Camping-car : enjeux énergétiques, sécurité sur la route  : Bac Sti2d ( SPCL) métropole 09 / 2013


Enjeux énergétiques.
Mr Moncar cherche à évaluer suel sera l'impact carbone d'un moteur à essence et d'un moteur diesel en calculant et en comparant les émissions de CO2. On donne les consommations sur autoroute d'un moteur diesel ( 7,1 L aux 100 km et d'un moteur essence ( 9,6 L aux 100 km. La capacité du réservoir est V = 120 L.
Quelle distance moyenne peut-on parcourir sur autoroute avec un réservoir plein ?
Diesel : 120 /7,1 *100 = 1,69 103 km ; essence : 120 / 9,6 *100 =1,25 103 km.
Quel est le coût du carburant pour un trajet de 500 km ?
Prix d'un litre de gazole :1,354 € ; de l'essence : 1,545 €.
Diesel : 7,1*5*1,354 =48,1 € ; essence : 9,6*5*1,545 =74,2 €.
  Citer un inconvénient à l'utilisation du gazole et un inconvénient à l'utilisation de l'essence.
Le gazole devient solide à partir de -5°C : on doit lui ajouter un antigel l'hiver. L'essence, plus volatile que le gazole, présente des risques d'explosion en cas d'incendie.
Compléter l'équation de combustion de l'heptane.
C7H16 +11O2 ---> 7CO2 +8H2O.
Déterminer la masse d'heptane consommée pour parcourir 100 km.
On assimile l'essence à de l'heptane pur.Masse molaire de l'heptane : M = 100 g/mol ;
 masse volumique de l'heptane r = 680 g/L. La consommation mixte ( ville et autoroute) du véhicule à essence est égale à 10,7 L aux 100 km.
masse d'heptane = volume ( L) fois masse volumique ( g/L) = 10,7*680 =7276 g ~.7,28 kg.
Montrer que la uantité de matière d'heptane consommé pour parcourir 1 km est 0,73 mol.
Masse d'heptane pour parcourir 1 km : m=72,76 g ; quantité de matière n = m/M = 72,76 / 100 ~0,73 mol.

Déterminer la quantité de matière de CO2 produite par le camping-car par km.
D'après les nombres stoechiométriques de l'équation ci-dessus : nCO2 = 7 n = 7*0,7276 =5,0932 ~5,1 mol.
En déduire la masse de CO2 produite par km.
M(CO2) = 44 g/mol ; m(CO2) = nCO2 M(CO2) = 5,0932*44 ~224 g / km.



Un camping-car équipé d'un moteur diesel produit 194 g de CO2 par km parcouru en consommation mixte. Comparer l'impact CO2 des deux modèles.
Le moteur diesel, dans les mêmes conditions de circulation, produit environ 10 % de CO2 en moins que le moteur à essence.
Quel est l'inconvénient majeur lié à la motorisation diesel ? Quelle est la solution proposée par l'industrie automobile ?
Les gaz d'échappement rejetés par les moteurs diesel contiennent des particules fines, poisons mortels Les véhicules neufs sont équipés de filtres à particules.
Citer un avantage et un inconvénient du moteur diesel par rapport au moteur à essence ?
Avantage : masse de CO2 rejeté inférieure ; inconvénient : rejet de particules fines nocives pour les anciens modèles.

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Vitesse et sécurité sur la route.
  Relever les valeurs du couple et de puissance développée pour le moteur fonctionnant à 3000 tr/min sur le document suivant.

Vérifier pour cette vitesse angulaire la relation entre la puissance et le moment du couple.
3000 tr /min = 3000 / 60 *2*3,14  rad/s ; w = 314,6 rad/s.
Puissance ( W) = vitesse angulaire ( rad/s) fois moment du couple ( Nm).
P =64 103  et 314,6*200 =62,8 103 W.  Ces deux valeurs sont cohérentes, l'écart relatif étant inférieur à 2%.
Montrer que l'énergie cinétique d'un véhicule de masse m = 3000 kg ayant une vitesse v = 100 km/h est égale à 1,16 MJ.
Ec= ½mv2 avec v = 100 / 3,6 =27,78 m/s.
Ec= =0,5*3000 *27,782 =1,157 106 J ~1,16 MJ.
En déduire la variation d'énergie cinétique de ce véhicule qui s'immobilise lors d'un choc frontal.
L'énergie cinétique finale est nulle ; DEc = 0-1,16 106 = -1,16 106 J.

Vérifier l'affirmation suivante.
"A 100 km/h on le compare à une chute verticale de 13 étages".
Hauteur d'un étage : 3 m ; hauteur de 13 étages : H= 13*3 =39 m
Variation d'énergie cinétique lors d'une telle chute : mgH = 3000*9,8*39=
1,15 106 J.





A l'aide des documents suivants, pour un véhicule roulant à 100 km/h, déterminer la distance d'arrêt, la distance parcourue pendant le temps de réaction, la distance parcourue pendant le temps de freinage.

La distance d'arrêt est de 88,6 m.
Le temps de réaction est d'environ 1 s : pendant ce temps le véhicule parcourt 27,8 m.
La distance parcourue pendant le freinage est 88,6-27,8 =60,8 m.
Caractériser le mouvement pendant la phase de freinage et montrer que l'accélération moyenne est a = -6,3 m s-2.
La vitesse moyenne diminue linéairement de 27,8 m/s à zéro. Le mouvement est uniformément décéléré.
La pente de la droite oblique est égale à l'accélération : -27,8 / (5,5-1) = -6,2 m s-2.

Pourquoi est-il important de vérifier régulièrement la pression des pneus ?
L'adhérence du véhicule à la route est plus faible en cas de gonflage inadapté.
La pression relative recommandée pour ce véhicule est 3,3 bar. Que signifie " pression relative" ? Quel instrument la mesure ?
Il s'agit de la pression de l'air à l'intérieur du pneu diminuée de la pression atmosphérique. Un manomètre mesure une pression.
Calculer la pression absolue ( en bar) dans le pneu. La pression atmosphérique vaut 1,01 105 Pa = 1,01 bar.
3,3 +1,01 ~4,3 bar.


 



  

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