Titel: Ueber die Wirkung des Einblasens heißer und kalter Luft in Oefen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1831, Band 39, Nr. XLII. (S. 113–117)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj039/ar039042

XLII. Ueber die Wirkung des Einblasens heißer und kalter Luft in Oefen.

Aus dem Boston Mechan. Mag. im London Mechan. Mag. N. 379. 13. November S. 194.

Die Entdekung, welche man neuerlich machte, daß, wenn man die Luft erwärmt, ehe man dieselbe in den Ofen blasen läßt, Brennmaterial dadurch erspart wird, schien äußerst sonderbar, und erregte hohes Interesse. Man stellte mehrere Hypothesen auf, um diese Erscheinung zu erklären, hat aber, wenigstens so viel mir bekannt wurde, die Sache noch immer nicht gehörig erklärt. Da ich früher mehrere Versuche über den Wärmestoff anstellte, so will ich auch hier den Versuch einer Erklärung wagen, oder wenigstens doch meine Ansicht über diesen Gegenstand mittheilen. Ich werde keine neue Theorie über den Wärmestoff aufstellen, und will nicht untersuchen, ob er ein eigentlicher Stoff oder eine besondere Bewegung ist: was ich hier sage, wird sich auf jede Theorie anwenden lassen, die wahr ist.

In den meisten Fällen, in welchen man große Hize braucht, kommt es auf die Menge der Luft, die durch das Feuer zieht, eben nicht an, wenn anders das Feuer in der gehörigen Hize erhalten wird, |114| oder, mit anderen Worten, wenn dieselbe Temperatur mittelst einer geringeren Menge Luft, die durch das Feuer zieht, erhalten werden könnte, so wäre es eben so gut. Um Ein Pfund Holzkohlen zu verbrennen, braucht man 2,8 Pfund Sauerstoff, oder 13 1/3 Pfund atmosphärische Luft. Nehmen wir an, daß dadurch eine Hize von 20,000° F. (beinahe + 9000° R.) entstünde, oder daß die Temperatur der Luft von 50° F. (+ 8° R.) auf 20,050 F. (+ 9,008° R.) gehoben würde, so würde, wo kein Wärmestoff durch Ausstrahlung oder Leitung verloren ginge, wenn diese Luft unter einer Temperatur von 50° in das Feuer geblasen worden wäre, offenbar nie eine höhere Temperatur als 20,050° F. erzeugt worden seyn können. Wenn ein Theil des Brennmateriales und der Luft zur Heizung des übrigen Theiles der Luft gebraucht wird, welche in Kesseln oder anderen Gefäßen enthalten ist, die so gebaut sind, daß die Luft, so wie sie durch den Schornstein zieht, beständig in Berührung mit den Gefäßen kommt, welche weniger erwärmte Luft enthalten, so kann dadurch dieser Luft eine Temperatur ertheilt werden, die beinahe im Verhältnisse zur Menge des verbrannten Brennmateriales steht. Wenn ein Drittel des Brennmateriales zu diesem Ende verbraucht wird, so kann es dieser Luft eine Temperatur des Drittels von 20,000° wenigstens ertheilen: dieß gibt 6716° mit Zuzählung von 50°. Wenn die noch übrigen zwei Drittel Brennmateriales in dieser Luft verbrannt werden, so wird die Temperatur bis auf 20,000° erhöht, und nach Justiz von 6716, auf 26,716. Dieß ist also die Temperatur des Feuers, wenn heiße Luft gebraucht wird. Man seze, es soll in einem Ofen eine Temperatur von 18,000° hervorgebracht werden, und die Menge Wärmestoffes, welche in Einer Minute aus diesem Ofen entweicht, wenn keine Luft durch das Feuer zieht, kühle denselben um 4000° ab: es muß also dem Ofen jede Minute eine Menge Wärmestoffes von 4000° nachgeliefert werden. Es ist offenbar, daß die Temperatur der Luft, welche zur Verbrennung verbraucht wird, wenn sie den Ofen verläßt, wenigstens eben so hoch seyn muß, als die Temperatur des Ofens, d.h. 18,000°. Wenn man nun kalte Luft braucht, so kann diese nur 20,050° – 18,000° = 2050° ihrer Wärme dem Ofen ertheilen. Wenn aber erhizte Luft zur Verbrennung verbraucht wird, wird dieselbe Menge Luft 26,716° – 18,000° = 8,716° Wärmestoff liefern. Allein in diesem Falle konnte das Eine Pfund Brennmateriales nur mehr zwei Drittel der Menge heißer Luft liefern, wodurch eine Reduction auf 5811° entsteht. Die Menge Wärmestoffes, welche dasselbe Brennmaterial dem Ofen in dem ersten Falle ertheilt, verhält sich zu jener im zweiten Falle, wie 2050: 5811; um also dieselbe Hize dadurch zu unterhalten, daß man die Luft wärmt, ehe sie in den |115| Ofen geblasen wird, kann das Brennmaterial in demselben Verhältnisse vermindert werden.

Man wird einsehen, daß dort, wo eine größere Hize nothwendig ist, noch mehr Brennmaterial erspart werden kann; daß aber bei einer geringeren Hize weniger oder gar keine Ersparung, ja selbst Schaden Statt hat, wenn ein Drittel des Brennmateriales verbrannt wird, um die zwei anderen Drittel der Luft zu heizen: indessen läßt sich immer eine kleine Ersparung dadurch erlangen, daß man nur eine geringe Menge Brennmateriales zur Erhizung der Luft verwendet, ehe man dieselbe in den Ofen blasen läßt. Wenn die Witterung warm ist, könnte dieselbe Menge Brennmateriales eine etwas höhere Temperatur hervorbringen, wenn die Luft dann nicht die Neigung hätte eine größere Menge Wassers in sich aufgelöst zu erhalten: aus welchem Grunde, so wie auch aus noch einigen anderen Rüksichten, man die Abwechslungen der Temperatur der Witterung nach meiner Ansicht bei diesen Untersuchungen ohne allen wesentlichen Fehler gänzlich vernachlässigen kann. Ich will daher die Temperatur der Atmosphäre bei meinen Untersuchungen unwandelbar auf + 50 Fahrenh. (+ 8 R.) sezen, und die Wärme von diesem Punkte an berechnen, wodurch die Untersuchung sehr vereinfacht wird. Wenn die Hize, welche durch Verbrennung eines gewissen Brennmateriales in kalter Luft erzeugt werden kann, und die nöthige Temperatur des Ofens bekannt ist, so läßt sich leicht eine Formel zur Bestimmung der Menge Brennmateriales finden, dessen man zur Erhizung der Luft bedarf, wenn ein Maximum der Wirkung hervorgebracht werden soll. Z.B. Es sey A die verlangte Temperatur des Ofens; B, die höchste Temperatur, welche erlangt werden kann, wenn kalte Luft zur Verbrennung angewendet wird; C, die gesammte Menge Luft, welche zur Verbrennung einer gewissen Menge Brennmateriales gebraucht wird; x, die Menge, deren man zur Heizung der noch übrigen Luft bedarf; y, die Temperatur, welche man der Luft gibt, ehe sie in den Ofen geblasen wird. Es wird also B x C = der ganzen Menge des entwikelten Wärmestoffes, und (Cx) A = der Menge desselben, welche mit der Luft aus dem Ofen austritt, und xy = der Menge, welche mit der Luft entweicht, die man zur ersten Verbrennung brauchte; daher BC – (Cx) Axy = der Menge, die den Verlust im Ofen zu ersezen hat. Aus dem Obigen ergibt sich, daß

C : x : : B : y = Bx/C.

Für y der Werth in obiger Gleichung substituirt, wird

BC – (Cx) Ax²B/C.

|116|

Wenn C = 1 gesezt wird, so erhält man aus Obigem B – (1 – x) Ax²B. Wenn man nun finden will, wann dieser Ausdruk ein Maximum ist, so differenzire man, und seze das Differential = 0, nämlich

Adx – 2 Bxdx = 0.

A – 2 Bx = 0.

2 Bx = A.

x = A/2 B.

Um ein Beispiel der Anwendung dieser Formel zu geben, seze man die verlangte Temperatur des Ofens 10,050 oder 10,000 F. wärmer als die Temperatur der Atmosphäre. Die größte Hize, welche bei dem angewiesenen Brennmateriale in kalter Luft hervorgebracht werden kann, sey 12,000°. Es ist also

2 = 10,000/(2 × 12,000) = 5/12.

In diesem Falle sollte also etwas weniger als die Hälfte des Brennmateriales zum Heizen der noch übrigen Luft, ehe sie in den Ofen geblasen wird, verbrannt werden.

Aus dieser Formel läßt sich leicht beweisen, daß, wenn man die Luft auf diese Weise heizt, nie eine Hize erzeugt werden kann, die zwei Mal so groß wäre als diejenige, welche man durch Verbrennung des Brennmateriales in kalter Luft erhält, obschon sie derselben sehr nahe kommen kann: denn in diesem Falle würde x gleich der ganzen Menge des zu verbrennenden Brennmateriales.

Wir haben gesehen, daß, wenn man die Luft auf diese Weise heizt, der Ofen in einer beliebigen Temperatur unterhalten werden kann, und weniger Brennmaterial nothwendig ist, als bei der gewöhnlichen Methode. Wir wollen nun die Wirkungen beachten, welche entstehen, wenn man einen Eisenschmelzofen in einer Temperatur hält, die von der gewöhnlichen etwas abweicht. Die meisten Eisenerze fordern nur einen solchen Grad von Hize, daß sie in gewöhnlichen guten Oefen leicht geschmolzen werden können. Gewöhnlich werden zwei oder mehrere Arten von Erzen gemengt und zugleich geschmolzen, und man sezt denselben Kalk zu, um die Erde von dem Metalle zu scheiden. Allein, man erreicht dadurch nicht immer seinen Zwek vollkommen; einiges Eisen bleibt mit der Erde verbunden; einiges Eisen, das bereits zu Metallkügelchen gebildet wurde, bleibt in den Schlaken hängen, indem es nicht flüssig genug geworden ist, um ganz zu Boden zu fallen. Wenn die Temperatur in manchem Ofen niedriger gehalten würde, als gewöhnlich, würde das Schmelzen nur sehr langsam vor sich gehen, oder wohl gar aufhören, und das Erz könnte |117| Monate lang im Feuer blechen, ohne reducirt zu werden. Wenn man die Temperatur etwas höher halten würde, würde das Erz hinlänglich geschmolzen werden, und die Schlaken würden so flüssig werden, daß die kleinen Metalltheilchen in denselben zu Boden sinken und sich am Boden anhäufen könnten. Wahrscheinlich würde man auf diese Weise einen Unterschied in der Güte des Eisens erhalten. Wir haben gesehen, daß, wenn heiße Luft zum Verbrennen gebraucht wird, ein Ofen in höherer Temperatur gehalten werden kann, als nach der gewöhnlichen Methode, ohne daß man eine größere Menge Brennmateriales hierzu nöthig hätte. Die Auslage, die man hat, den Ofen eine lange Zeit über in halber Schmelzhize zu halten, wird also auf diese Weise gänzlich erspart. Ich vermuthe, daß der Hauptvortheil,63) welchen man an den Clyde Iron works durch diese Verbesserungen erhielt, darin bestand, daß man die Oefen etwas heißer, als gewöhnlich, hielt, obschon ich nirgendwo diesen Umstand bemerkt fand.

Die Luft, welche man zum Verbrennen im Ofen brauchte, kann mit Vortheil zur Erhizung jener Luft verwendet werden, welche man in der Folge noch verbrennen wird: dadurch wird Brennmaterial erspart. Ich erwarte, daß man diesen Grundsaz auch auf Dampfmaschinen anwenden wird. Nach den besten Daten, die ich mir verschaffen konnte, finde ich, daß das Gewicht der Luft, welche in Dampfmaschinen, in welchen man Kohks brennt, verbrannt wird, gewöhnlich etwas mehr als das doppelte Gewicht des Wassers ist, welches in Dampf verwandelt wird. Diese Luft kann in eine höhere Temperatur, als die des siedenden Wassers gebracht werden: es ist aber nur etwas weniges mehr als der vierte Theil jenes Wärmestoffes nöthig, um die Temperatur eines gegebenen Gewichtes atmosphärischer Luft um eine gewisse Anzahl Grade zu erhöhen, den man braucht, um die Temperatur eines gleichen Gewichtes Wassers in flüssigem Zustande um dieselbe Anzahl von Graden zu erhöhen. U.A. B.

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Der Vortheil, auf welchen hier hingedeutet wird, ist dieser, daß man Eisen bei heißer Luft mit 3/4 jenes Kohlenbedarfes schmilzt, den man bei kalter Luft nothwendig hat, und daß die Menge des Erzeugnisses am Ofen selbst bedeutend vergrößert wurde. Alle Ofen zu Clyde werden mit solcher Luft geblasen, die, ehe sie in den Ofen kommt, auf 220 Fahrenh. (beinahe + 85° R.) geheizt wird, was in Gefäßen aus Gußeisen auf Oefen geschieht, wie bei den Kesseln der Dampfmaschinen. Nach dem Glasgow-Chronicle soll Großbritannien durch diese Verbesserung jährlich 200,000 Pfd. Sterl. (888,888 Dollars) Brennmaterial ersparen. A. d. O.

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