Évaluation et éléments de corrigé

Rendement énergétique et hybridation
1. Energie nécessaire pour vaincre la résistance de l’air :
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Nom :
Prénom :
Classe :
Date :
La force de traînée visqueuse (résistance de l'air) F = ½ ρ.V².Cx.A
Cx = 0,4, aire frontale A = 2 m², vitesse moyenne V = 100 km/h, masse volumique de l'air ρ = 1,2 kg/m3
Force de traînée :
Travail de la force de traînée pour un trajet de 100 km :
2. Energie nécessaire pour vaincre la résistance au roulement :
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La force de résistance au roulement (pneu sur route) Rr = M.g.Cr, la pesanteur g = 9,81 m/s²
Le Cr (coefficient de résistance au roulement) de la voiture est de 0,02, la masse du véhicule M = 1,2 T
Force de résistance au roulement :
Travail de la résistance au roulement pour 100 km :
3. Energie nécessaire pour franchir les dénivellations :
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L’énergie potentielle acquise par le véhicule lors d’une dénivellation Ep = M . g . ∆H
La masse du véhicule est M = 1,2 T, la dénivellation cumulée à franchir sur le parcours ∆H = 200 m
Energie nécessaire au franchissement de la dénivellation :
4. Energie nécessaire pour mettre le véhicule en mouvement :
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L’énergie cinétique acquise par le véhicule mis en mouvement Ec = ½ . M . V²
La masse du véhicule est M = 1,2 T, la vitesse de croisière V = 100 km/h,
Le véhicule devra, sur le trajet, être mis 5 fois en mouvement de 0 à sa vitesse de croisière.
Energie nécessaire à la mise en mouvement :
5. Quantité d’énergie consommée effectivement par le véhicule :
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La consommation du véhicule est de 6 l/100 km,
Le carburant est un Gazole avec un pouvoir calorifique de 36 MJ/l.
Energie dégagée par la combustion :
6. Bilan énergétique et rendement global :
Energie nécessaire (1+2+3+4) :
Rendement énergétique global estimé :
7. Le véhicule est un véhicule hybride :
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L’énergie engagée pour la mise en mouvement et la montée en altitude est récupérée pour moitié lors
des décélérations par production d’électricité utile à la charge des batteries,
L’hybridation est mixte « série – parallèle », la gestion du basculement de modes est assurée par un
calculateur qui permet d’accroitre le rendement du moteur de 10% en le faisant fonctionner au plus près
des combinaisons charge/régime réduisant la consommation spécifique.
Energie nécessaire corrigée
(1 + 2 + 3 corrigé + 4 corrigé) :
Energie calorifique nécessaire (en fonction du rendement
amélioré) :
Consommation prévisible du véhicule en fonctionnement
hybride optimisé en litres par km :
8. Le véhicule est un véhicule hybride :
Expliquer en quelques lignes au dos en quoi la réduction de la consommation des véhicules automobiles
constitue un enjeu majeur aujourd’hui.
Éléments de réponse :
Force de traînée :
F = 0,5.1,2.(100 000/3600)².2.0,4 = 370 N
Travail de la force de traînée pour un
trajet de 100 km :
Pour un trajet de 100 km, le travail de la traînée est :
Wa = F.L = 370 . 100 000 J = 37 MJ
Force de résistance au roulement :
Rr = M.g.Cr = 1200 . 9,81 . 0,02 = 235 N
Travail de la résistance au roulement
pour 100 km :
Wr = Rr.L = 235 . 100 000 J = 23 ,5 MJ
Energie nécessaire au franchissement de
la dénivellation :
Ep = M . g . ∆H = 1200 . 9,81 . 200 = 2,35 MJ
Energie nécessaire à la mise en
mouvement :
Ec = ½ . M . V² = 0,5 . 1200 . (100 000/3600)² = 0,46 MJ
Ec pour 5 remises en mouvement : 2,3 MJ
Quantité de chaleur dégagée par la
combustion au cours des 100 km :
Ecal = PCI . V = 36 . 6 = 216 MJ
Energie nécessaire (1+2+3+4) :
En = 37 + 23,5 + 2,35 + 2,3 = 65,15 MJ
Rendement énergétique global estimé :
Le rendement global du véhicule η = 65,15/216 = 0,3 = 30 %
Energie nécessaire corrigée
(1 + 2 + 3 corrigé + 4 corrigé) :
E néc = 37+23,5+1,17+1,15 = 62,82 MJ
Energie calorifique nécessaire (en
fonction du rendement amélioré) :
E cal néc = 62,82 /0,4 = 157,05 MJ
Consommation prévisible du véhicule en
fonctionnement hybride optimisé en litres
par km :
Conso = 157,05/36 = 4,36 l/100km
Expliquer en quelques lignes au dos en
quoi la réduction de la consommation des
véhicules automobiles constitue un enjeu
majeur aujourd’hui.
La réduction de la consommation des véhicules automobiles
permet, d’une part, de limiter la ponction opérée par la circulation
automobile sur les ressources en énergie pétrolière, dont le coût et
le prévisible épuisement posent un problème majeur à nos
sociétés. Cette réduction permet par ailleurs de limiter la
production de gaz à effet de serre liée à la circulation automobile,
et donc de limiter son impact sur le réchauffement climatique et
ses conséquences prévisibles très préoccupantes.