Titel: | Der Arbeitswert der Heizgase und seine Ausnutzung. |
Fundstelle: | Band 319, Jahrgang 1904, S. 152 |
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Der Arbeitswert der Heizgase und seine
Ausnutzung.
(Fortsetzung von S. 136 d. Bd.)
Der Arbeitswert der Heizgase und seine Ausnutzung.
Die Molekelwärme der Heizgase.
Da nach dem Carnot-Clausiusschen Satz, der seinen für
die Anwendbarkeit bequemsten Ausdruck in der soeben aufgestellten Regel findet, die
Temperatur für die Verwandlung von Wärmeenergie in Arbeit von höchster Bedeutung
ist, so müssen wir,wenn wir den Arbeitswert der Heizgase feststellen wollen,
zunächst die Temperaturen berechnen, welche auf dem Rost entstehen, wenn die
Brennstoffe mit. verschiedenem Luftüberschuss verbrennen.
Die chemische Energie, welche in den brennbaren Bestandteilen der sogenannten
Brennstoffe und der Luft enthalten ist, kann man zur Zeit noch nicht anders angeben als durch die
Wärmeenergie, welche bei der vollständigen Verbindung beider frei wird, wenn sich
die entstehenden Heizgase wieder bis auf ihre Anfangstemperatur, also im allgemeinen
bis auf die atmosphärische Temperatur abkühlen; sie wird die Wärmetönung des
betreffenden chemischen Vorganges genannt.
Dieses in der Wissenschaft gebrauchte Maass der chemischen Energie ist für die Praxis
der Wärmekraftmaschinen nicht brauchbar, weil die in der Praxis angewendeten
Brennstoffe fast sämtlich Wasserstoff enthalten und bei der Definition der
Wärmetönung vorausgesetzt wird, dass der entstehende Wasserdampf zu Wasser von
atmosphärischer Temperatur kondensiert wird, während er in der Praxis, als Dampf
meist sogar noch weit überhitzt, abzieht. In der Praxis darf man also als chemische
Energie nur die Wärmeenergiemenge betrachten, welche bei der Abkühlung bis auf
atmosphärische Temperatur frei wird, wenn das in den Heizgasen enthaltene Wasser
dampfförmig bleibt. Man nennt diese Wärmeenergie den Heizwert des Brennstoffes.
Diese Definition des Heizwertes der Brennstoffe ist nun so eingerichtet, dass man
annehmen darf, die aus der chemischen Energie entstehende Wärmeenergie würde den
gleichzeitig entstehenden Heizgasen von irgend einer anderen Wärmequelle auf
umkehrbarem Wege zugeführt. Man erhält somit die Temperaturdifferenz, um welche sich
die Heizgase beim Verbrennen erwärmen, indem man den Heizwert durch das Produkt aus
Molenzahl in die mittlere Molekelwärme dividiert.
Bei den hohen auf dem Rost vorkommenden Temperaturen hat die Molekelwärme durchaus
nicht mehr denselben Wert, wie bei atmosphärischer Temperatur. Auf Grund einer im
Laboratorium des Herrn Prof. Mollier, Dresden,
ausgeführten Experimentaluntersuchung gibt Herr Dr. A.
Langen für die mittlere Molekelwärme bei konstantem Volumen zwischen der
Temperatur des schmelzenden Eises und der Temperatur t
folgende Werte:
für
einfache Gase:
\overline{C_v}=4,80+0,0006\ t
„
Wasserdampf:
\overline{C_v}=5,61+0,00328\ t
„
Kohlensäure:
\overline{C_v}=6,70+0,0026\ t
Unter einfache Gase versteht Langen im Anschluss an Mallard und le Chatelier
die Gase: Sauerstoff, Stickstoff, also auch die Luft, und Kohlenoxyd.
Aus diesen Gleichungen ergibt sich die wahre Molekelwärme bei konstantem Volumen für
die Temperatur t
für
einfache Gase:
cv =
4,80 + 0,0012 t
„
Wasserdampf:
cv =
5,61 + 0,00656 t
„
Kohlensäure:
cv =
6,70 + 0,0052 t
Ich habe die unmittelbaren Beobachtungen Langens einer
Rechnung unterzogenD. p. J. 1903, 318. S. 433 ff., bei welcher ich mich
strenger an die von ihm gefundenen Beobachtungsdaten gehalten habe als er selbst und
bin dabei zu folgenden Werten gekommen für die wahre Molekelwärme bei konstantem
Volumen für die Temperaturen T = t+ 273.
für
einfache Gase:
cv =
4,625 + 0,00106 T
„
Wasserdampf:
cv =
6,840 + 0,00234 T
„
Kohlensäure:
cv =
6,774 + 0,00378 T
Bedenkt man, dass die Beobachtungen Langens trotz der
grossen Geschicklichkeit, mit welcher sie angestellt sind, noch immer eine gewisse
Unsicherheit zulassen, wie aus der D. p. J. 1903, 318, S.
435 gegebenen Tabelle 2 folgt, so ist man berechtigt, sich die Formeln für eine
bequeme Anwendung etwas zurecht zu machen.
Zunächst nehme ich an, dass bei T = 0 also bei 273° unter dem Schmelzpunkt des Eises, das
Gesetz von Petit und Dulong gilt, dass die Molekelwärme der Zahl der in der Molekel enthaltenen
Atome proportional sei. Setze ich die Proportionalitätszahl, d.h. die Atomwärme
gleich 2,280, so erhalte ich für die konstanten Werte in der Molekelwärme der
einfachen Gase 4,560 und bei der Kohlensäure 6,840, Die Abweichungen dieser Zahlen
von den oben gegebenen Werten sind klein genug, um diese Vereinfachung berechtigt
erscheinen zu lassen. Die Formel für den Wasserdampf darf bei diesem Vergleich nicht
herangezogen werden, da bei ihrer Aufstellung schon das Petit-Dulongsche Gesetz benutzt worden ist.
Die zweite Vereinfachung, welche ich mir gestatte, ist aber rein willkürlich, ohne
irgend welche theoretische Begründung und nur durch die gerade vorliegenden Zahlen
veranlasst; sie wird sogleich fallen müssen, wenn genauere Beobachtungen vorliegen.
Ich setze die Faktoren von T in den drei Formeln als
Vielfache von 0,00120 und schreibe somit für die Molekelwärme bei konstanten Volumen
bei der Temperatur T
für die einfachen Gase:cv = 2 . 2,280 + 1 .
0,00120 T = 4,560 + 0,00120 Tfür Wasserdampf:cv = 3
. 2,280 +2 . 0,00120 T = 6,840 + 0,00240 Tfür Kohlensäure:cv = 3
. 2,280 + 3 . 0,00120 T = 6,840 + 0,00360 T
8)
Diese zur Anwendung bequem gemachten Formeln für die Molekelwärme sind nur dann
zulässig, wenn sie zu denselben Resultaten führen, wie die aus den unmittelbaren
Beobachtungen errechneten Formeln von Langen und mir.
Ich will diese Probe an einem der unten zu berechnenden Brennstoffe vornehmen.
Die hierzu nötige Molekelwärme bei konstantem Druck erhält man, indem man die, nur
von der Bedingung, dass die betreffenden Gase vollkommene Gase sind, abhängige
Grösse
cp– cv =
1,970
hinzuaddiert. Man erhält dann auf jeden Fall die Molekelwärme
bei konstantem Druck, dargestellt durch eine Gleichung cp = a + b t, bezw. cp = a + b T, wo nun a und b je nach dem Gas und je nachdem man
die Zahlen von Langen oder
eine der von mir gegebenen zugrunde legen will, verschiedene Zahlen darstellen. Die
Molekelwärme der Heizgase wird sich dementsprechend ebenfalls durch eine Gleichung
von der Form cp
= a + b T darstellen
lassen, wo die Konstanten a und b nach der Mischungsregel aus den für Bestandteile gegebenen Werten von
a und b zu berechnen
sind.
Verbrennt die hier als Beispiel gewählte Kohle, die erste der unten benutzten, mit
der chemisch nötigen Luftmenge, so sind in den Heizgasen enthalten:
nk =
0,07132
Molen
Kohlensäure
nw =
0,02292
„
Wasserdampf und
nn =
0,30434
„
einfache Gase, hier reiner Stickstoff.
Es sind also im ganzen G = 0,39858 Molen Gase vorhanden,
welche sich bei dem Verbrennen von 1 kg der betreffenden Steinkohle bilden.
Man erhält also für das vorliegende Heizgas mit den Zahlen von Langen
a=1,970+\frac{n_a\,\cdot\,4,80+n_w\,\cdot\,5,61+n_k\,\cdot\,6,70}{G}
b=\ \ \ \ \ \frac{n_a\,\cdot\,0,0012+n_w\,\cdot\,0,00656+n_k\,\cdot\,0,0052}{G}
mit den von mir aus den Beobachtungen Langens unmittelbar berechneten:
a=1,970+\frac{n_n\,\cdot\,4,625+n_w\,\cdot\,6,840+n_k\,\cdot\,6,774}{G}
b=\ \ \ \ \ \frac{n_n\,\cdot\,0,00106+n_w\,\cdot\,0,00234+n_k\,\cdot\,0,00378}{G}
dagegen mit den jetzt von mir zur Vereinfachung der Rechnung
vorgeschlagenen:
a=1,970+2,280\,\cdot\,\frac{2\,n_n+3\,n_w+3\,n_k}{G}
=1,970+2,280\,\left(3-\frac{n_n}{G}\right)=1,970+2,280\,\left(2+\frac{g}{G}\right)
b=\ \ \ \ 0,00120\,\frac{1\,\cdot\,n_n+2\,\cdot\,n_w+3\,\cdot\,n_k}{G}
=0,00120\,\left(2-\frac{n_n}{G}+\frac{n_k}{G}\right)=0,00120\,\left(1+\frac{g+n_k}{G}\right)
9)
wenn man unter g die bei der
Verbrennung entstehenden Wasserdampf- und Kohlensäuremolen zusammenfasst, deren Zahl
ja von dem zur Verwendung gelangenden Luftüberschuss unabhängig ist und nur durch
die Zusammensetzung des Brennstoffes bedingt wird. Da G
mit dem Luftüberschuss zunimmt, so zeigen die letzten Formen sehr bequem, wie mit
wachsendem Luftüberschuss die Molekelwärme der Heizgase der der einfachen Gase sich
nähert.
Rechnet man diese Zahlen aus, so erhält man nach
Langen:
cp = 1,970 +
5,187
+ 0,002224 t= 7,157 + 0,002224 t
Schreber I:
cp = 1,970 +
5,137
+ 0,001620 T= 7,107 + 0,001620 T
Schreber II:
cp = 1,970 +
5,099
+ 0,001699 T= 7,069 +0,001699 T
Wie schon oben gesagt, rechnet man mit diesen Werten der Molekelwärme die
Rosttemperatur aus, indem man annimmt, es würde den Heizgasen die dem Heizwert H entsprechende Wärme von aussen zugeführt. Man erhält
somit die Gleichungen:
H=G\,[a\,(t_r-t_0)+\frac{b}{2}\,({t_r}^2-{t_0}^2)]
=G\,(t_r-t_0)\,(a+\frac{b}{2}\,[t_r+t_0])
\mbox{bezw. }H=G\,[a\,(T_r-T_0)+\frac{b}{2}\,({T_r}^2-{T_0}^2)]
=G\,(T_r-T_0)\,(a+\frac{b}{2}\,[T_r+T_0])
10)
Nehmen wir als Anfangstemperatur der Heizgase, d.h. als Kesselhaustemperatur 20° an,
setzen somit t0 = 20
bezw. T0 = 293, so
erhalten wir
\left{{t_r=\frac{H}{G\,(a+\frac{b}{2})\,[t_r+20]}}\atop{\mbox{bezw. }T_r=\frac{H}{G\,(a+\frac{b}{2}\,[T_r+293])}}}\right\}\
.\ .\ 11)
Da der Heizwert des als Beispiel gewählten Brennstoffes 8080 cl beträgt, so erhält
man:
nach
Langen
tr =
2145
„
Schreber I
Tr =
2463
tr =
2190
„
Schreber II
Tr =
2449
tr =
2176
Die Abweichung der dritten Zahl von den beiden anderen ist so gering, dass man sich
der ihr zugrunde liegenden bequemen Formeln wohl bedienen darf, obgleichsie
nicht aus Beobachtungen abgeleitet sind; um somehr da sie zwischen den beiden
anderen Zahlen liegt, welche sich aus den direkt berechneten Formeln ergeben haben.
Weil in der Langenschen Formel der
Temperaturkoeffizient wesentlich grösser ist als in den beiden anderen, so wird bei
Luftüberschuss, durch den eine niedrigere Rosttemperatur erzielt wird, die
Abweichung des nach Langen berechneten Wertes von den
beiden anderen noch geringer ausfallen.
Man erkennt übrigens auch umgekehrt aus dem geringen Unterschiede der Rosttemperatur,
welchen die scheinbar doch so verschiedenen Formeln für die Molekelwärme ergeben,
wie schwierig die Untersuchungen zur Bestimmung der Molekelwärme sind.
Aus der Definition der Entropie Gleichung 2 können wir jetzt, nachdem die
Molekelwärmen bestimmt sind, auch die Entropie der Heizgase berechnen. Nach der
Definition der Molekelwärme ist die Wärmemenge dQ,
welche einer Molekel zugeführt wird, mit der dadurch erreichten Temperatursteigerung
dT durch die Gleichung verbunden
dQ = cpdT = (a + bT) dT
Setzen wir das in Gleichung 2 ein, so erhalten wir für die gleichzeitige
Entropieänderung
d\,\tau=\frac{a\,d\,T}{T}+b\,d\,T
Integrieren wir diese Gleichung zwischen der Temperatur T, welche die Heizgase nach Abgabe einer beliebigen Wärmeenergiemenge noch
haben, und der Temperatur des schmelzenden Eises, welche wir oben als Ausgangspunkt
für die Zählung der Entropie gewählt haben, so erhalten wir für den vorliegenden
Wert der Entropie der Heizgase:
\tau_h=a \,lg_n\,\frac{T}{273}+b\,(T-273) . . . 12)
Die Zusammensetzung der
Heizgase.Dosch: D. p. J. 1902, 317, S. 773 ff.
Um die Anwendbarkeit der vorliegenden Rechnungen in der Praxis zu erleichtern, soll
der Arbeitswert von solchen Heizgasen berechnet werden, wie sie aus bestimmten
Kohlensorten entstehen, auf dass man sofort den ähnlicher Kohlensorten schätzen
kann.
Ich lege zu dem Zwecke meiner Rechnung einige der von BunteBunte: Zeitschr. d. V. d. Ing. 1900, S.
669. untersuchten Kohlensorten zugrunde, und zwar wähle ich aus
den Ruhr-, Saar- und schlesischen Stein- und den sächsischen Braunkohlen, jedesmal
die mit dem grössten kalorimetrisch bestimmten Heizwert H.
Die Zusammensetzung derselben ist nach Bunte in
Gewichtsverhältnissen:
I.
Kohlen-stoff
Wasser-stoff
Sauer-stoff
Schwefel
Wasser
Asche
H
1
0,8518
0,0438|
0,0439
0,0106
0,0184
0,0315
8080
2
0,8149
0,0499
0,0831
0,0065
0,0173
0,0283
7798
3
0,8112
0,0423
0,0493
0,0123
0,0165
0,0683
7646
4
0,4540
0,0373
0,1072
0,0359
0,2927
0,0727
4319
Bunte gibt in seiner Tabelle an Stelle der hier
gebrauchten Ueberschrift „Sauerstoff“ die Ueberschrift „Sauerstoff und
Stickstoff“. Da nun der Stickstoffgehalt jedenfalls bedeutend kleiner ist
als der an Sauerstoff und andererseits der Einfluss dieser Kolumne auf die ganze Rechnung überhaupt nur
von ganz geringem Einfluss ist, so habe ich den Stickstoff auch als Sauerstoff mit
in Rechnung gezogen.
Aus der Zusammensetzung des Brennstoffes erhält man die der entstehenden Heizgase mit
Hilfe der chemischen Reaktionsgleichungen:
C + O2= CO2; S + O2= SO2; 2 H2 + O2 = 2 H2O.
Wir haben also die in 1 kg Brennstoff enthaltene Menge Kohlenstoff und Schwefel
mittels Division durch das Atomgewicht auf Atome und die übrigen Bestandteile
mittels Division durch das Molekelgewicht auf Molen umzurechnen:
II.
C
H
2
O
2
S
H
2
O
1
0,07099
0,02190
0,00137
0,00033
0,00102
2
0,06791
0,02495
0,00260
0,00020
0,00096
3
0,06760
0,02120
0,00154
0,00038
0,00092
4
0,03783
0,01865
0,00335
0,00112
0,01626
Aus dieser Tabelle erhält man mittels der eben aufgeschriebenen Reaktionsgleichungen
die zum vollständigen Verbrennen nötige Sauerstoffmenge. Zieht man von dieser die
schon im Brennstoff enthaltene Sauerstoffmenge ab, so erhält man die aus der Luft
zuzuführende Menge. Und da diese in der Luft durch Stickstoff im Verhältnis von N2 : O2 = 79,00 : 21,00
verdünnt ist, so erhält man durch Multiplikation der Zahl der zuzuführenden O2 Molen mit \frac{79,00}{21,00}=3,762
die gleichzeitig mit eingeführte Zahl N2 Molen, welche mit der O2 Zahl zusammen die gesamte Luft ergibt.
Würde man die letztere mit dem Molekelgewicht der Luft 28,89 multiplizieren, so
würde man die zum vollständigen Verbrennen von 1 kg Brennstoff nötige Luft in kg
erhalten. Da aber diese Zahl nicht gebraucht wird, so habe ich auch die Rechnung
nicht durchgeführt.
III.
„C“
„H2“
„S“
∑O2
O
2
N
2
L
1
0,07099
0,01095
0,00033
0,08227
0,08090
0,30434
0,38524
2
0,06791
0,01248
0,00020
0,08059
0,07799
0,29041
0,36840
3
0,06760
0,01060
0,00038
0,07858
0,07704
0,28982
0,36686
4
0,03783
0,00933
0,00112
0,04828
0,04493
0,16899
0,21392
IV.
CO
2
SO
2
[H2O]
H
2
O
g
N
2
G
1
0,07099
0,00033
0,02190
0,02292
0,09424
0,30434
0,39858
2
0,06791
0,00020
0,02495
0,02591
0,09402
0,29041
0,38443
3
0,06760
0,00038
0,02120
0,02212
0,09010
0,28982
0,37992
4
0,03783
0,00112
0,01865
0,03491
0,07386
0,16899
0,24285
Das Resultat dieser Rechnung ist in obenstehender Tabelle III zusammengefasst, in
welcher unter „C“, „H2“
„S“ die zum Verbrennen dieser Bestandteile
nötige Zahl O2 Molen
stehen; die nächste Kolumne gibt unter ∑ O2die Summe dieser drei. O2 ist die aus der Luft zuzuführende Zahl
O2 Molen und N2 und L geben dann die mitgeführten Stickstoffmolen und die
gesamte Luft.
In der nächsten Tabelle IV sind nun mit Hilfe der chemischen Reaktionsgleichungen aus
Tabelle II die durch Verbrennen entstehenden Molen CO2, SO2 und [H2O] aufgeführt; mit dieser letzten Menge ist dann aus
Tabelle II die schon im Brennstoff enthaltene Wassermenge zusammengezählt und unter
H2O als Gesamtgehalt der Heizgase an Wasserdampfmolen
aufgeführt. Die nächste Kolumne gibt unter g die Summe
von CO2, SO2 und H2O, also aller dreiatomigen Molekeln der Heizgase,
welche nach Gleichung 9 für die Berechnung der Molekelwärmen gebraucht wird. Unter
G steht die durch Zusammenzählen von g mit N2 aus Tabelle III sich ergebende Gesamtzahl der
Molen der Heizgase.
Diese Tabelle gibt also die Menge und Zusammensetzung der Heizgase, wie sie beim
Verbrennen von 1 kg Brennstoff mit der chemisch nötigen Luftmenge entstehen.
Nun wird aber in der Praxis die Verbrennung niemals mit der gerade nötigen Luftmenge
durchgeführt, vielmehr wird stets ein Luftüberschuss angewendet.
Bezeichnen wir mit μ das Verhältnis \frac{100,00}{21,00}=4,762 der
Luftmolen zu den in ihnen enthaltenen Sauerstoffmolen und nennen die in Tabelle III
aufgeführte Zahl Sauerstoffmolen, welche von aussen zugeführt werden müssen, n0, so ist nn =(μ – 1) n0 die in Tabelle III unter N2 angeführte Zahl der Stickstoffmolen und
G = g + nn
= g + (μ – 1) n0 ist die Gesamtzahl
der Molen der Heizgase, welche aus 1 kg, Brennstoff entstehen. Geht aber die
Verbrennung mit der φfachen Luftmenge vor sich, werden
also nicht nn + n0 Luftmolen zugeführt,
sondern φ . (nn + n0), so dass also die überschüssige Luft (φ – 1) (nn + n0) beträgt, so kommt
diese Molenzahl noch zu der beim Verbrennen mit der chemisch nötigen Luftmenge
entstehenden Molenzahl hinzu und die Gesamtzahl der jetzt entstehenden Molen der
Heizgase ist
G = g
+(μ – 1) n0
+(φ – 1) (nn + n0) = g + (μ . φ – 1) n0 . . . . . . . .
13)
Die Molekelwärme der Heizgase lässt sich nun berechnen, indem man in die Gleichung 9
an Stelle von nn setzt
(μ . φ – 1) n0, denn es ist gleichgültig, wie sich diese Zahl auf
Sauerstoff und Stickstoff verteilt, da beide Gase bei jeder Temperatur dieselbe
Molekelwärme haben. Ferner greife ich noch, da die Abhängigkeit der Molekelwärme der
schwefligen Säure von der Temperatur noch nicht festgestellt ist, SO2 mit CO2 zusammen, denn nach
dem Gesetz von Petit und Dulong müsste die Konstante der Molekelwärme für beide dieselbe sein und
falls wirklich die Abhängigkeit von der Temperatur eine etwas andere wäre, was aber
wenig wahrscheinlich ist, so würde der Einfluss dieses Unterschiedes doch zu gering
sein, um das Resultat zu beeinflussen.
Zur Berechnung der Molekelwärmen der Heizgase gebrauchen wir also nur die Zahl g der dreiatomigen Molen, die Zahl nk die Kohlensäuremolen
zusammengefasst mit den Schwefligsäuremolen, und die Zahl n0 der aus der Luft zuzuführenden
Sauerstoffmolen. Ich stelle diese Werte hier noch einmal zusammen.
V.
g
n
k
n
0
1
0,09424
0,07132
0,08090
2
0,09402
0,06811
0,07799
3
0,09010
0,06798
0,07704
4
0,07386
0,03895
0,04493
Die Abhängigkeit des Arbeitswertes der Heizgase von
Brennstoff und Luftüberschuss.
Auf Grund des Carnot-Clausiusschen Satzes kann von dem
in den Heizgasen enthaltenen Heizwert des Brennstoffes nur ein ganz bestimmter Teil
in Arbeit verwandelt werden, während der Rest als Wärmeenergie bestehen bleibt und
vom Wärmeträger nach aussen hin an eine Wärmesenke abgegeben werden muss, damit
dieser wieder in seinen Anfangszustand zurückkehren kann.
Aus Gleichung 1 ergibt sich nun, dass die aus einer bestimmten Wärmeenergiemenge bei
gegebener Temperatur Tq
der Wärmequelle zu gewinnende Arbeit um so grösser ist, je tiefer die Temperatur Ts der
Wärmesenke ist. Die tiefste Temperatur, welche uns ohne weiteres, d.h. ohne
besondere Kosten zur Verfügung steht, ist die atmosphärische; wir werden somit als
Temperatur der Wärmesenke 20° annehmen, d.h. Ts = 273 + 20 = 293 setzen.
Die Temperatur, bei welcher der Wärmeträger die Wärmeenergie aus der Wärmequelle
aufnimmt, muss nach derselben Gleichung möglichst gross sein. Sie ist uns also durch
die Temperatur der Heizgase gegeben, denn grösser als die Temperatur der
Wärmequelle, d.h. der Heizgase kann sie nach dem Prinzip von Clausius nicht sein. Diese ist aber veränderlich, denn sie nimmt ja ab in
dem Masse wie die Heizgase Wärme abgeben. Es ist also, da nur die Wärmesenke, nicht
aber auch die Wärmequelle eine konstante Temperatur hat, nicht möglich, zur
Ausnutzung der Wärmeenergie der Heizgase einen einfachen Carnotschen Prozess durchzuführen.
Zeichnen wir uns, um trotzdem zu einem Ausdruckfür das Maximum der aus den
Heizgasen zu gewinnenden Arbeitsmenge, für den Arbeitswert der Heizgase, zu gelangen
nach Gleichung 12 die Temperatur-Entropie-Kurve der Heizgase in das
Temperatur-Entropie-Diagramm ein (Fig. 10) und
tragen in dasselbe auch die Temperatur Ts = 293 der Wärmesenke ein, dann muss, da
wir oben bei der Berechnung der Rosttemperatur angenommen hatten, dass die zum
Verbrennen verwendete Luft mit der Temperatur 20° auf den Rost gelange, nach der
Bedeutung des Diagrammes die Fläche [A B b a] den
Heizwert H des Brennstoffes darstellen. Von dieser
Fläche schneidet nun die Isotherme der Wärmesenke T0 = 293 die Fläche [A b' b
a] ab.
Textabbildung Bd. 319, S. 155
Fig. 10.
Die durch diese Fläche dargestellte Wärmeenergie muss an die Wärmesenke abgegeben
werden, denn alle Elemente derselben haben schon eine Temperatur, die kleiner ist
als die der Wärmesenke, sie können also kein Temperaturgefälle nach Wärmesenke hin
mehr entwickeln, also nach dem Carnotschen Satz keine
Arbeit mehr leisten. Dagegen haben alle oberhalb \overline{A\,b'} liegenden Wärmeteilchen
ein Gefälle nach der Wärmesenke, können also Arbeit liefern, und man wird
dementsprechend den Arbeitswert der Heizgase erhalten, wenn man sämtliche so zu
gewinnende Arbeit wirklich gewinnt; d.h. der Arbeitswert ist gegeben durch die
dreieckartige Fläche [A B b'], welche übrig bleibt wenn
man vom Heizwert H = [A B b
a] die Fläche [A b' b a] abzieht.
(Fortsetzung folgt.)