Brander

[ThijssjihT]

Ik heb een vraagje over de brander.

De brander heeft makkelijk gezegd 3 standen: de gele vlam, de blauwe geruisloze vlam en de blauwe ruisende vlam. In deze volgorde van heel heet naar heel, heel, héél heet.

Dat de geruisloze blauwe vlam warmer is dan de gele vlam vind ik makkelijk te verklaren: Er treedt een volledige verbranding op, waardoor alle chemische energie in het aardgasmolecuul wordt omgezet.

Maar als alles wordt omgezet, hoe kan het dan dat de ruisende vlam nog heter kan worden?

Dit i.v.m. zuinig werken. Heb ik met een ruisende vlam meer rendement dan een geruisloze vlam? Waar komt die extra energie vandaan?

[Benm]

Voor zover ik weet verbrand een ruisende vlam gewoon meer gas (en zuurstof) dan de geruisloze. De extra energie komt dus gewoon door het verbranden van meer gas per seconde.

[rwwh]

... en blijkbaar geeft hij niet proportioneel sneller de energie af aan de omgeving. De ruisende vlam is dus dichter bij een zuiver adiabatisch proces waarin uitsluitend de verbrandingsgassen worden verwarmd.

[Benm]

Ook dat inderdaad - de diameter van de vlam veranderd weinig bij de overgang tussen rustig en lawaaiering blauw branden, maar de geleverde energie wel. Bij een bunsenbrander zie je ook duidelijk een feller blauwe 'kegel' ontstaan binnen de vlam. Dit duidt op een verbrandingsproces dat wel volledig is, maar onder hogere druk plaatsvindt dan de geruislose vlam uit dezelfde brander.

Overigens zegt dat niet dat de temperatuur hoger is. Je zou iets even snel kunnen verwarmen met een geruisloze vlam uit een brander met een grotere diameter.

[ThijssjihT]

Bedankt voor de reacties.

Overigens zegt dat niet dat de temperatuur hoger is. Je zou iets even snel kunnen verwarmen met een geruisloze vlam uit een brander met een grotere diameter.

De temperatuur is hoger bij de ruisende vlam

... en blijkbaar geeft hij niet proportioneel sneller de energie af aan de omgeving. De ruisende vlam is dus dichter bij een zuiver adiabatisch proces waarin uitsluitend de verbrandingsgassen worden verwarmd.

Ik snap adiabatisch niet zo goed. Bij een adiabatisch proces zou er minder warmte moeten vrijkomen toch? Maar dat lijkt mij onmogelijk omdat dan de temperatuur oneindig hoog oploopt.

Een adiabatisch proces zou wel verklaren waarom die kegel in de ruisende vlam relatief koud is.

Voor zover ik weet verbrand een ruisende vlam gewoon meer gas (en zuurstof) dan de geruisloze. De extra energie komt dus gewoon door het verbranden van meer gas per seconde.

De toevoer van gas lijkt mij constant. Dus dat zou betekenen dat er onverbrand gas verdwijnt in de lucht bij de geruisloze vlam?

[rwwh]

In de praktijk betekent "adiabatisch" hier dat het proces zo snel verloopt dat er in die tijd geen significant warmteverlies optreedt uit de vlam. Dat treedt het meeste op als alle zuurstof al met het gas is gemengd, zoals in een ruisende vlam. Bij de stille blauwe vlam is de verbranding wel compleet maar is er ook nog "buitenlucht" nodig, en daardoor is het proces trager, en wordt de warmteproductie verdeeld over een grotere ruimte en is er tijd om hitte aan meer lucht af te staan.

[Benm]

De toevoer van gas lijkt mij constant. Dus dat zou betekenen dat er onverbrand gas verdwijnt in de lucht bij de geruisloze vlam?

Het hangt een beetje van de brander af: sommige hebben een draaiknop waarmee je de hoeveelheid gas kunt instellen, andere alleen een luchtinlaat die je verder open of dicht kunt zetten.

Die luchtinlaat bepaalt de verhouding tussen lucht en gas dat direct uit de brander komt. Als je er genoeg lucht bij laat (en de gasstroom voldoende is voor het formaat van de brander) krijg je die ruisende vlam.

De niet-ruisende vlam krijg je als je net te weinig lucht toevoegt voor volledige verbranding van het mengsel dat boven uit de brander komt. Uiteraard is daar ook lucht uit de omgeving aanwezig en in dat geval wel genoeg voor volledige ontbrading van het gas. Gevolg is alleen dat de vlam groter wordt, en daarmee minder 'geconcentreerd' vergeleken met de ruisende situatie.

Bij de gele vlam is zoveel lucht uit de omgeving nodig dat volledige verbranding niet meer haalbaar is. Dat kun je aardig zien als je iets in de gele vlam houdt: er zal zich roet op afzetten.

[ThijssjihT]

Ok, ik snap het.

Er ontstaat bij een ruisende vlam niet meer warmte (leek me al onmogelijk), maar er gaat minder warmte verloren aan de omgeving, waardoor je meer nuttige warmte hebt.

Bedankt!

[Jan van de Velde]

Voor zover ik weet verbrand een ruisende vlam gewoon meer gas (en zuurstof) dan de geruisloze. De extra energie komt dus gewoon door het verbranden van meer gas per seconde.

nee, bij eenzelfde gastoevoer kun je met de luchttoevoerregeling beide vlammen creëren. Verschil is dat je door mét luchttoevoer te werken gas en lucht vooraf mengt, waardoor een groter deel van het gas in een kleiner deel van de vlam verbrandt, vandaar die vlamkegel binnenin met een beduidend hogere temperatuur. Een stille vlam (dus gemaakt met nét voldoende bijgemengde lucht om roetvorming (en dus die gele schijn) uit de vlam te halen is nergens heter dan ca 900°C.

Met Gronings aardgas en optimaal luchtvoormenging (ruisende vlam) kom je zo (vlak onder de top van dat felle blauwe kegeltje) aan 1200-1300°C ,en dicht bij dat soort temperatuur in heel de wand van dat (holle) kegeltje.

(Ik doe die meting een paar keer per jaar als onderdeel van een lesprogramma in vmbo-2)

Dat valt alleen nog te verbeteren door minder "ballast" mee te nemen die schoorsteen in: door hoogcalorisch gas te nemen (in sommige regio's van België komt dat zo uit de gaskraan, minder nutteloos CO₂ in het gas dat niks doet maar wél mee opgewarmd moet worden), en in plaats van lucht zuivere zuurstof toe te voegen: (minder nutteloos N₂ in de lucht dat niks doet maar wél mee opgewarmd moet worden). Ik meen me te herinneren dat je zo (met nagenoeg zuiver methaan en zuivere zuurstof) 1700-1800°C kunt halen. Alleen, de standaard-teclubrander is niet gebouwd om zuivere zuurstof op aan te sluiten, heeft simpelweg de aansluitingen niet.

[Benm]

Dat scheelt nog best veel eigenlijk, tussen het kegeltje en de gewone vlam - had ik niet echt verwacht, al moet ik zeggen dat het in de praktijk meestal ook niet zoveel uitmaakt.

Dat de temperatuur verder omhoog kan door meer zuurstof toe te voeren lijkt me logisch. Dat zou je evt kunnen testen door de brander in een ruimte met meer zuurstof te gebruiken, al betwijfel ik of de brander dat langdurig zal overleven.

Een andere mogelijkheid is om betere brandstof dan methaan te nemen: Zou je het ding bijvoorbeeld acetyleen laten stoken dan verwacht ik een zeer forse toename in temperatuur, ook met lucht als oxidator. Doe je het allebei (met een daarvoor gemaakte brander) dan kom je aan temperaturen > 3000 graden.

[Jan van de Velde]

al betwijfel ik of de brander dat langdurig zal overleven.

Dat valt reuze mee denk ik, de verbranding vindt plaats bóven de brander, de "schoorsteen" van zo'n teclubrander wordt ternauwernood meer dan handwarm.

[Benm]

Anderzijds is pure zuurstof een behoorlijk naar gas. Zaken die bij 20% zuurstof vrijwel onbrandbaar lijken branden in pure zuurstof als een fakkel. Dat zal ook gelden voor het materiaal waarvan de brander gemaakt is - RVS is wellicht nog net veilig, maar ijzer zeker niet.

Voor de leuk even een video van brandende staalwol in lucht en zuurstof: