Next: 3.5 De Interne Verbranding Up: 3. De Eerste Wet Previous: 3.3 De Carnotcyclus Inhoudsopgave Index

Subsecties

• • 3.4.0.1 Koelmachine Hardware

De Carnotcyclus is gebruikt voor vermogen, maar we kunnen hem ook omgekeerd laten lopen. Als dat zo is, is er nu netto arbeid in het systeem en netto warmte uit het systeem. Er zal een hoeveelheid warmte bij de hogere temperatuur worden uitgestoten en een hoeveelheid warmte bij de lagere temperatuur worden opgenomen. De eerstgenoemde hoeveelheid is volgens onze conventie negatief en de laatstgenoemde hoeveelheid positief. Het resultaat is dat er arbeid wordt verricht in het systeem, warmte wordt onttrokken aan een bron van lage temperatuur en wordt afgevoerd naar een bron van hoge temperatuur. De woorden “laag” en “hoog” zijn relatief en de lage-temperatuurbron kan een overvol klaslokaal zijn op een warme dag, waarbij de warmteonttrekking wordt gebruikt om het lokaal te koelen. De cyclus en de warmte- en werkoverdrachten zijn aangegeven in figuur 3.6. In deze werkingsmodus werkt de cyclus als een koelkast of warmtepomp. Waar we voor betalen is het werk, en wat we krijgen is de hoeveelheid onttrokken warmte. Een maat voor dit soort apparaten is de prestatiecoëfficiënt, gedefinieerd als

Figuur 3.6: Werking van een Carnot-koelkast

Voor een Carnot-cyclus kennen we de verhoudingen tussen warmte-in en warmte-uit wanneer de cyclus vooruit wordt uitgevoerd en, aangezien de cyclus omkeerbaar is, zijn de verhoudingen dezelfde wanneer de cyclus achteruit wordt uitgevoerd. De prestatiecoëfficiënt wordt dus gegeven in termen van de absolute temperatuur als

Deze kan veel groter zijn dan de eenheid.

De getekende Carnot-cycli zijn gebaseerd op ideaal gasgedrag. Voor verschillende media zullen ze er echter anders uitzien. We zullen een voorbeeld zien wanneer we tweefasensituaties bespreken. Wat hetzelfde is ongeacht het medium, is het rendement voor alle Carnot-cycli die tussen dezelfde twee temperaturen werken.

3.4.0.1 Koelmachinehardware

Typisch zal het thermodynamische systeem in een analyse van een koelkast een werkvloeistof zijn, een koelmiddel, dat rond een kring circuleert, zoals in figuur 3.7 is aangegeven. De inwendige energie (en temperatuur) van het koelmiddel wordt afwisselend verhoogd en verlaagd door de apparaten in de lus. De werkvloeistof is op één punt kouder dan de koellucht en op een ander punt warmer dan de omgeving. De warmte stroomt dus in de juiste richting, zoals blijkt uit de twee pijlen in de warmtewisselaars.

Figuur 3.7:Schema van een huishoudelijke koelkast

Beginnend in de rechterbovenhoek van het diagram, beschrijven we het proces in meer detail. Eerst gaat het koelmiddel door een kleine turbine of door een expansieventiel. In deze apparaten wordt arbeid verricht door het koelmiddel, zodat de interne energie ervan wordt verlaagd tot een punt waar de temperatuur van het koelmiddel lager is dan die van de lucht in de koelkast. Via een warmtewisselaar wordt de energie van de binnenkant van de koelkast overgebracht op het koude koelmiddel, waardoor de inwendige energie van de binnenkant daalt en de inwendige energie van het koelmiddel stijgt. Vervolgens wordt een pomp of compressor gebruikt om het koelmiddel te bewerken, waardoor extra energie wordt toegevoegd en de inwendige energie verder wordt verhoogd. Elektrische energie wordt gebruikt om de pomp of compressor aan te drijven. De inwendige energie van het koudemiddel wordt verhoogd tot een temperatuur die hoger is dan die van de omgeving. Het koelmiddel wordt vervolgens door een warmtewisselaar geleid (vaak spoelen aan de achterkant van de koelkast), zodat de energie van het koelmiddel wordt overgedragen op de omgeving. Hierdoor wordt de inwendige energie van het koudemiddel verminderd en de inwendige energie van de omgeving verhoogd. Op dit punt wordt de inwendige energie van de inhoud van de koelkast en de energie voor de aandrijving van de compressor of de pomp overgedragen aan de omgeving. Het koelmiddel gaat dan verder naar de turbine of het expansieventiel en herhaalt de cyclus.

Volgende: 3.5 De Interne Verbranding Up: 3. De Eerste Wet Vorige: 3.3 De Carnot-cyclus Inhoudsopgave Index

UnifiedTP