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