Consommation d'une ambulance Diesel. Bac Sti2d biotechnologies 2015

Consommation d'une ambulance Diesel. Bac Sti2d biotechnologies 2015

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Rendement global du moteur diesel de l’ambulance.
Le moteur diesel est un moteur thermique à combustion interne, à allumage spontané, utilisant des carburants tels que du gazole, du fuel, ou du mazout.
1. Compléter le schéma de la conversion énergétique qui a lieu dans le moteur diesel en choisissant parmi les termes suivants : énergie thermique, énergie chimique, énergie mécanique.

2. L’ambulance à moteur diesel roule à la vitesse constante v sur un parcours d’une longueur d. Sur ce parcours, l’énergie mécanique fournie par le moteur et utile au déplacement est E_u.
Données : vitesse v = 90 km.h^–1 ; distance parcourue d = 20 km ;
énergie utile E_u = 2,9 kW.h ; rendement r = 26 % ; 1 kW.h = 3,6 x 10⁶ J.
2.1 Montrer que le temps de parcours est t = 800 s.
v = 90 / 3,6 = 25 m /s ; t = d / v = 20 10³ / 25 = 800 s.
2.2 Convertir l’énergie utile E_u en joules, puis calculer la puissance mécanique moyenne utile P_u sur ce parcours.
E_u = 2,9 * 3,6 10⁶ = 1,044 10⁷ ~1,0 10⁷ J.
P_u = E_u / t = 1,044 10⁷ / 800 = 1,3 10⁴ W.
2.3 Sur ce parcours le rendement est de 26%. Calculer l’énergie absorbée.
E_abs=E_u / r = 1,044 10⁷ / 0,26 = 4,015 10⁷~ 4,0 10⁷ = 40 MJ.
Consommation réelle de l’ambulance.
Le Pouvoir Calorifique Inférieur ou PCI d’un carburant est l’énergie que peut fournir 1,0 kg de ce carburant pendant sa combustion (l’eau formée étant à l’état de vapeur).
Données : Pouvoir Calorifique Inférieur du gazole PCI = 43 MJ.kg^–1
masse volumique du gazole r = 0,84 kg.L^–1.
3.1 Calculer la masse de carburant brûlé sur ce parcours.
E_abs/ PCI =40,15 / 43 = 0,9337 ~0,93 kg.
3.2 Montrer que le volume de carburant brûlé sur ce parcours est de 1,1 litre.
0,9337 / 0,84 = 1,1116 ~1,1 L.
3.3 En déduire la consommation réelle de l’ambulance sur 100 km dans ces
conditions.
1,1116 *100 /20 = 5,5578 ~5,6 L.

Influence du parcours sur la consommation de l’ambulance.
4.1 Déterminer le nombre d’accélérations, de décélérations et de paliers de vitesse dans des conditions extra-urbaines.

Vitesse croissante = 4 accélérations.
Vitesse décroissante = 2 décélérations.
Vitesse constante = 5 paliers.
4.2 Déterminer pendant combien de temps l’ambulance roule à la vitesse constante de 70 km.h^–1.
Environ 100 s.
4.3 Combien de temps met l’ambulance pour passer d’une vitesse nulle à la vitesse de 70 km.h^–1 ?
Environ 40 s.
4.4 On peut lire certaines caractéristiques de la voiture diesel sur la fiche technique
du constructeur. Expliquer les variations des consommations données par le constructeur suivant les conditions de parcours.
En conditions urbaines, le nombre d'accélération est très important, d'où la consommation élevée 5,4 L aux 100 km.
En extra-urbain, la conduite est plus régulière et la consommation est moindre, 3,8 L aux 100 km.

Influence de la vitesse de l’ambulance sur la consommation.
La valeur F de la force de résistance aérodynamique exercée par l’air sur une voiture roulant à la vitesse constante v est définie par :
F = ½r S C_x v².
avec r masse volumique de l’air, S section frontale du véhicule,
C_x coefficient sans dimension reflétant l’aérodynamisme du véhicule.
D’autre part S et C_x dépendent de la forme du véhicule et varient peu d’un véhicule à l’autre pour une même catégorie.
5.1 Quelles sont les unités S.I. de F, r, S et v ?
F s'exprime en newton (N), r en kg m^-3, S en m² et v en m s^-1.
5.2 Par combien est divisée la force F si la vitesse est divisée par deux ? Quelle conséquence cela a-t-il sur la consommation de l’ambulance ?
Si la vitesse est divisée par deux, la force F est divisée par 4. La consommation de l'ambulance est plus faible à vitesse réduite.

Influence de la masse de l’ambulance sur la consommation.
6.1 Préciser les paramètres étudiés par les constructeurs pour réduire la consommation des véhicules. Quel est parmi ces
paramètres celui qui différencie les deux ambulances ?
Coefficient de pénétration dans l'air ; coefficient de roulement ; masse du véhicule.
6.2 Sur quelle(s) forme(s) d’énergie mentionnée(s)ce paramètre agit-il ?
L'énergie utile en roulement et l'énergie utile accélération dépendent de la masse du véhicule.
6.3 Calculer l’énergie E_utotale pour les véhicules A et B.

A : 13,5 + 14,7 +16,4 = 44,6 MJ / 100 km.
B : 13,5 +8,9 +9,9 =32,3 MJ / 100 km.
6.4 Déterminer l’écart relatif entre Eutotale(A) et Eutotale(B) par rapport à Eutotale(A) du véhicule A.
(44,6-32,3) / 44,6 =0,276 ( 27,6 %).
6.5 Le gérant de la flotte d’ambulances souhaite faire des économies de fonctionnement, quel type d’ambulance A ou B doit-il privilégier lors de l’achat d’un nouveau véhicule ? Justifier.
A puissance fiscale équivalente, il faut choisir le véhicule B le moins massique : la consommation d'énergie est la plus faible.

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