Opgave
Een tropische plantenkas heeft in een jaar een totale hoeveelheid energie van 2,0.1012 J nodig. Deze energie wordt geleverd door een aardgascentrale die gebruikmaakt van warmtekrachtkoppeling.
a) Leg uit wat er bedoeld wordt met de term warmtekrachtkoppeling.
Het rendement van de centrale is 75%.
b) Bereken hoeveel m3 Gronings aardgas de centrale per jaar verbruikt om in de energiebehoefte van de kas te voorzien.
’s Nachts houdt men de temperatuur in de kas op 17 oC. Overdag laat men de temperatuur stijgen tot 33 oC. Tijdens het opwarmen blijft de luchtdruk constant doordat er lucht door kieren en gaten wegstroomt. De lucht in de kas mag beschouwd worden als een ideaal gas.
c) Bereken welk percentage van het oorspronkelijke aantal mol lucht tijdens het opwarmen wegstroomt uit de kas.
Een koelinstallatie voorkomt dat de temperatuur in de kas op zomerse dagen te hoog wordt. De installatie bestaat uit een groot aantal sproeiers die water vernevelen aan de buitenkant van de kas. Als de installatie aanstaat, wordt de kas omhuld door een wolk (nevel) van kleine waterdruppeltjes die verdampen.
d) Op welke twee manieren levert deze wolk een bijdrage aan de koeling in de kas? Licht beide manieren toe.
Uitwerking vraag (a)
• Met warmtekrachtkoppeling wordt bedoeld dat de centrale bij het opwekken van (elektrische) energie (een deel van) de daarbij ontstane restwarmte nuttig gebruikt.
Uitwerking vraag (b)
• De energie die het aardgas per jaar moet leveren is:E = 2,0.1012 / 0,75 = 2,67.1012 J
• Bij de verbranding van 1 m3 Gronings aardgas komt 32.106 J energie vrij (Binas tabel 28).
• Per jaar moet dan 2,67.1012 / 32.106 = 8,3.104 m3 aardgas worden verbrand.
Uitwerking vraag (c)
• Uit de algemene gaswet pV = nRT met p, V en R constant volgt n2 / n1 = T1 / T2 = 290 / 306
• Hieruit volgt n2 = 0,948 * n1
• Er moet dus 5,2% van het oorspronkelijke aantal mol wegstromen.
Uitwerking vraag (d)
• Voor het verdampen van de waterdruppeltjes is energie nodig (want de inwendige potentiële energie van de watermoleculen neemt toe omdat hun onderlinge afstand toeneemt).
• Deze energie wordt (deels) onttrokken aan de plantenkas. Bovendien vormt de nevel een laag om de kas, die de warmtestraling van de zon naar de kas (deels) tegenhoudt.
