Forum Petroleum

Hi,
ich erstelle hier mal einen neuen Beitrag zu einem Thema, das ich anderenorts schonmal untergeordnet aufgezeigt, aber nicht geklärt hatte.
Ein Merkmal, an dem man erkennen kann, ob eine Laterne zu mager läuft, ist
wenn sich im Betrieb kupferrote Stellen am Vergaser zeigen,
die wieder verschwinden, wenn man den Druck verringert.
Ich kenne die thermochemischen Vorgänge dazu nicht, ist aber aus Erfahrung so.
was im Video zu sehen ist, ist kein glühen, sondern eine Verfärbung im Betrieb.

Ein glühender Vergaser, oder häufiger die Wendel, ist flächig einheitlich dunkelrot bis orange leuchtend.
und dieses Glühen leuchtet einige Sekunden nach(!), wenn man die Lampe schnell verlöscht.

Die rote Verfärbung aufgrund des Gemisch, hat eine andere, körnig anmutende, kontrastreiche Textur.
Und sie verschwindet schlagartig, wenn man die Lampe löscht.
(oder den Druck verringert, sodass sich ein fetteres Gemisch einstellt)

Zum besseren Verständnis habe ich das mal gefilmt erklärt sich dann selbst.
Hat wohl was mit Redox Prozessen durch die Hitze zu tun.
Ich denke also, dass das ein anderer Vorgang ist.

Petromax, rote Flecken am Vergaser bei zu fettem Gemisch

Vielleicht gibt es ja hier einen Experten, der mir die Thermo-Chemischen-Reaktionen dahinter erklären kann.
Danke.
Gruß
Willi
Betreff geändert, gemäß Lerneffekt.



2-mal bearbeitet. Zuletzt am 05.02.19 23:19.

Hallo Willi,
wenn ich es noch richtig zusammenbekomme, dann bestehen die roten Flecken aus Kupfer(I)-oxid, welches bei hohen Temperaturen durch Reduktion von schwarzem Kupfer(II)-oxid bzw. durch die Zersetzung von Kupfer(II)-oxid entsteht.

Insofern ist deine Vermutung zu dem Effekt vmtl. nicht ganz richtig: Die Flamme reduziert das Kupfer(II)-oxid, was bedeutet, dass eher zuwenig Sauerstoff da ist, denn dieser wird ja dem Kupfer(II)-oxid entzogen. Das passt aus meiner Sicht auch besser zu Beschreibung, dass der Effekt eher bei erhöhtem Druck auftritt: Es wird mehr Petroleum verbrannt, und die mitgezogene Luftmenge steigt nicht im passenden Maß mit an.

Wenn ich damit falsch liegen sollte, wird Ludwig die Sache sicher richtig stellen, und mich danach bei nächster Gelegenheit steinigen.
Gruß, Martin

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1-mal bearbeitet. Zuletzt am 04.02.19 22:17.

Martin Kiontke schrieb:
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> Hallo Willi,
> wenn ich es noch richtig zusammenbekomme, dann
> bestehen die roten Flecken aus Kupfer(I)-oxid,
> welches bei hohen Temperaturen durch Reduktion von
> schwarzem Kupfer(II)-oxid bzw. durch die
> Zersetzung von Kupfer(II)-oxid entsteht.
>
> Insofern ist deine Vermutung zu dem Effekt vmtl.
> nicht ganz richtig: Die Flamme reduziert
> das Kupfer(II)-oxid, was bedeutet, dass eher
> zuwenig Sauerstoff da ist, denn dieser wird
> ja dem Kupfer(II)-oxid entzogen.

Einverstanden.

> Das passt aus
> meiner Sicht auch besser zu Beschreibung, dass der
> Effekt eher bei erhöhtem Druck auftritt: Es wird
> mehr Petroleum verbrannt, und die mitgezogene
> Luftmenge steigt nicht im passenden Maß mit an.

Hm, wenn ich meinem Geschreibsel hier [forum.hytta.de] trauen darf, sollte die Gemischzusammensetzung weitgehend unabhängig vom Druck sein (In Gleichung 14 taucht der Druck nicht mehr auf).

Das Gemisch ist in beiden Fällen etwas zu fett. Bei hohem Betriebsdruck schlägt die Flamme gegen den Vergaser und reduziert das CuO zu Cu2O. Senkt man den Druck, so wird die Flamme kleiner, an den Vergaser kommt wieder Luft bzw. Sauerstoff ran, und das Cu2O wird wieder zu CuO oxidiert.

MfG Ludwig

Ludwig schrieb:
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> Senkt man den Druck, so wird die Flamme kleiner

Aua! Da habe ich mich wohl (mal wieder) an Ockhams Rasiermesser geschnitten... Diese Erklärung war wohl einfach zu nahe liegend.
Obwohl: Die Gleichungen betrachten ja idealisierte Verhältnisse, und eine eventuelle Aufweitung des Brennstoffstrahles bei hohem Druck bliebe unberücksichtigt. Das war zumindest mein Gedanke dabei.

Gruß, Martin

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Martin Kiontke schrieb:
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> ...Die Gleichungen betrachten ja idealisierte
> Verhältnisse...

Ja, klar. Ich hoffe ich habe mich vorsichtig genug ausgedrückt, mit "weitgehend" und so :-)

> ...und eine eventuelle Aufweitung des
> Brennstoffstrahles bei hohem Druck bliebe
> unberücksichtigt.

Sorry, eine Änderung der Strahlaufweitung ändert nichts an der Impulsbilanz :-(

Ansonsten scheint die Strahlaufweitung ein ganz böses Kapitel zu sein, siehe z.B. den Download-Link auf [www.researchgate.net] (JS-Freigabe für researchgate.net und rgstatic.net erforderlich). Scheint noch ein weites Feld für den Physiker der Fachrichtung "Spekulative Physik" zu sein :-)

MfG Ludwig

Hi,
danke Martin für die Erläuterung der thermo-chemischen Prozesse.
Danke Ludwig für die Erläuterung der Gasdynamik und Physik.

Zusammengefaßt, was ich verstanden habe:
a) die roten Flecken sind Kupfer(I)-oxid,
b) die Entstehen, wenn: "Beim Erhitzen über etwa 800 °C Kupfer(II)-oxid unter Sauerstoffabgabe zu Kupfer(I)-oxid reduziert"
[de.wikipedia.org]
c) die Gemischzusammensetzung ist unabhängig vom Druck, also gleich fett oder mager bei hohem wie kleinem Druck
d) der Gasmassenstrom wächst proportional der Wurzel des (Differenz-)Drucks des Brenngases
e) der Druck variiert somit nur die Gemischmenge =Flammengröße; die Flamme reicht damit mal bis an den Vergaser ran (hoher Druck), oder eben nicht (kleiner Druck)

Ergänzende Frage ist dann für das Auftreten der Flecken eher die Sauerstoffarmut der Flamme =fettes Gemisch (1) entscheidend,
oder die Temperatur an der Oberfläche des Vergasers (>800°C) (2).
Nach Wikipedia, würde ich auf (2) tippen. Ludwig schreibt eher im Sinne von (1) über Sauerstoffarmut an der Vergaseroberfläche.

Da bin ich noch nicht sicher verstanden zu haben, ob Zustand (2) reicht, oder (1)+(2) zusammenkommen müssen. ???

soweit die Theorie
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hier die Praxis

Zur empirischen Untersuchung der Druck- und Gemischabhängigkeit habe ich an selbiger PX250 folgendes Experiment durchgeführt.
A) Bei unveränderter Laterne, normalem Druck (2bar) und abgenommener Haube, treten die roten Flecken auf. Nun die Öffnung am Innenmantel über Düse und Mischrohr, mit einem passenden Bleiblech weitestgehend abgeschlossen. D.h. den Luftzustrom begrenzt. Das Gemisch verfettet.
--> Ergebnis: Flammenaura um den Glühstrumpf; weiterhin rote Flecken am Vergaser --> Das spricht für die Ausführungen von Ludwig, dass an dieser Lampe das Gemisch grundsätzlich zu fett ist; (wenn die Annahmen über den Wirkprozess zu den roten Flecken richtig ist)

B) Nun an der Laterne den Mischrohrspalt auf Maximum, ca 18mm vergrößert. Druck weiter 2 bar. Die Laterne sollte nun mit wesentlich magererem Gemisch laufen. Die roten Flecken sollten verschwinden, wenn die Sauerstoffarmut der Flamme ausschlaggebend ist, für das Auftreten von roten Flecken.
--> Ergebnis: keine roten Flecken mehr; deckt sich mit den Aussagen von Ludwig/Martin. prima.

C) Nun an der vorstehenden Konstellation auch das Experiment mit dem Abdeckblech, um die Luftzufuhr zu verringern, und ein fetteres Gemisch zu erzwingen.
--> Ergebnis: je nach Abschottung mehr oder minder Flammenaura um den Glühstrumpf; trotzdem weiterhin keine roten Flecken am Vergaser.
--> das paßt jetzt nicht so ganz. Hätte erwartet, dass bei erneutem Verfetten des Gemischs, die roten Flecken wieder auftauchen. Kam nicht.
Wo ist mein Gedankenfehler ???

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mein bisheriges Fazit:
--Die roten Flecken von Kupfer(I)-oxid treten eher bei zu fettem Gemisch auf;
--sie treten eher bei hohem Druck = großer Flammengröße auf
--Mischrohrspalt erhöhen bringt Abhilfe.

--> werde den Titel des Videos entsprechend anpassen. :-)
Danke.

bp4willi schrieb:
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> Ergänzende Frage ist dann für das Auftreten der
> Flecken eher die Sauerstoffarmut der Flamme
> =fettes Gemisch (1) entscheidend,
> oder die Temperatur an der Oberfläche des
> Vergasers (>800°C) (2).
> Nach Wikipedia, würde ich auf (2) tippen. Ludwig
> schreibt eher im Sinne von (1) über
> Sauerstoffarmut an der Vergaseroberfläche.
>
> Da bin ich noch nicht sicher verstanden zu haben,
> ob Zustand (2) reicht, oder (1)+(2) zusammenkommen
> müssen. ???

Beides. Es handelt sich um das chemische Gleichgewicht [1]:

2 Cu2O + O2 <-----> 4 CuO + Wärme

Moleküle verhalten sich nicht viel anders als Menschen: Wenn man sie einem Zwang aussetzt, sind sie bestrebt, demselben auszuweichen ( [de.wikipedia.org] ).
Reichlich Sauerstoffzufuhr begünstigt die Reaktion, die Sauerstoff verbraucht und verschiebt daher das Gleichgewicht nach rechts zum CuO. Umgekehrt begünstigt Sauerstoffmangel die Reaktion, die Sauerstoff freisetzt und verschiebt das Gleichgewicht nach links zum Cu2O.
In gleicher Weise verschiebt Wärmezufuhr (Temperaturerhöhung) das Gleichgewicht nach links zum Cu2O, Abkühlung nach rechts zum CuO.

Die 800 °C bei [de.wikipedia.org] beziehen sich auf die Gegenwart von Luftsauerstoff,. Oberhalb dieser Temperatur zerfällt das CuO auch bei Anwesenheit von Luftsauerstoff. Ist weniger Sauerstoff zugegen, so tritt der Zerfall schon bei niedrigeren Temperaturen ein. Da ich nicht glaube, dass am Vergaser 800 °C erreicht werden (die würden nach [de.wikipedia.org]) schon heller Rotglut entsprechen), neige ich zu der Annahme, dass der Sauerstoffmangel hier den überwiegenden Einfluss hat.

> --> das paßt jetzt nicht so ganz. Hätte
> erwartet, dass bei erneutem Verfetten des
> Gemischs, die roten Flecken wieder auftauchen. Kam
> nicht.
> Wo ist mein Gedankenfehler ???

Kein Gedankenfehler. Sinkt bei stark überfetteter Flamme die Temperatur am Vergaser zu weit ab, liegt irgendwann das Gleichgewicht ganz auf der rechten Seite, beim CuO, wegen "Wärmemangel". Der Effekt tritt also nur in einem begrenzten Temperaturbereich auf.

MfG Ludwig

[1] Die Schreibweise "+ Wärme" ist nicht korrekt, ich lasse das aber so, wegen Verständlichkeit.



2-mal bearbeitet. Zuletzt am 06.02.19 20:24.