Echtdampf - Brenntstoff Flüssiggas   (Mai 2006)

Allgemeine Infos zu Echtdampf, Brennstoff Flüssiggas, Butan, Propan und Gemische daraus.
 

 
Für das Betreiben von Modelldampfmaschinen kann neben brennbaren Flüssigkeiten (Spiritus, etc.) oder Feststoffen (Kohle) natürlich auch Gas verwendet werde. In Frage kommen vor allem die Flüssiggase Butan, Propan, iso-Butan und Mischungen derselben.

Als Flüssiggase bezeichnet man Gase, die bei Raumtemperatur unter mäßigem Druck verflüssigt werden können. Im Druckbehälter liegt das Gas also als Flüssigkeit vor, nur ein kleiner Teil des Brennstoffes ist tatsächlich gasförmig. Verringert man den Druck durch das Öffnen des Ventils, entweicht das Gas und augenblicklich verdampft flüssiger Brennstoff, und zwar genau so viel wie Gas entnommen wurde. Der Druck im Behälter bleibt gleich, es herrscht also ein Gleichgewicht zwischen flüssigem und gasförmigem Brennstoff. Ein Nebeneffekt davon ist, daß der Druck im Behälter erst dann zu sinken beginnt, wenn kein flüssiges Flüssiggas mehr vorhanden ist. Der Druck im Gasbehälter sagt also nur bedingt etwas über den Füllgrad aus – ein gewisser Nachteil. Dieser Effekt kann z.B. bei Bierzapfanlagen beobachtet werden. Um das Bier aus dem Faß zu drücken verwendet man CO2 (Kohlendioxid, oft auch nicht ganz korrekt als Kohlensäure bezeichnet). Das CO2 liegt als Flüssiggas vor. Der Druck in der Flasche bleibt so lange konstant bei 56,56 bar, bis er dann plötzlich sehr rasch abfällt. Der Druck in der Flasche ist bei Flüssiggasen erst zum Schluß ein Indikator für den Befüllungsgrad. Ganz im Gegensatz dazu kann ein Taucher bei seiner Druckluftflasche ständig den Luftverbrauch anhand des fallenden Druckes in der Flasche berechnen. Die Druckluft ist eben „nur“ komprimiertes Gas, aber kein Flüssiggas.

Zurück zu den Gasen die für das betreiben von Modelldampfmaschinen in Frage kommen. Übliche Gase sind Butan, Propan und deren Mischungen. Der Siedepunkt von reinem Butan liegt bei -0,5°C, der von reinem Propan bei -42°C. Näherungsweise (Butan und Propan sind chemisch relativ ähnlich) kann man davon ausgehen, daß der Siedepunkt von Mischungen prozentuell entsprechend dazwischen liegen. Die Berechnung ist einfach:
30%Butan+70% Propan = (-0,5)*.0,3+(-42)*0,7 = -29,55°C. Folgend ist eine Tabelle für das Gemisch Propan - Butan sowie die dazugehörige Siedepunktskurve zu finden. Wie schon gesagt, diese Berechnung ist diese lineare Kurve nur eine Näherung, für das Betreiben der Modelldampfmaschine aber ausreichend.
Propan Siedepunkt [°C] Butan
0% -0,50 100%
10% -4,65 90%
20% -8,80 80%
30% -12,95 70%
40% -17,10 60%
50% -21,25 50%
60% -25,40 40%
70% -29,55 30%
80% -33,70 20%
90% -37,85 10%
100% -42,00 0%

Welches Gas (welche Gasmischung) verwenden?
Im Winter ist es bekanntermaßen kalt. Temperaturen unter -0,5°C bedingen wegen des Siedepunktes von Butan also, daß das Butan ohnehin (also auch ohne Druck) nicht mehr als Gas sondern als Flüssigkeit vorliegt. Natürlich verdampft es deswegen nicht mehr, flüssiges Butan ist demnach nicht mehr für einen Gasbrenner geeignet - logisch!
Daraus Folgt: Je kälter es ist, desto mehr Propan im Gasgemisch. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von iso-Butan. Der Siedepunkt von iso-Butan liegt bei -12°C, es ist also für nicht allzu kalte Tage geeignet.
Im Sommer können zu tief siedende Gemische oder reines Propan Probleme machen, weil sie sich nicht mehr so ohne weiteres im (zu warmen) Gastank verflüssigen. Das in den Gastank einströmende Flüssiggas verdampft augenblicklich. Im Gastank baut sich dadurch ein Druck auf. Dieser Druck ist aber zu klein um das Gas zu verflüssigen, verhindert aber, daß weiters Flüssiggas nachströmt.

 
Richtiges Befüllen des Gastankes:
Im Wesentlichen wird beim Befüllen des Gastankes eine Flüssigkeit unter Druck umgefüllt. Die Flüssigkeit folgt natürlich der Schwerkraft, das Umfüllen erfolgt entsprechend aus dem Vorratsbehälter kopfüber in den Gastank der Dampfmaschine (gilt auch für alle anderen Umfüllvorgänge wie z.B. ins Feuerzeug, etc.). Das Flüssiggas rinnt gestützt vom Druck im Vorratsbehälter in den Gastank, der Idealerweise unter geringerem Druck steht. Die Umfüllung erfolgt auf diese Weise rasch, Verluste werden gering gehalten.
Dementsprechend öffne ich den Gashahn des Gastanks beim Befüllen ein klein wenig. Ein kleiner Teil des einströmenden Gases kann somit entweichen. Dies hat zwei Effekte. Weiteres Flüssiggas kann leichter nachströmen, da der Druck im Gastank nicht übermäßig ansteigt. Außerdem kühlt das Gas beim Expandieren ab, der Gastank wird kälter und das nachströmende Flüssiggas bleibt leichter in der Flüssigphase.
Um die Temperatur des Gastanks zu senken ist es Ebenfalls möglich Gas direkt aus der Gasflasche auf den Tank strömen zu lassen. Das expandierende Gas kühlt den Tank ebenfalls (Holzhammermethode). Das Zünden des Brenners erfolgt danach natürlich erst nach gutem Lüften, es besteht Verpuffungsgefahr - diese Methode eignet sich definitiv nicht für geschlossene Räume!
Gefahrenhinweis:
Flüssiggas bildet beim Verdampfen verhältnismäßig viel Gas: 100g (~160mL) flüssiges Butan ergeben ca. 40Liter Gas! Zündfähige Gemische entstehen ab ca. 1,4 Vol.% (Butan) bis ca. 10,9 Vol.% (Propan). D.h. 100g Butan bilden bereits in 500l (0,5m³) bis 8m³ (2*2*2m) zündfähige Gemische. Befindet man sich in der Nähe von Zündquellen oder will man selbst den Brenner zünden ist also immer Vorsicht geboten! Insbesondere in geschlossenen Räumen kann eine ungewollte Zündung durch Funken erfolgen – das Betätigen eines Lichtschalters oder Ziehen eines Netzsteckers kann ausreichen!
Am besten man bleibt mit der Modelldampfmaschine im Freien und man achtet auf ausreichende Lüftung! Dies gilt umsomehr für geschlossene Räume, ausreichende Lüftung ist unbedingt notwendig! Gasbrenner sind kein Spielzeug für Kinder! Ausdrücklich verweise ich auf die Eigenverantwortung beim Bedienen von Gasbrennern!
   
 

Literatur

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Text: ©up,  
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