Warmtepomp met R744 (CO₂):
Het koudemiddel R744 (CO₂) wordt steeds vaker toegepast in airco- en warmtepompsystemen, zoals in elektrische voertuigen. CO₂ heeft de eigenschap veel warmte op te nemen tijdens het verdampen en veel warmte af te geven bij condensatie. Dit maakt het zeer effectief voor warmteoverdracht. Een belangrijke beperking van CO₂ is echter de kritische temperatuur van 31 °C. Boven deze temperatuur kan CO₂ niet condenseren, wat het moeilijk maakt om bij zomerse buitentemperaturen efficiënt te blijven functioneren. Om dit te verhelpen, is in voertuigen een extra interne warmtewisselaar toegevoegd, die gebruikmaakt van koudemiddel met lage druk tussen de verdamper en compressor om het warme, hogedruk-koudemiddel in de gaskoeler te condenseren.
In vergelijking met andere koudemiddelen, zoals R1234yf, heeft CO₂ veel hogere werkdrukken. De stilstanddruk bij 20 °C is 57 bar, en tijdens bedrijf kan de druk aan de lagedrukzijde oplopen tot 90 bar, met een overdrukklep die opent bij 160 bar. Dit vereist robuustere systemen, zoals een compressor met dikkere wanden en flexibele leidingen met een gegolfde stalen mantel voor bescherming tegen de hoge druk en thermische belasting.
Een belangrijk voordeel van CO₂ als koudemiddel is dat het bij extreem lage buitentemperaturen, zoals onder -10 °C, nog steeds effectief kan verwarmen. In tegenstelling tot R1234yf, dat bij -29 °C kookt, blijft CO₂ gasvormig bij temperaturen onder -79 °C, waardoor het in zeer koude omgevingen kan blijven functioneren. Dit maakt CO₂ bijzonder geschikt voor gebruik in voertuigen als zowel koel- als verwarmingssysteem, met betere prestaties bij lage temperaturen dan traditionele koudemiddelen.
Weerstanden:
In de volgende lijst zien we hoeveel weerstand de componenten hebben die we in de autotechniek tegenkomen:
- Koperdraad van 2 meter lang en een doorsnede van 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Lamp (21 Watt gloeilamp): 1,25 Ω;
- Brandstofinjector benzinemotor (de hoog-ohmige variant): 16 Ω;
- Relais stuurstroomgedeelte: ~ 60 Ω;
- Relais hoofdstroomgedeelte: < 0,1 Ω.
De weerstand van een component hangt veelal af van de temperatuur: de weerstand van het lampje is bijvoorbeeld tijdens het branden veel hoger dan tijdens de meting waarbij hij koud was, waarin de stroomsterkte afneemt naarmate hij warmer wordt.
Hellingsweerstand berekenen:
Over een afstand van 100 meter is het voertuig 5 meter omhoog gereden (zie afbeelding). Dat betekent dat de helling 5% is. De hellingshoek berekenen we met de tanges (tan).
tan α berekenen:
tan α = tegen overliggend / aanliggend = 5 / 100
α = tan⁻¹(5/100) = 2,86°
Tip: druk op de rekenmachine de shift en dan de tan knop in om tan ̄ ¹ te krijgen, en zet (5/100) tussen haakjes te zetten). De uitkomst kan in graden of radialen worden weergegeven, afhankelijk van de instellingen van je rekenmachine. Om van radialen naar graden te gaan, gebruik je de volgende formule:
Graden = Radialen * (180 / π)
Overbrengingsverhouding berekenen:
De overbrenging die het tweede stelsel uitvoert is 5,1. Dit is niet de overbrenging tussen de motor en de wielen, maar tussen de motor en stelsel 1. Nu gaan we de overbrengingsverhouding van stelsel 1 berekenen met de gegevens van stelsel 2, want de omega’s zijn nu wel bekend:
ωZ2 = 4,1
ωD2 = 0,8
Als je nu in het schema kijkt, dan zie je dat de zonnewielen van stelsel 1 en 2 aan elkaar vast zitten. Ook zijn de drager van stelsel 2 en het ringwiel van stelsel 1 met elkaar verbonden. De omega’s van de verbonden delen zijn hetzelfde:
ωZ2 = ωZ1 = 4,1
ωD2 = ωR1 = 0,8
Het is heel belangrijk dat hier goed naar gekeken wordt! Volg altijd de lijnen in het schema.
Deze omega’s vullen we nu in de berekening van stelsel 1 in.