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. Ueber die Wirkung des Einblasens heißer und kalter Luft in Oefen. Die Entdekung, welche man neuerlich machte, daß, wenn man die Luft erwaͤrmt, ehe man dieselbe in den Ofen blasen laͤßt, Brennmaterial dadurch erspart wird, schien aͤußerst sonderbar, und erregte hohes Interesse. Man stellte mehrere Hypothesen auf, um diese Erscheinung zu erklaͤren, hat aber, wenigstens so viel mir bekannt wurde, die Sache noch immer nicht gehoͤrig erklaͤrt. Da ich fruͤher mehrere Versuche uͤber den Waͤrmestoff anstellte, so will ich auch hier den Versuch einer Erklaͤrung wagen, oder wenigstens doch meine Ansicht uͤber diesen Gegenstand mittheilen. Ich werde keine neue Theorie uͤber den Waͤrmestoff 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 Faͤllen, 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 gehoͤrigen Hize erhalten wird, oder, mit anderen Worten, wenn dieselbe Temperatur mittelst einer geringeren Menge Luft, die durch das Feuer zieht, erhalten werden koͤnnte, so waͤre es eben so gut. Um Ein Pfund Holzkohlen zu verbrennen, braucht man 2,8 Pfund Sauerstoff, oder 13 1/3 Pfund atmosphaͤrische Luft. Nehmen wir an, daß dadurch eine Hize von 20,000° F. (beinahe + 9000° R.) entstuͤnde, oder daß die Temperatur der Luft von 50° F. (+ 8° R.) auf 20,050 F. (+ 9,008° R.) gehoben wuͤrde, so wuͤrde, wo kein Waͤrmestoff durch Ausstrahlung oder Leitung verloren ginge, wenn diese Luft unter einer Temperatur von 50° in das Feuer geblasen worden waͤre, offenbar nie eine hoͤhere Temperatur als 20,050° F. erzeugt worden seyn koͤnnen. Wenn ein Theil des Brennmateriales und der Luft zur Heizung des uͤbrigen Theiles der Luft gebraucht wird, welche in Kesseln oder anderen Gefaͤßen enthalten ist, die so gebaut sind, daß die Luft, so wie sie durch den Schornstein zieht, bestaͤndig in Beruͤhrung mit den Gefaͤßen kommt, welche weniger erwaͤrmte Luft enthalten, so kann dadurch dieser Luft eine Temperatur ertheilt werden, die beinahe im Verhaͤltnisse 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 Zuzaͤhlung von 50°. Wenn die noch uͤbrigen zwei Drittel Brennmateriales in dieser Luft verbrannt werden, so wird die Temperatur bis auf 20,000° erhoͤht, 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 Waͤrmestoffes, welche in Einer Minute aus diesem Ofen entweicht, wenn keine Luft durch das Feuer zieht, kuͤhle denselben um 4000° ab: es muß also dem Ofen jede Minute eine Menge Waͤrmestoffes von 4000° nachgeliefert werden. Es ist offenbar, daß die Temperatur der Luft, welche zur Verbrennung verbraucht wird, wenn sie den Ofen verlaͤßt, 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 Waͤrme dem Ofen ertheilen. Wenn aber erhizte Luft zur Verbrennung verbraucht wird, wird dieselbe Menge Luft 26,716° – 18,000° = 8,716° Waͤrmestoff 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 Waͤrmestoffes, welche dasselbe Brennmaterial dem Ofen in dem ersten Falle ertheilt, verhaͤlt sich zu jener im zweiten Falle, wie 2050: 5811; um also dieselbe Hize dadurch zu unterhalten, daß man die Luft waͤrmt, ehe sie in den Ofen geblasen wird, kann das Brennmaterial in demselben Verhaͤltnisse vermindert werden. Man wird einsehen, daß dort, wo eine groͤßere 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 laͤßt 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 laͤßt. Wenn die Witterung warm ist, koͤnnte dieselbe Menge Brennmateriales eine etwas hoͤhere Temperatur hervorbringen, wenn die Luft dann nicht die Neigung haͤtte eine groͤßere Menge Wassers in sich aufgeloͤst zu erhalten: aus welchem Grunde, so wie auch aus noch einigen anderen Ruͤksichten, man die Abwechslungen der Temperatur der Witterung nach meiner Ansicht bei diesen Untersuchungen ohne allen wesentlichen Fehler gaͤnzlich vernachlaͤssigen kann. Ich will daher die Temperatur der Atmosphaͤre bei meinen Untersuchungen unwandelbar auf + 50 Fahrenh. (+ 8 R.) sezen, und die Waͤrme 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 noͤthige Temperatur des Ofens bekannt ist, so laͤßt 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 hoͤchste 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 uͤbrigen 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 Waͤrmestoffes, und (C – x) 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 – (C – x) A – xy = der Menge, die den Verlust im Ofen zu ersezen hat. Aus dem Obigen ergibt sich, daß C : x : : B : y = Bx/C. Fuͤr y der Werth in obiger Gleichung substituirt, wird BC – (C – x) A – x²B/C. Wenn C = 1 gesezt wird, so erhaͤlt man aus Obigem B – (1 – x) A – x²B. Wenn man nun finden will, wann dieser Ausdruk ein Maximum ist, so differenzire man, und seze das Differential = 0, naͤmlich 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. waͤrmer als die Temperatur der Atmosphaͤre. Die groͤßte 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 Haͤlfte des Brennmateriales zum Heizen der noch uͤbrigen Luft, ehe sie in den Ofen geblasen wird, verbrannt werden. Aus dieser Formel laͤßt sich leicht beweisen, daß, wenn man die Luft auf diese Weise heizt, nie eine Hize erzeugt werden kann, die zwei Mal so groß waͤre als diejenige, welche man durch Verbrennung des Brennmateriales in kalter Luft erhaͤlt, obschon sie derselben sehr nahe kommen kann: denn in diesem Falle wuͤrde 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 gewoͤhnlichen Methode. Wir wollen nun die Wirkungen beachten, welche entstehen, wenn man einen Eisenschmelzofen in einer Temperatur haͤlt, die von der gewoͤhnlichen etwas abweicht. Die meisten Eisenerze fordern nur einen solchen Grad von Hize, daß sie in gewoͤhnlichen guten Oefen leicht geschmolzen werden koͤnnen. Gewoͤhnlich 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 Metallkuͤgelchen gebildet wurde, bleibt in den Schlaken haͤngen, indem es nicht fluͤssig genug geworden ist, um ganz zu Boden zu fallen. Wenn die Temperatur in manchem Ofen niedriger gehalten wuͤrde, als gewoͤhnlich, wuͤrde das Schmelzen nur sehr langsam vor sich gehen, oder wohl gar aufhoͤren, und das Erz koͤnnte Monate lang im Feuer blechen, ohne reducirt zu werden. Wenn man die Temperatur etwas hoͤher halten wuͤrde, wuͤrde das Erz hinlaͤnglich geschmolzen werden, und die Schlaken wuͤrden so fluͤssig werden, daß die kleinen Metalltheilchen in denselben zu Boden sinken und sich am Boden anhaͤufen koͤnnten. Wahrscheinlich wuͤrde man auf diese Weise einen Unterschied in der Guͤte des Eisens erhalten. Wir haben gesehen, daß, wenn heiße Luft zum Verbrennen gebraucht wird, ein Ofen in hoͤherer Temperatur gehalten werden kann, als nach der gewoͤhnlichen Methode, ohne daß man eine groͤßere Menge Brennmateriales hierzu noͤthig haͤtte. Die Auslage, die man hat, den Ofen eine lange Zeit uͤber in halber Schmelzhize zu halten, wird also auf diese Weise gaͤnzlich erspart. Ich vermuthe, daß der Hauptvortheil,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 vergroͤßert 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 Gefaͤßen aus Gußeisen auf Oefen geschieht, wie bei den Kesseln der Dampfmaschinen. Nach dem Glasgow-Chronicle soll Großbritannien durch diese Verbesserung jaͤhrlich 200,000 Pfd. Sterl. (888,888 Dollars) Brennmaterial ersparen. A. d. O. welchen man an den Clyde Iron works durch diese Verbesserungen erhielt, darin bestand, daß man die Oefen etwas heißer, als gewoͤhnlich, 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, gewoͤhnlich etwas mehr als das doppelte Gewicht des Wassers ist, welches in Dampf verwandelt wird. Diese Luft kann in eine hoͤhere Temperatur, als die des siedenden Wassers gebracht werden: es ist aber nur etwas weniges mehr als der vierte Theil jenes Waͤrmestoffes noͤthig, um die Temperatur eines gegebenen Gewichtes atmosphaͤrischer Luft um eine gewisse Anzahl Grade zu erhoͤhen, den man braucht, um die Temperatur eines gleichen Gewichtes Wassers in fluͤssigem Zustande um dieselbe Anzahl von Graden zu erhoͤhen. U.A. B.