Frage von PaulZX, 37

Physikalische Energie von Feuer?

Aufgrund einer Schulischen Arbeit über ein Patent (eine Art Löschbombe) will ich die Löschwirkung von Wasser auf Feuer (Brennendes Holz) physikalisch mithilfe der Thermodynamik und Verdampfungsenthalpie erklären. Nur habe ich nach langer Recherche bis jetzt keine genauen Anhaltspunkte gefunden.

-Welche Energie liefert eine Flamme in einer Sekunde?

-Wie kann ich diese Energie mit der benötigten Energie des Wassers zum Sieden bzw zum Verdampfen vergleichen??

Ei=c x m x T ? Änderung der inneren Energie

Ei=m x s ? Verdampfungswärme

Wie setzte ich diese Formeln am besten an?

Link zum Patent: https://www.google.com/patents/DE202015002012U1?cl=de

Antwort
von clemensw, 21

Die Energie einer Verbrennung lässt sich durch die Menge des verbrennenden Stoffs pro Zeiteinheit mal der freiwerdenden Energie pro Mol berechnen.

Bei einem "normalen" Brand (z.B. Holz) treten aber gleichzeitig viele unterschiedliche Verbrennungsreaktionen auf - daher ist die freigesetzte Energiemenge nicht einfach berechenbar.

Des Weiteren betrachtest du nur einen Teil der Löschwirkung von Wasser - nämlich die Abkühlung.

Ein anderer wesentlicher Mechanismus ist aber die Verdrängung der Luft (und damit des Sauerstoffs) durch den entstehenden Wasserdampf, wodurch der Brand erstickt wird.

Kurz: Der Ansatz ist nicht zielführend.

Kommentar von PaulZX ,

OK danke 

Antwort
von PeterJohann, 6

Das Modellieren von Feuerszenarien um Brandverlauf und Energiefreisetzung als Basis für ein Löschanlagendesign ist extrem komplex und muss in der Regel vereinfacht und auf wenige zu berechnende Parameter eingegrenzt werden.

Der Brennwert des Brandguts alleine gibt keine genaue Aussage hierzu.

Einfache Modelle gehen von einer bestimmten nicht linear wachsenden Energiemenge aus. Die Energiemenge wird üblicherweise über kleinere Brandversuche und recht große Kaloriemeter bestimmt und dann hochgerechnet. 

Die Brandausbreitungsgeschwindigkeit und bestimmte Dynamiken (Rauchgasverteilung, Kaminbildung, Flugfeuer, Hitzestrahlung....) wird über Großbrandversuche für bestimmte Stoffe und bestimmte Anordnungen des Brandguts (e.g. Holz-Paletten brennen anders als Rundhölzer oder als Holzmöbel) bestimmt.

Aus all diesen Daten ermittelt man dann ein Modell über die Energiemenge die über die Zeit in einem bestimmten Volumen bei einer bestimmten Fläche frei wird.

Bei Löschung mit Wasser wird dann einfach der Energieaustrag durch die Aufnahme an spezifischer Energie und Verdampfungsenthalpie gegen die freiwerdende Energie des Feuers aufgetragen. Sobald die Energieaufnahme durch die Wasserdampfbildung größer wird als die durch den Brand freiwerdende Energie geht man von einer erfolgreichen Brandkontrolle aus.

Die Löschwirkung durch Sauerstoffverdrängung ist bei den meisten Modellen  nebensächlich und spielt nur in kleinen oder sehr dichten Räumen und bei Bränden mit geringer Konvektion eine Rolle.

Die erwähnte "Löschbombe" ist übrigens eher unsinnig- um ein ausreichendes Versprühen des Wasser zu gewährleisten müsste die Sprengladung ausreichend dimensioniert und zentral deponiert sein (es gibt schon lange sogenannte Sprengschläuche= mit Sprengschnur ausgelegt Schläuche die schnell ausgerollt und mit Wasser befüllt werden können= der sehr feine Wassernebel in der Druckwelle hat eine hervorragende Löschwirkung).

Die Kombination von CO2 und Wasser macht hier auch keinen Sinn. CO2 löscht ja primär durch O2-Verdrängung und eine explosive Verteilung führt nur zu einer funktionslosen Verdünnung. Die spezifische Wärme & Verdampfungsenthalpie sind auch sehr viel niedriger als Wasser und daher nicht besonders nützlich zur Wärmeabfugr.

Kommentar von PaulZX ,

Danke. Dass die Löschbombe nicht so super genial ist ist mir selbst durchaus bewusst nur hatte ich damals noch nicht die physikalischen Kenntnisse darüber als ich es quasi "erfunden" habe. :D 

Und es gab einige Versuche mit denen ich ein paar kleinere Lagerfeuer oder brennende Tonnen erfolgreich löschen konnte. ^^

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