la fin des
annes 1950 pour voir apparatre sur le march une solution d'hypochlorite de sodium concentre.
C21 Citer le nom usuel de la solution d'hypochlorite de sodium vendue dans le commerce.
C22 Dans les pays francophones, cette solution est caractrise par son degr chloromtrique.
Exemple : sur un berlingot de 250 mL , 48chl dpar t usine.
C221 Dfinir le terme degr chloromtrique .
C222 Ecrire lquation chimique de formation du dichlore en milieu acide.
C223 Dterminer, d'aprs les indications de l'tiquette (exemple ci-dessus), la concentration
molaire en ions hypochlorites et la concentration massique en dichlore.
C224 Reprsenter, en utilisant la mthode de Lewis, la molcule dacide hypochloreux HClO.
En dduire le nombre (degr) doxydation de llment chlore dans la formule HClO.
C3 La destruction des micro-organismes de leau, en vue dobtenir une eau potable, est dautant plus
efficace que la forme non ionise HClO de lacide est grande.
C311 Ecrire lquation acido-basique de dissociation de lacide hypochloreux dans leau.
C312 Exprimer le pourcentage de lespce HClO en fonction du pH et de la constante dacidit Ka du
couple (HClO/ClO-)
Calculer ce pourcentage pH = 6,0 et pH = 8,0 ;
C321 Dterminer graphiquement daprs le document 3, une valeur approche du rapport
[HClO]/[ClO-] pH = 6,0 et 8,0.
C322 Commenter les rsultats obtenus en les mettant en perspective avec laction dsinfectante de
lacide hypochloreux.
Donnes
Tableau des masses molaires :
lment
Masse molaire (g.mol -1)
H
1,0
Cl
16,0 35,5
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Question D
Le fonctionnement dun systme hydraulique avec pompage
Un systme de pompage simple relie un rservoir une tour de distribution. Cette tour est quipe de
16 ajutages, rpartis sur 4 niveaux, afin de crer des jets dcoratifs.
Tous les ajutages peuvent tre tous ouverts, les 16 ajutages dbitent alors 15 L.s-1.
Louverture peut tre galement faite par niveau (ouverture simultane des 4 ajutages dun mme niveau).
Lalimentation du rservoir est automatise de faon ce que le dbit entrant corresponde au dbit sortant
de la tour quelle que soit la configuration douverture des ajutages .
Le document 5 reprsente le systme de pompage simple. Il fournit ses caractristiques et complte les
donnes ncessaires.
D1 Dterminer le nombre dtages que doit avoir la pompe.
D2 Dterminer les cotes des plans deau minimum et maximum dans le rservoir.
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Document 1
Vanne de rgulation A
A partir de documents Ramus
Bras articul
Flotteur
C
B
Diaphragme
Vue gnrale
A
D N = Diamtre Nom inal
x = Dbit nominal
Co urbe de rg ulatio n
P lage de rg ulatio n
0,7 m
Vue de face
Courbe caractristique
Manomtre
Etat 0
Etat 1
Etat 3
Etat 4
Caractristiques :
- Ralisation en inox 304L ; paisseur 6 mm
- Moyeu sur bague et rondelles en bronze
- Appui de lopercule sur sige en PEHD
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Dbit
(L.s-1)
100 210
210 350
DN
(mm)
400
500
Document 2
Systme hydraulique
Dbit dentre
Chemine
dquilibre
Rservoir
B
Niveau minimum
dans la chemine
30,00
20,00
18,00
Dbit de sortie
Caractristiques
Toutes les conduites sont de mme nature
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Document 3
Dosage pH mtrique de lacide hypochloreux
A partir du logiciel libre Dozzzaqueux
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10
12
14
pH
10
12
14
16
18
20
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Document 4
Systme de rgulation du Chlore
A partir de documents Milton Roy et S Gnoul
Principe :
La dsinfection par chloration a lieu aprs processus de production deau potable.
La mesure du chlore libre sert piloter le dosage en NaOCl.
Le temps de contact eau/chlore doit tre de 10 min minimum avant le point de mesure. La distance entre l'injection et
la mesure doit donc tre suffisante.
En France, la concentration en chlore libre (rsiduel) maintenue dans leau est gnralement comprise entre 0,1 et
0,3 mg/L.
Mlangeur statique
Venturi
Clapet
anti-retour
Vanne
Vanne
Sonde
Mesure du
chlore libre
Filtre
Electropompe
doseuse
NaOCl
Rgulateur
de chlore
Sous-systme de rglage
de la cylindre de la pompe
Moteur lectrique
Clapet
Sous-systme de transformation
du
mouvement
de
rotation
continue de larbre du moteur en
mouvement
de
translation
alternatif du piston
(rapport de rduction de 1/100)
Membrane
Electropompe doseuse
Piston
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Document 5
Systme hydraulique
Dbit entrant
(gal au dbit sortant)
Tour de distribution
Ajutage
Rservoir
Donnes et caractristiques
Conduite reliant le rservoir la tour de distribution :
Longueur = 700 m ; Diamtre Intrieur = 125 mm ;
Les pertes de charge totales seront calcules laide de la formule de LECHAPT ET CALMON :
j= 1,1 L Q1,89 D-5,01 Avec
j
: perte de charge linaire en mCE ;
L
: longueur de la conduite en km ;
Q : dbit en m3.s-1 ;
D : diamtre intrieur en m.
Ngliger les pertes de charge dans le rservoir et la tour.
Pompe :
Equations de la courbe de tendance de la caractristique pour un tage :
HMT = -0,0028 Q2 + -0,01665 Q + 8
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BERFI
Nom :
(EN MAJUSCULES)
Prnoms :
Date de naissance :
N ne rien inscrire
Spcialit ou Option :
PREUVE :
19
Centre dpreuve :
Date :
N ne rien inscrire
FIX 12-40/100
Exemple de dsignation :
FIX 12x100/25 - 8
12 diamtre de la cheville et de perage (mm)
100 longueur de la cheville (mm)
25 paisseur maxi pice fixer (mm)
Mur Bton
Echelle :
Partie complter
Dessin, en coupe, de la vis de fixation
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BERFI
Nom :
(EN MAJUSCULES)
Prnoms :
Date de naissance :
N ne rien inscrire
Spcialit ou Option :
PREUVE :
19
Centre dpreuve :
Date :
ANNEXE B
Plan de charge et ligne pizomtrique pour le parcours ABDE
N ne rien inscrire
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BERFI
Nom :
(EN MAJUSCULES)
Prnoms :
Date de naissance :
N ne rien inscrire
Spcialit ou Option :
PREUVE :
19
Centre dpreuve :
Date :
ANNEXE C
Dtermination graphique des dbits
N ne rien inscrire
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