Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Lees onderstaande artikel:
De consument die een koud colaatje wil, plaatst het in een zuil die in het verkooppunt staat en het drankje in 45 s koelt. `Ons systeem levert een energiebesparing op van meer dan 80% ten opzichte van de deurloze koelingen die in veel supermarkten en restaurants te vinden zijn', vertelt projectleider Patrick Beks van het Nederlandse Re/genT, dat de achterliggende koeltechniek bedacht.
In de zuil zit een waterbad van ongeveer 50 l, met een ijsbuffer aan de wand. Om een snelle warmteoverdracht van het koude water op een blikje te krijgen, draait het blikje in een baan door het waterbad, waarbij het ook om de eigen as draait.
`Als dit met een bepaalde straal en snelheid gebeurt - de waardes zijn geheim - dan koelt het blikje snel en spuit een koolzuurhoudende drank er niet uit wanneer je het blikje openmaakt', aldus Beks. Bij deze optimale snelheid gaan de vloeistof in het blikje en het water op een unieke manier draaien, waardoor de koolzuurbelletjes onverstoord blijven (geen hogere kinetische energie krijgen). Door daarnaast de beweging te pulseren, koelt de vloeistof uniform.
Energieverbruik
Als de machine dagelijks tweehonderd blikjes van 500 ml koelt van kamertemperatuur naar 6 °C, is het energieverbruik 2,8 kWh, ten opzichte van zo'n 14 kWh per dag voor deurloze koelers. Beks: `Qua koelcapaciteit komt het systeem overeen met een huishoudkoelkast, waarbij we de meest energiezuinige compressoren gebruiken. Maar V-tex genereert alleen ijs wanneer het geen producten hoeft te koelen. Zo kan het bijvoorbeeld `s nachts in een lange tijd met weinig energie een ijsbuffer opbouwen. Daarnaast heeft het een waterinhoud van maar 50 l in plaats van zo'n 500 l bij commerciële koelÂkasten.'
Het consortium maakt V-tex tevens geschikt voor huishoudelijk gebruik. Daarnaast is er volgens Beks al interesse van `een grote multinational' om het systeem te integreren in een koelkast.
Bron: Technisch weekblad, 3 oktober 2013.
Opgaven:
Het koelen van blikjes is een kwestie van warmte-overdracht.
a) Welke vormen van warmte-overdracht zijn er?
b) Welke vormen vinden plaats in de V-tex?
c) Welke vorm zorgt ervoor dat een blikje sneller koelt dan in een gewone ijskast?
Voor het snel koelen is het van belang dat het blikje om zijn eigen as draait.
d) Geef twee redenen waarom.
e) Bereken hoeveel warmte vrijkomt bij het koelen van één blikje zoals beschreven onder `Energieverbruik'.
Iemand zegt dat daar uit volgt dat je het rendement van de V-tex kunt berekenen door deze waarde te delen door het energieverbruik van 2,8 kWh.
f) Heeft hij gelijk? Licht je antwoord toe.
Uitwerking vraag (a)
Geleiding, stroming, straling.
Uitwerking vraag (b)
Geleiding en stroming.
Uitwerking vraag (c)
Stroming: Het koude water stroomt snel langs het blikje.
Uitwerking vraag (d)
1. Daardoor beweegt aan de buitenkant het koude water langs het blikje;
2. In het blikje krijg je ook stroming,waardoor de hele vloeistof koelt.
Uitwerking vraag (e)
Voor de warmte geldt: Q = c * m * ΔT. Invullen geeft:
Q = 4,18 * 103 * 100 * 14 = 5,85 * 106 J = 1,6 kWh.
Uitwerking vraag (f)
Het rendement van een proces is het gedeelte van de toegevoerde energie dat zorgt voor de temperatuurstijging. In dit geval is er sprake van energiedaling. Dus zou er sprake zijn van een negatief rendement. Dus heeft hij geen gelijk.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
