Titel: Clément-Desormes Vorlesungen über technische Chemie.
Autor: Clément‐Désormes, Nicola
Fundstelle: 1829, Band 33, Nr. XLVIII. (S. 130–146)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj033/ar033048

XLVIII.  Clément-Desormes Vorlesungen über technische Chemie.

Aus dem Recueil Industriel, März 1829, S. 237.

Fortsezung vom Polytechnischen Journal Bd. XXXII. S. 363.

Mit Abbildungen auf Tab. III.

Vierte Vorlesung.

Ueber die Bewegung der heißen Luft in den Schornsteinen.

Man hat es lange vernachlässigt, die Bewegung der heißen Luft in den Kanälen, durch welche der Rauch eines Feuerraumes austritt, zu studiren und die Ursache dieser Bewegung war vor wenigen Jahren noch unbekannt. In berühmten neueren Werken wird bemerkt, daß der Zug der Schornsteine durch die Verdichtung des Wassers hervorgebracht werde, welches von den Verbrennungs-Producten als Dampf mitgerissen wurde und durch seine Verdichtung einen leeren Raum hervorbrachte. Dieß ist aber ganz und gar unrichtig und steht sowohl mit der Theorie als mit der Erfahrung in Widerspruch.

Die Kraft, womit die Luft in einen Schornstein hinaufzusteigen |131| und sich darin fortzubewegen strebt, wird einzig und allein durch die Differenz zwischen dem Gewichte der im Innern des Schornsteins befindlichen Säule verdünnter Luft und der sie äußerlich umgebenden Säule kalter Luft hervorgebracht. Die Theorie der Bewegung der Luft in den Schornsteinen gründet sich auf ein von Torricelli entdektes hydrodynamisches Gesez; es ist das des Gleichgewichts, welches sich zwischen Flüssigkeiten von verschiedener Dichtigkeit herstellt. Jedoch darf dieses Gesez bei den Thatsachen, womit wir uns jezt beschäftigen wollen, nicht mit einer mathematischen Schärfe angewandt werden. Es ist gewiß sehr nüzlich bei dem Studium einer Wissenschaft und bei den Gegenständen, welche man ihren philosophischen Theil nennen kann, sich einer großen Scharfe, einer mathematischen Genauigkeit zu befleißigen; aber diese Schärfe ist nicht mehr nöthig und wird unnüz, sobald es sich darum handelt, die Lehrsäze dieser Wissenschaft anzuwenden; besonders aber ist sie bei den Anwendungen auf die Technik überflüssig, weil man dabei beständig wandelbare Elemente gebrauchen muß; in diesem Falle ist es hinreichend, keinen merklichen Irrthum bei der Construction der Apparate und bei der Einrichtung der Fabriken zu begehen. Der Hauptzwek der Theorie, welche wir in diesem Abschnitt studiren wollen, ist, die Dimensionen kennen zu lernen, welche man den verschiedenen Theilen eines Feuerplazes geben muß, damit so viel Luft das Brennmaterial trifft, daß eine vollständige Verbrennung erfolgt; wir wollen daher zuerst untersuchen, wie viel Luft genau nöthig ist, damit die gewöhnlichen Brennmaterialien vollständig verbrannt werden.

Verbrennung der Holzkohle.

Durch die Vereinigung der Kohle mit Sauerstoff bildet sich ein, dem angewandten Sauerstoffgas genau gleiches, Volum kohlensaures Gas; man kann sich von dieser Thatsache durch einen sehr einfachen Versuch überzeugen, welcher darin besteht, Kohle in atmosphärischer Luft unter einer durch Queksilber gesperrten Gloke zu verbrennen; das Volum des in der Gloke enthaltenen Gases ist vor und nach der Verbrennung genau gleich.

Wir haben schon gesagt, daß ein Kubik-Meter atmosphärische Luft, bei der Temperatur des schmelzenden Eises 0,21 K. M.73) Sauerstoff und 0,79 K. M. Stikstoff enthält; wenn man diese Quantitäten mit dem respectiven specifischen Gewichte eines Kubik-Meters dieser Gasarten multiplicirt, so erhält man

Sauerstoff,
Stikstoff,
0,21 K. M. × 1,434 = 0,301 Kilogr.
0,79 K. M. × 1,260 = 0,997 Kilogr.
1,298 Kilogr.
|132|

Ein Kubik-Meter atmosphärische Luft wiegt also bei 0°, genau 1,298 Kilogramm.

Ein Kubik-Meter Kohlensäure wiegt bei 0°, 1,974 Kilogr.; da nun das Volum des Sauerstoffs, wodurch die Säure erzeugt wurde, dem der Säure gleich ist, so besteht dieser Kubik-Meter Kohlensäure aus 1,434 Kil. Sauerstoff, dem Gewicht eines Kubik-Meters dieser Gasart, und aus 0,540 Kohlenstoff. Ein Kilogramm Kohlensäure enthält also 0,7264 Sauerstoff und 0,2736 Kohlenstoff; oder, mit anderen Worten, 3,65 Kil. Kohlensäure, bestehen aus 1 Kil. Kohlenstoff und 2,65 Kil. Sauerstoff.

Nach dieser Berechnung sind zur vollständigen Verbrennung von 1 Kil. Kohle, 2,65 Kil. Sauerstoff nöthig; und da ein Kubik-Meter Sauerstoff 1,434 Kil. wiegt, so erhalten wir 2650/1434 = 1,848 K. M. für das Volum von 2,65 Kil. dieser Gasart, bei der Temperatur von 0°. Um nun zu erfahren, wie viel Luft nöthig ist, um diese Quantität Sauerstoff zu geben, braucht man nur 1,840 K. M. mit 0,21 oder dem Verhältniß, in welchem es in der Luft enthalten ist, zu multipliciren und man erhält dann 1,840 × (100/21) = 8,80 K. M. Ein Kilogramm Kohle braucht also bei der Temperatur des Eises zur vollständigen Verbrennung 8,80 K. M. atmosphärische Luft.

Da aber das Volum der Gasarten sich in geradem Verhältniß mit der Temperatur vermehrt, so müssen wir in Bezug auf den fraglichen Gegenstand das Volum der Luft auf die mittlere Temperatur reduciren, welche bei uns + 10°,55 (C.) ist. Die Geseze für die Ausdehnung der Gasarten gehören nicht in das Gebiet der technischen Chemie und wir bringen daher bloß in Erinnerung, daß der Coëfficient für diese Ausdehnung 2,67 ist; wenn man folglich erfahren will, um wie viel das Volum einer Gasart durch die Erhöhung der Temperatur vermehrt wurde, so muß man das Volum dieser Gasart bei 0° mit der Anzahl der Centesimalgrade, um welche sich die Temperatur erhöht hat, multipliciren, und das Product durch 2,67 dividiren; wir erhalten dann

8,80 + (8,80 × 10,55)/2,67 = 8,80 + 0,347 = 9,15 K. M.

Zur vollständigen Verbrennung eines Kilogrammes Kohle sind also bei der mittleren Temperatur 9,15 K. M. oder beiläufig 11 Kil. atmosphärische Luft nöthig.

Verbrennung der Steinkohle.

Ueber die Zusammensezung der Steinkohlen haben wir bereits das Nöthige mitgeteilt; da aber nicht alle Steinkohlen die Elemente in |133| gleichem Verhältnisse enthalten, so kann die zu ihrer Verbrennung erforderliche Menge Luft nicht genau festgesezt werden. Indessen können die Berechnungen, welche wir nun anstellen wollen, für die Praxis immer einen nüzlichen Leitfaden abgeben, weil daraus ein unter den meisten Umständen annehmbares mittleres Resultat hervorgeht. Wir nehmen als Beispiel eine Steinkohle, welche 0,800 Kohlenstoff und 0,0167 Wasserstoff enthält; da wir nun schon wissen, daß zur Verbrennung Eines Kilogrammes Kohlenstoff, 9,15 K. M. Luft erforderlich sind, so brauchen wir, um die zur Verbrennung des Kohlenstoffs erforderliche Quantität Luft zu erfahren, nur 0,800 mit 9,15 zu multipliciren, was 7,320 K. M. gibt. Um die zur Verbrennung des Wasserstoffs erforderliche Quantität Luft auszumitteln, muß man zuerst das Volum dieser Gasart aus ihrem specifischen Gewicht, welches 0,073 ist, berechnen; man findet dann, daß 0,0167 Kil. Wasserstoff 1,80 K. M. einnehmen, und da er bei der Verbrennung sein halbes Volum Sauerstoff absorbirt, so braucht man nur 180/2 mit 100/21 zu multipliciren: 0,90 × 100/21 = 4,28 K. M.; addirt man diese 4,28 K. M. zu 7,320 K. M., so ergibt sich, daß 11,60 K. M. Luft bei der mittleren Temperatur zur vollständigen Verbrennung Eines Kilogr. gewöhnlicher Steinkohle nöthig sind.

Verbrennung des Holzes.

Nach der in der vorhergehenden Vorlesung angegebenen Analyse des Holzes enthält gewöhnliches troknes Holz noch 20 Prozent Wasser als Feuchtigkeit und 80/100 vollkommen troknes Holz enthalten nur 0,416 Kohlenstoff. Man braucht also diese Zahl nur mit 9,15 zu multipliciren, welches, wie schon oben bemerkt wurde, das Volum der zur Verbrennung von 1 Kil. Kohle erforderlichen Menge Luft ist; und findet dann, daß 0,416 × 9,15 = 3,806 K. M. Luft von der mittleren Temperatur nöthig sind, um 1 Kilogr. gewöhnliches troknes Holz vollständig zu verbrennen.

Jezt bleibt uns noch übrig, die Geseze zu studiren, nach welchen die Luft den brennbaren Körpern zuströmt, wenn diese entzündet sind, und wenn die Wärme, welche sie entwikeln, die sie umgebende Atmosphäre verdünnt.

Theorie der Schornsteine.

Den Zug zu bestimmen, welcher durch die Verbrennung in freier Luft hervorgebracht wird, wäre unmöglich; übrigens würde diese Aufgabe, wenn sie auch gelöst werden könnte, doch keinen praktischen Nuzen |134| gewähren, und wir werden uns daher nicht damit beschäftigen. Anders verhalt es sich mit dem Zuge, welcher in solchen Feuerräumen erzeugt wird, die durch Wände aus Steinen oder Gußeisen begränzt sind, und von welchen aus die verbrannte Luft durch einen dazu besonders bestimmten Kanal entweicht.

Wir werden zuerst die Geschwindigkeit berechnen, womit die reine erhizte Luft durch diesen Kanal austritt, um die Quantität Luft bestimmen zu können, welche in einer Zeit-Einheit, wozu wir eine Sekunde annehmen, dem Feuerraum zuströmt; und wir werden uns zu dieser Berechnung einer ähnlichen Methode bedienen, wie man sie zur Bestimmung des Wasserquantums, welches ein Strom liefert, anwendet, wozu man bekanntlich nur den Durchschnitt des Kanals und die Geschwindigkeit des Ausflusses zu kennen braucht. Die Erzeugungshöhe dieser Geschwindigkeit ist aber die Differenz, welche zwischen der Länge der äußeren Säule kalter Luft und der Säule der erhizten Luft im Inneren des Schornsteins, Statt findet, wenn leztere auf die Dichtigkeit der äußeren Luft reducirt worden ist; die Geschwindigkeit aber, womit die Luft in die untere Oeffnung des Schornsteins hineinströmt, ist gleich derjenigen, welche ein schwerer Körper erlangt, wenn er frei von einer dieser Differenz gleichen Höhe herabfällt.

Um dieses wichtige Gesez verständlicher zu machen, wollen wir annehmen, man habe in die Seitenwand eines mit Wasser angefüllten großen Gefäßes, welches in AA ' Fig. 1 und 2. vorgestellt ist, eine Oeffnung B gemacht, woran eine knieförmig gebogene Röhre CC ' angebracht ist, die bis an den oberen Rand des Gefäßes hinaufreicht; das Niveau wird sich herstellen und das Wasser in C auf gleicher Höhe wie in A seyn. Nehmen wir nun an, man stelle einen Ofen D unter die Röhre CC ', so wird das darin enthaltene Wasser sich durch die Hize ausdehnen und sein specifisches Gewicht geringer werden; die Wassersäule CC ' wird sich also verlängern müssen, um mit der Säule AB ins Gleichgewicht zu kommen, und die erhizte Flüssigkeit wird steigen und über den oberen Rand C' auslaufen; wenn man zwischen dem Punkt C' und dem Gefäß A eine Verbindung herstellen würde, so wie sie in der Zeichnung durch punktirte Linien angedeutet ist, so würde sich während der ganzen Zeit, daß das Feuer unterhalten wird, eine Circulation herstellen.

Nimmt man nun an, daß die Röhre CC ', an Statt seitwärts, sich in der Mitte des Gefäßes AA befindet, wie sie in Fig. 2. vorgestellt ist, und daß auf irgend eine Art die in CC ' enthaltene Flüssigkeit erhizt wird, so wird sich ebenfalls eine aufsteigende Strömung herstellen und die erhizte Flüssigkeit wird in C' überlaufen.

Das leztere Beispiel bietet ein treues Bild von demjenigen dar, |135| was in einem Schornsteine vorgeht, wo man Feuer macht; das Gefäß AA stellt die Atmosphäre kalter Luft vor und die Röhre CC ' den Kanal des Schornsteins. Die erhizte Luft steigt in die Höhe und tritt durch die obere Oeffnung des Schornsteins in die Atmosphäre aus.

Um die Geschwindigkeit zu erfahren, womit die Luft durch die untere Oeffnung hineindringt, muß man, wie wir bereits bemerkt haben, die Differenz ausmitteln, welche zwischen der inneren Säule verdünnter Luft, reducirt auf die Länge, welche sie haben würde, wenn sie auf die Temperatur der umgebenden Luft erniedrigt wäre, und zwischen der wirklichen Länge des Schornsteins, welches die der äußeren Säule ist. Statt findet. Wir wollen als Beispiel einen Schornstein von 10 Meter Höhe annehmen, dessen mittlere Temperatur 100° (C.) ist, während die Atmosphäre 0° hat; um die Länge der Säule auf 100° erhizter Luft, auf diesen Grad zu reduciren, wollen wir erinnern, daß das Volum der Gasarten mit jedem höheren Grade des hunderttheiligen Thermometers sich am 1/375 vergrößert; so wiegen 100 K. M. Luft von 0° eben so viel wie 137,50 K. M. Luft von 100°, und eine Luftsäule, welche bei 100°, 10 Meter lang ist, würde auf 0° reducirt, nur 7,10 oder 1000/1375 Meter lang seyn.

Die äußere Säule wird bei der Temp. 0° haben 10 M.
und die innere Säule bei 100°, auf 0° reducirt 7,10
––––––
Differenz 2,90

Die Luft wird also in die untere Oeffnung eines solchen Schornsteins mit einer Geschwindigkeit hineinströmen, welche gleich derjenigen ist, die ein schwerer Körper erlangt, wenn er von 2,90 Meter Höhe herabfällt. Um diese Geschwindigkeit zu bestimmen, muß man diese Zahl mit 19,62, dem Coëfficienten des Falles der Körper, multipliciren, und aus dem Product die Quadratwurzel ausziehen; denn nach dem von Galliläi entdekten Geseze ist die Geschwindigkeit, welche die Körper während ihres freien Falles erlangen, den Quadratwurzeln der durchlaufenen Räume proportional; bei unserem Beispiele wird die Geschwindigkeit also seyn

√(19,62 × 2,90) = √56,89 = 7,52 Meter.

Die Geschwindigkeit von 7,52 Meter für die Sekunde ist diejenige, womit die Luft in die untere Oeffnung des Schornsteins hineinströmt, und nicht diejenige, womit sie im Inneren dieses Schornsteins aufsteigt; denn die Differenz zwischen diesen beiden Bewegungen wird noch durch das Gewicht der verbrannten Luft, welche Kohle mit sich reißt, vergrößert. Damit man die angegebenen Berechnungen |136| schneller und leichter anstellen kann, hat Hr. Clément eine Tabelle berechnet, welche die Geschwindigkeiten für eine Sekunde angibt, die ein Körper erlangt, welcher von einer Höhe zwischen 5 Centimeter und 10 Meter herabfällt.

Höhe Geschwindigkeit in 1'' Minute Höhe Geschwindigkeit in 1'' Minute
0,051 1 5 9,91
0,25 2,22 5,50 10,35
0,50 3,13 6 10,85
0,75 3,84 6,50 11,29
1,00 4,43 7 11,75
1,50 5,41 7,50 12,15
2 6,29 8 12,60
2,50 7,01 8,50 12,88
3 7,66 9 13,28
3,50 8,29 9,50 13,68
4 8,87 10 14
4,50 9,40

Wenn die Geschwindigkeit, womit die Luft durch die Oeffnung des Feuerraumes zuströmt, bekannt ist, so braucht man, um ihre Quantität zu bestimmen, bloß die Zahl, welche diese Geschwindigkeit in irgend einer Einheit ausdrükt, mit der Oberfläche dieser Oeffnung, welche in Einheiten derselben Art berechnet ist, zu multipliciren. Wenn wir leztere in dem vorhergehenden Beispiele zu 50 Centimeter Seitenlange annehmen, so erhalten wir 0,50 × 0,50 = 0,25 Quadrat-Centimeter Oberfläche, die mit 7,52 Meter multiplicirt, 1,88 K. M. für die Luft ergeben, welche in diesem Falle in jeder Sekunde durch das brennende Brennmaterial hindurchzieht.

Fünfte Vorlesung 74).

Die wirkliche Geschwindigkeit, womit die verbrannte Luft in einen Schornstein aufsteigt, ist nicht derjenigen gleich, welche in der lezten Vorlesung bestimmt wurde, weil die Luft, in dem sie die Verbrennung unterhalt, eine chemische Veränderung erleidet und dadurch auch ihre Dichtigkeit ändert. Der horizontale Durchschnitt des Schornsteins ist übrigens in den meisten Fällen größer, als derjenige der in seiner Wand angebrachten Oeffnung, durch welche die verbrannte Luft hineintritt; und da die Geschwindigkeit des Aufsteigens der Capacität des Kanales, worin sich die Flüssigkeit bewegt, proportional ist, so verändert sie sich in dem Verhältnisse, als die Oberfläche des Durchschnittes des Schornsteins größer oder kleiner wird. Um diese Geschwindigkeit zu bestimmen, muß man also die Quantität der Luft, welche in den Schornstein hineintrat, durch die Oberfläche des Durchschnittes an der Stelle, wo man die Aufsteigungskraft kennen will, dividiren; und da die großen Schornsteine sich gewöhnlich verengern, |137| so wird diese Oberfläche desto kleiner, je höher sie hinaufkommt und die Geschwindigkeit wird also immer größer werden.

Man kann den Druk, wodurch die heiße Luft in einen Schornstein hinaufgetrieben wird, auf eine directe Weise messen, wenn man an demselben einen mit Wasser gefüllten umgekehrten Heber anbringt. Wenn man in die Seitenwand des Schornsteins, welcher in Fig. 3. im Durchschnitte vorgestellt ist, ein kleines Loch bohrt und darin eine gehörig gekrümmte Glasröhre befestigt, worin sich Wasser befindet, so wird die Entfernung zwischen dem Niveau des Wassers in dem einen und in dem anderen Schenkel der Röhre, in F und in T, die Aufsteigkraft der inneren Säule erhizter Luft anzeigen, wenn man die Differenz zwischen dem Gewichte dieser Säule und demjenigen der äußeren Säule bestimmt; um die Geschwindigkeit, womit die heiße Luft aufsteigt, zu erfahren, braucht man daher bloß noch die Höhe der kleinem Wassersäule, welche diese Differenz angibt, auf eine Luftsäule von gleichem Gewicht zu reduciren und die Geschwindigkeit zu berechnen, welche ein Körper beim Herabfallen von der Höhe dieser Säule erlangen würde. Nehmen wir an, die Differenz des Niveaus betrage einen Centimeter (und mehr wird sie selten betragen), so muß man sie, um diese Reduction anzustellen, mit dem Verhältniß der specifischen Gewichte des Wassers und der Luft, welches beiläufig wie 1 zu 800 ist, multipliciren; man erhält also 0,01 M. × 800 = 8 Meter, und die aus dieser Höhe hervorgehende Geschwindigkeit wird √(19,62 × 8) = 12,60 M. seyn.

Der Sauerstoff der Luft bildet durch Verbrennung des in dem Brennmaterial enthaltenen Wasserstoffs, Wasser in Dampfgestalt, welches auch in diesem Zustande verbleibt und in die Höhe steigt, weil sich die Wärme in einem Schornstein sehr wenig vermindert; der nicht verbrennliche Theil der Luft, der Stikstoff, steigt ebenfalls in die Höhe, weil er auch leichter als sie ist; diese beiden Substanzen verhindern also das Aufsteigen nicht; hingegen ist die durch Vereinigung des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff entstehende Kohlensäure dichter als die Luft und vergrößert daher das Gewicht der verbrannten Luft.

Wir wollen zuerst berechnen, wie schwer ein Kubik-Meter vollkommen mit Kohle gesättigter Luft seyn würde.

Ein Kubik-Meter Luft von 0° enthält, wie wir bereits bemerkt

haben: Stikstoff 0,790 M., welche wiegen 0,997 K.
und Sauerstoff 0,210 0,301
–––––––
Summa 1,298 K.

und da 8,80 K. M. Luft nöthig sind, um 1 Kilogr. Kohle |138| zu verbrennen, so wird 1 Kubik-Meter davon

1 Kilogr./8,80 = 0,114
––––––
verzehren. Summa 1,412 K.

Da die Luft durch ihre Vereinigung mit Kohlenstoff ihr Volum nicht verändert, so wird also ein Kubik-Meter vollkommen mit Kohlenstoff gesättigter Luft, bei 0°, 1,412 Kilogr. wiegen.

Um die mittlere Temperatur eines Schornsteins zu erfahren, kann man in verschiedenen Höhen desselben, z.B. in P, Q, R, S (Fig. 3.) Thermometer anbringen und von den verschiedenen Graden, welche sie anzeigen, das Mittel nehmen, oder auch bloß einen einzigen Thermometer in der Mitte der Höhe aufstellen.

Wir wollen sie zu 100° und die Höhe des Schornsteins zu 20 Meter annehmen und nun die Geschwindigkeit ausmitteln, womit die Vollkommen gesättigte Luft, deren Dichtigkeit wir bei 0° = 1,412 fanden, aufsteigt. Wir werden auch die Dichtigkeit der reinen Luft, welche = 1,298 ist, zur Einheit nehmen und sie = 1,000 sezen. Da sich das Volum der Gasarten mit jedem höheren Grade des hunderttheiligen Thermometers um 1/375 vermehrt, so wird ein Kubik-Meter gesättigter Luft, auf 100° erhizt, 1,375 Meter einnehmen und seine Dichtigkeit wird also dann 1412/1375 = 1020 seyn, und wenn die der Luft zu 1,000 angenommen wird, folglich = 793. Die Länge der

äußeren Säule wird also gleich 20 M.
und die der inneren reducirten Säule = 20 × 793/1000 = 15,80
–––––
Differenz 4,201

und die dieser Höhe zukommende Geschwindigkeit = √(19,62 × 420) = √82,40 = 9,07 M. seyn; nimmt man die Seite des Durchschnittes des Schornsteins = 0,50 M. an, so wird seine Capacität 25 Quadrat-Centimeter betragen, und da die Quantität Luft, welche durch diesen Durchschnitt hindurchgehen wird, durch das Product ihrer Oberfläche in ihre Geschwindigkeit, bestimmt wird, so wird sie 2,28 Kubik-Meter betragen, denn 9,07 M. × 0,25 = 2,28 K. M.

So gut aber auch die Feuerräume construirt seyn mögen, so wird doch die Luft darin niemals vollständig verbrannt und es geht immer noch solche hindurch, die keine Veränderung erlitten hat. Die Quantität derselben ist jedoch sehr wandelbar, weil sie von der Einrichtung des Feuerheerdes, von der Natur und der Form des Brennmateriales und von der Dike der auf den Rost gelegten Schichte abhängt. |139| Man könnte diese Schichte durch Vergrößerung ihrer Dimensionen verringern, aber man wurde dadurch in einen anderen Nachtheil verfallen, dessen Vermeidung noch wichtiger ist, denn wenn Kohlensäure bei einer hohen Temperatur mit Kohle in Berührung kommt, so verbindet sie sich mit derselben zu Kohlenoxydgas und verursacht dadurch einen Verlust von Brennmaterial. Die Luft, welche zur Verbrennung gedient hat, ist also nie vollständig gesättigt, was wir in den vorhergehenden Beispielen vorausgesezt hatten; sie ist gewöhnlich nur zur Hälfte und bisweilen nur zu einem Drittel gesättigt; man kann jedoch, ohne einen Fehler zu begehen, annehmen, daß die Hälfte der durch das Brennmaterial ziehenden Luft unbenuzt durch den Schornstein aufsteigt, und um den Verlust auszugleichen, muß man also dem Brennmaterial die doppelte Menge Luft zuströmen lassen. Da sich die Dichtigkeit der verbrannten Luft, welche alsdann weniger Kohlenstoff als in den vorher untersuchten Fällen enthalten wird, vermindert hat, so wird die Geschwindigkeit, womit sie in den Schornstein aufsteigt, verhältnißmäßig zunehmen; wir theilen hier die Berechnung der Geschwindigkeit mit, welche sie in einem Schornstein von 20 Meter Höhe, dessen Temperatur 100° ist, erlangen wird. Das Gewicht eines Kubik-Meters vollkommen gesättigter Luft, von 0°,

wurde bestimmt zu 1,412 Kil.
und das Gewicht eines Kubik-Meters reiner Luft,
wovon man die doppelte Menge hinzuthun muß, zu

1,298 –
––––––––
Das Gewicht der beiden zur Hälfte gesättigten
Kubik-Meter wird also betragen

2,710 Kil.

Die Dichtigkeit eines zur Hälfte gesättigten Kubik-Meters Luft von 0°, wird also 2710/2 oder 1,355 seyn, und ihre Dichtigkeit bei 100° = 1,355/1,375 = 0,985; nimmt man, wie wir es oben thaten, die Dichtigkeit der reinen Luft zu 1,000 an und reducirt darnach, so beträgt sie, 0,760.

Die Länge der äußeren Luftsäule wird also seyn 20,00 M.
und die der inneren reducirten Luftsäule = 20 × 760/1000 = 15,20
–––––––
Differenz 4,80 M.

Die dieser Höhe zukommende Geschwindigkeit wird √(19,62 × 480) = 9,71 Meter seyn, und von der mit dieser Geschwindigkeit sich bewegenden Luft werden in einer Sekunde durch eine Oeffnung von |140| 25 Quadrat-Centimeter, 9,71 × 0,25 = 2,43 Kubik-Meter entweichen.

Da man bisweilen genöthigt ist, so viel als möglich die Quantität des Rauches zu verringern, welcher immer aus dem Schornsteine eines Feuerraumes entweicht, so gut dieser auch eingerichtet seyn mag, so hat man verschiedene andere Constructionen von Schornsteinen ersonnen. Vor einigen Jahren versuchte man den Rauch von den Badehäusern auf der Seine zu Paris, so zu sagen auf die Oberfläche des Flusses herabzuschütten; man hätte zu diesem Ende oben auf dem vertikalen Schornsteine einen horizontalen Kanal angebracht, welcher den Rauch in eine herabsteigende Röhre führte, die ihn bis in die Nähe des Niveaus des Wassers leitete. Dieses Versuch gelang nicht. Man kann jedoch Schornsteine von dieser Einrichtung mit sehr starkem Zug herstellen, muß aber zu diesem Ende den oberen horizontalen Kanal in einem Kasten circuliren lassen, welcher mit Wasser gefüllt ist, das auf der möglichst niedrigen Temperatur erhalten wird; die mit Kohlenstoff gesättigte Luft kühlt sich in diesem Kanale ab, erhält dadurch ein größeres specifisches Gewicht, als die umgebende Luft und stürzt sich durch ihr eigenes Gewicht in den herabsteigenden Schornstein; unter diesen Umständen wird das Aufsteigen des Rauches durch zwei verschiedene Triebkräfte veranlaßt, durch die Leichtigkeit der verbrannten und heißen Luft in dem aufsteigenden und durch die Schwere der verbrannten erkälteten Luft in dem niedersteigenden Schornsteine75).

Ehemals versah man jeden Ofen in einer Fabrik mit einem besonderen kleinen Schornsteine, wie es noch hinsichtlich der Schornsteine von den Wohnungen der Fall ist; dieß war eine sehr fehlerhafte Methode. Heute zu Tage versieht man die Fabriken mit einem einzigen sehr großen Schornsteine, der zuweilen gegen 150 bis 160 Meter hoch ist und die Verbrennungsproducte einer großen Anzahl von Feuerräumen aufnimmt, so wie eine große Röhre das ihr von einer großen Anzahl kleiner Leitungsröhren zugeführte Wasser. Diese großen Schornsteine werden im Centrum der Fabriken angebracht und der Rauch wird in dieselben durch unterirdische Kanäle hineingeleitet, die unter dem ganzen Boden, welchen die Fabrik einnimmt, fortlaufen; so daß man immer einen Kanal in der Nähe findet, wenn man einen neuen Ofen bauen will und daher keinen besonderen Schornstein zu errichten nöthig |141| hat. Abgesehen von diesem Vortheile, kommen die großen Schornsteine auch wohlfeiler zu stehen, und ihr Zug ist um so stärker, je mehr verbrannte Luft man hineinströmen läßt, in dem man dieselbe mit einer größeren Anzahl von Feuerräumen communiciren läßt. Wenn der Durchmesser des Schornsteines jedoch nicht groß genug seyn sollte, muß man die Vorsicht gebrauchen, zu verhindern, daß die von entgegengesezten Seiten ankommenden Rauchströme sich entgegentreten, wie dieses Fig. 4. durch die punktirten Pfeile in G zeigt. Dieses bewirkt man leicht durch die Errichtung kleiner Scheidewände HH, die sich nur ein wenig über die Oeffnung, durch welche der Rauchstrom zutritt, erheben müssen und dessen Richtung abändern; wenn die Leitung unterirdisch ist, bringt man an ihrem Ende eine Beugung KK an; in diesem lezteren Falle nimmt der von entgegengesezten Punkten herkommende Rauch eine und dieselbe Richtung an, und es ist daher unnüz, noch irgend eine andere Einrichtung zu machen.

Sechste Vorlesung.

Bau der Schornsteine.

Die großen Schornsteine, von deren Vortheilen wir in der lezten Vorlesung sprachen, werden in England ohne beträchtliche Kosten und sehr schnell erbaut, ohne daß dadurch ihre Festigkeit oder ihr schönes Aeußere beeinträchtigt wird; die Fig. 5 und 6. zeigen den Aufriß und Durchschnitt eines solchen zu Wesserling errichteten Schornsteins, welcher zur stündlichen Verbrennung von 300 Kilogrammen (60 Ctr.) Steinkohlen hinreicht; er wurde mit eigens hiezu bereiteten trapezoidalen Steinen gebaut; man kann sie aber durch gewöhnliche rechtekige Bausteine ersezen, ohne daß die größere Dike des Bindungsmittels, welches die Fugen ausfüllt, den Widerstand des Schornsteins gegen die Winde schwächt. Die englischen Arbeiter bauen diese Schornsteine sehr hoch, ohne ein Gerüst zu machen, welches allein in Frankreich oft schon theurer zu stehen kommt, als der ganze Bau in England. Sie machen zu diesem Ende in zwei der inneren Seiten des Schornsteines und in einer Entfernung von zwei bis drei Fuß in der Höhe, Oeffnungen, in die sie das Ende von Balken hineinsteken, auf welchen sie dann einen Boden herstellen. Ein kleiner in der Mitte dieses Bodens, über einer darin gelassenen Oeffnung, angebrachter Wellbaum dient, um die Materialien in die Höhe zu ziehen, welche so den Arbeitern durch die Mitte des Schornsteins zukommen. Wenn die Mauern so weit aufgeführt sind, daß die Arbeiter nicht mehr leicht arbeiten können, bringen sie in die oberen Oeffnungen Balken und stellen so einen neuen Boden her. Sie reißen dann das ganze Gerüst, auf welchem sie sich befanden, weg, mit Ausnahme eines einzigen |142| Balkens, welchen sie immer auf derselben Seite an seiner Stelle lassen, so daß alle von unten herauf zurükgelassenen Balken mit einander eine Leiter bilden, auf welcher die Arbeiter während des ganzen Baues bis oben auf den Schornstein hinaufsteigen können.

Man muß diese Schornsteine so bauen, daß sie von unten hinauf sich sehr verengern und daher auf ihren Grundmauern mit einer sehr breiten Basis aufliegen, welche der Gewalt der Winde widerstehen kann. Es ist unnüz, ihren Wanden eine große Dike zu geben; eine Mauer von zwei oder höchstens anderthalb Steinen, ist in allen Fällen hinreichend; denn jeder Stein muß immer die ganze über ihm liegende Masse tragen, die Mauer mag nun aus vier oder aus zwei Reihen bestehen und sobald er an und für sich so fest ist, daß er Durch dieses Gewicht nicht leidet, ist es hinreichend, daß die Mauer dem Seitendruk widerstehen kann.

Oft ist es nicht nöthig, zum Bau eines Schornsteins Kalkmörtel anzuwenden; in jedem Falle kann er doch bloß zur Außenseite benuzt werden, welche eine niedrige Temperatur beibehält und der Feuchtigkeit ausgesezt ist; das Innere muß immer mit Mörtel von Thon (Ofenerde) gemacht werden, welcher weniger kostspielig ist und wozu man das Material oft bei dem Ausgraben des Grundes des Schornsteins vorfindet.

Um der äußeren Wand immer gleiche Neigung zu geben, bedient man sich in England eines sehr einfachen Mittels, nämlich einer Art von Fallwaage, welche aus einer an einem Richtscheite angebrachten Sezwaage besteht, die in Fig. 7. vorgestellt ist. Die Kante N ist gegen die entgegengesezte Kante M um eben so viel geneigt, als die äußere Wand des Schornsteins es gegen eine senkrechte Linie seyn muß; so oft nun die Kante N an die Mauer angelegt wird und die Schnur mit der Bleikugel, mit der Kante M zusammentrifft, wird offenbar die Mauer gleichmäßig geneigt seyn. Wenn man isolirte Schornsteine baut, so wendet man bisweilen einen Mantel aus Metall an Statt eines mit Mauersteinen aufgeführten an; ein solcher hat aber den Nachtheil, daß er die innere Luftsäule vielmehr abkühlt und daher, unter übrigens gleichen Umständen, einen viel geringeren Zug hat; es kann jedoch Umstände geben, wo es vorteilhaft ist, sich eines solchen zu bedienen, z.B. wenn man eine Fabrik auf einem gepachteten Grunde errichtet, in welchem Falle man einen metallenen Schornstein nach abgelaufener Pachtzeit mitnehmen kann; er muß aber dann aus Kupfer und nicht aus Eisen gemacht werden, weil lezteres Metall sehr schnell verdirbt, wenn es wechselsweise dem Einfluß der Feuchtigkeit und der Wärme ausgesezt wird.

Die Züge (Kanäle) der Rauchfänge für die Wohnungen verfertigt |143| man jezt aus gußeisernen Röhren, welche in das Innere der Wand eingelegt werden, oder auch aus eigens in Gestalt von Kreissegmenten geformten Steinen, welche durch ihre Vereinigung einen kreisförmigen Kanal bilden. Leztere sind zwekmäßiger als die gußeisernen Röhren, welche sich durch die Wärme ausdehnen und dadurch in den Mauern Risse Hervorbringen müssen: dessenungeachtet sind sie nicht so sehr im Gebrauche, wie die gußeisernen. Die Anwendung solcher Röhren, welche nur sechs bis zehn Zoll Durchmesser haben, ist eine große Vervollkommnung in der Einrichtung der Rauchfänge der Wohnungen, deren Oeffnung noch allgemein fünfzig bis hundert Mal zu groß ist.

Einfluß der Winde auf den Zug der Schornsteine.

Die Winde haben auf den Zug der Schornsteine einen desto größeren Einfluß, je weniger schnell der Rauch in denselben emporsteigt. Deßwegen ist derselbe auch besonders bei den gewöhnlichen Rauchfängen der Wohnungen merkbar, in welchen die Aufsteigungs-Geschwindigkeit der verbrannten Luft bisweilen nur einen Viertels-Meter für die Sekunde, hingegen diejenige des Windes oft zwanzig Meter während derselben Zeit, beträgt. Daß die verbrannte Luft mit so geringer Geschwindigkeit in diesen Rauchfangen aufsteigt, rührt hauptsächlich von ihren großen Dimensionen her; ihre untere Oeffnung gewährt einer so beträchtlichen Menge kalter Luft Zutritt, daß die innere Säule sogleich abgekühlt wird und der Rauch in Folge seines specifischen Gewichtes herabzusteigen strebt. Dadurch entstehen Ströme, welche sich in entgegengesezten Richtungen bewegen, wodurch gewissermaßen ein innerer Kreislauf gebildet wird, der schon von Franklin beobachtet wurde; es ist also offenbar, daß, sobald der Wind eine dem Austreten des Rauches hinderliche Richtung hat, lezterer in die Schornsteine, worin dieses Statt findet, zurükgedrängt wird. Der Wind wirkt jedoch nicht immer ungünstig; wenn er vollkommen horizontal und folglich senkrecht auf den Zug des Schornsteins ist, saugt er den Rauch von dessen oberer Mündung gewissermaßen auf und zieht ihn heraus. Diese Erscheinung welche unter der Benennung Mittheilung der Bewegung von der Seite (communication latérale du mouvement) bekannt ist findet auch bei einem horizontalen Kanale Statt, welcher durch eine seitwärts angebrachte Röhre mit einem darunter befindlichen Behälter in Verbindung steht. Wenn eine Flüssigkeit mit einer gewissen Geschwindigkeit in diesem Kanale circulirt, so saugt er das in diesem Behälter befindliche Wasser ein. Venturi, ein sehr ausgezeichneter italiänischer Physiker, hat über diesen Gegenstand ein sehr merkwürdiges Werk bekannt gemacht, welches aber selten wird.

Wenn sich neben dem Schornstein, und zwar auf der Seite, welche |144| derjenigen, von welcher der Wind kommt, entgegengesezt ist, eine Fläche befindet, die sich dem freien Durchgang des Windes entgegenstellt, so stößt er gegen dieses Hinderniß und übt dann in allen Richtungen einen Druk aus, welcher sich dem Heraustreten des Rauches widersezt. Ein gegen diese Fläche gestellter Barometer würde diesen Druk anzeigen und man könnte ihn damit messen. Wenn die Geschwindigkeit, womit der Rauch aus dem Kamine herausfahrt, diesen Druk nicht überwindet, so hört der Zug auf und der Rauch wird wieder in den Schornstein zurükgedrängt, aus welchem er sodann durch die untere Oeffnung entweicht. Befindet sich hingegen die Fläche zwischen dem Wind und dem Schornstein, so entsteht hinter dieser Fläche ein verdünnter Raum, welcher seinen Zug verstärkt und je starker der Wind ist, desto schneller steigt der Rauch auf; denn dieser verdünnte Raum wird durch die von der Seite mitgetheilte Bewegung hervorgebracht, in deren Folge der Wind die Luft, welche sich ruhig hinter der Fläche befand, mit sich reißt und je schneller er ist, desto vollkommener muß der leere Raum seyn.

Apparat um die nachtheiligen Wirkungen der Winde auf die Schornsteine der Wohnungen zu verhindern.

Man hat viele fixe und bewegliche Apparate vorgeschlagen, um die nachteilige Wirkung des Windes auf die Schornsteine zu vernichten; der folgende, welchen man auf der Industrie-Ausstellung zu Paris im J. 1827 sah, scheint seinen Zwek vollkommen zu erfüllen. Er besteht aus einem Cylinder von geschlagenem Kupfer oder Eisenblech, dessen Durchmesser größer ist als jener der Röhre am Ende des Schornsteines, auf welche er so wie es Fig. 8. zeigt, aufgesezt wird. In den Umfang und in die Böden dieses Cylinders ist eine große Anzahl von Löchern gebohrt, durch welche der Rauch austritt; ihr Durchmesser und ihre Anzahl müssen so berechnet seyn, daß die Summe der Oberflächen dieser Oeffnungen größer als die des Durchschnittes der Röhre L ist. Diese Locher werden vermittelst eines konischen Durchschlages hineingeschlagen, welcher sie so zu sagen auslieft und ihnen die Gestalt abgestuzter, oben offener Kegel gibt, deren Basis sich auf den Cylinder stüzt. Man sieht, daß durch diese Einrichtung eine sehr geringe Anzahl von Oeffnungen der directen Einwirkung des Windes ausgesezt ist, von welcher Seite er auch blasen mag, und außerdem verursacht der Wind, wenn er in diese Locher, deren Seiten kegelförmig sind, hineinbringt, darin ein Vacuum, welches den Zug begünstigt. Um diese Wirkung der Ströme auf einen Kegel zu erweisen, hat Hr. Clément einen Versuch angeführt, der sie unwiderlegbar darthut; er besteht darin, einen Kegel aus Papier mit seiner Spize an dem Ende eines gewöhnlichen Stubenblasebalges zu befestigen; wenn man bläst, wird der Kegel zerdrükt und plattet sich ab, weil der durch das Blasen hervorgebrachte Luftstrom die in dem Kegel befindliche |145| Luft mit sich reißt, und sich also darin ein verdünnter Raum bildet, das Papier aber dem Druk, welchen die äußere Luft auf diesen verdünnten Raum ausübt, nicht widerstehen kann, also nachgibt, wodurch sich der Kegel abplatten muß.

Der Wind bringt nicht nur in denjenigen Oeffnungen ein Vacuum hervor, deren Achsen senkrecht auf seiner Wirkung sind, sondern auch in denen, welche an der Seite angebracht sind, die derjenigen, von welcher er kommt, entgegengesezt ist, und zwar durch die oben besprochene sogenannte Mittheilung der Bewegung von der Seite. Es entsteht folglich in diesem Apparate sowohl ein Vacuum vermittelst des Windes, als auch eines gegen denselben, und das Austreten des Rauches wird durch seine Wirkung darin vielmehr begünstigt, als gehemmt.

Wenn es sich darum handelt, einen großen Schornstein für eine Fabrik zu bauen, so kann man keinen Apparat dieser Art anwenden; man muß ihm alsdann eine solche Lage geben, daß er gegen die häufigsten Winde gesichert ist. Manchmal kann es jedoch sehr bedeutende Kosten verursachen, den Schornstein bis über einen Berg, welcher eine nachtheilige Lage hat, hinaufzuführen; man muß sich dann auf eine andere Art zu helfen suchen; in manchen Fällen wird man vielleicht das zu Septveilles (Seine et Marne) angewandte Verfahren benuzen können, wo man sich des Berges selbst als Schornsteines bediente, in dem man durch denselben einen Kanal grub, welchen man mit der Röhre der Schornsteine in Verbindung brachte.

Berechnung des Zuges eines Schornsteins zum Feinmachen des Eisens.

Der Schornstein dieser Oefen hat eine zu hohe Temperatur, als daß man sie vermittelst des Thermometers bestimmen könnte; man muß hiezu ein anderes Verfahren anwenden. Man hängt in der Mitte des Schornsteins ein Stük Eisen von bekanntem Gewicht so lange auf, daß es die nämliche Temperatur, wie der Schornstein, erhalten kann; man zieht es dann heraus und wirft es in Wasser, dessen Gewicht und Temperatur man kennt; das Eisen verliert dann allen überschüssigen Wärmestoff und man untersucht mit dem Thermometer, um wie viel sich die Temperatur des Wassers dadurch erhöht hat. Um die Temperatur des Schornsteins zu erfahren, multiplicirt man die Differenz zwischen derjenigen des Wassers vor und nach der Operation, mit dem Verhältniß seines Gewichtes zu demjenigen des Eisens, und das so erhaltene Product wird mit der Differenz der specifischen Wärme der beiden angewandten Substanzen multiplicirt.

Wir wollen annehmen, das Stük Eisen wiege Ein Kilogramm, und man werfe es in zehn Kilogrammen Wasser von 0°, dessen Temperatur es auf 7 1/2° (C.) erhöhe, so wird es eine Quantität Wärme |146| enthalten, welche hinreichend ist, 10 Kilogrammen Wasser um 7 1/2° zu erhizen, wo 7,5 × 10 = 75, und da die Capacität des Wassers für den Wärmestoff acht Mal größer als diejenige des Eisens ist, so muß man noch 75 mit 8 multipliciren, was die innere Temperatur des Schornsteins zu 600 Graden ergibt.

Wir wollen auch noch die Geschwindigkeit berechnen, welche die verbrannte Luft in einem Schornstein von 10 Meter Höhe erlangen würde, worin sie die angegebene Temperatur hätte.

Temperatur der Luft in der Mitte des Schornsteins 600°. Von dieser Luft wiegt bei 0°76) der Kubik-Meter 1,355 Kilogr., und da dieser als Einheit angenommen wird, so wird die Dichtigkeit dieser

Luft bei 0° = 1,000
Dichtigkeit bei 600° = 1355/(1000 × 600/375) = 1355/3250
= 0,417 und diese, auf die Dichtigkeit der Luft bei 0°,
welche als Einheit angenommen wird, reducirt, wird


= 0,308
Länge des äußeren Schornsteins oder der äußeren Luftsäule = 10 Met.
Länge der inneren Luftsäule = 10 × 308/1000 = 3,08
–––––––
Differenz 6,92
Geschwindigkeit, welche dieser Höhe zukommt = √(19,62 × 6,92) = 11,70 M.
|131|

K. M. bedeutet Kubik-Meter.

A. d. R.

|136|

Am angef. Orte, S. 247.

A. d. R.

|140|

Hr. Jeffrys hat den Rauch in einem niedersteigenden Schornsteine dadurch verdichtet, daß er seinen Zug vermittelst eines Verfahrens verstärkte, welches in vielen Fällen leichter anzuwenden seyn wird, als das von Hrn. Clément angegebene. Es besteht darin, in den niedersteigenden Kanal einen Strom Wasser als feinen Regen streichen zu lassen, welcher den Rauch verdichtet und mit sich reißt. Die Beschreibung desselben findet man im Recueil industr. Bd. VIII. S. 32. (im Polyt. Journ. Bd. XVIII. S. 9.)

A. d. O.

|146|

Man vergl. in der fünften Vorlesung S. 139.

A. d. O.

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