Brandbestrijding

R.Trompert

Binnen brandweer Nederland kijken we naar de effectiviteit van het blusmedium water. Één van de vragen die hierbij naar voren komt gaat over de verhouding van de volume vermeerdering van water omgezet in stoom, versus volume vermindering door koeling van rookgassen.

Ik heb hier aan geprobeerd te rekenen, vanuit de volgende casus.

In een ruimte van 5 bij 10 meter, hangt een laag van 1,5 meter rookgassen van 800C. Hoe veel water moet je inbrengen om de temperatuur naar 100 graden te brengen en wat betekend deze blussing voor het volume bij gelijkblijvende druk.

Het omrekenen van water naar stoom en de benodigde hoeveelheid energie lukt mij wel, voor het volume van de rookgassen en de benodigde energie zoek ik nog de juiste benadering. Wie kan mij helpen?

Jan van de Velde

Voorlopig die rookgassen als ideaal gas beschouwen want fysische gegevens van "rookgassen" kan ik niet vinden.
Even "achterop de sigarendoos", exacter kan altijd nog als we betere gegevens vinden:

je koelt 5 x 10 x 1,5 = 75 m³ gas af van 1100 K naar 400 K . Het volume verandert daarmee naar 4/11 van 75 = 27 m³

Een liter water geeft ruwweg een kuub stoom op 100°C en dus zou het verdampen van 50 L water voldoende moeten zijn om de druk op peil te houden.

opwarmen van 1 L water tot 100°C kost ongeveer 1 x 4200 x 90 = 378 kJ
het verdampen van die 1 kg kost vervolgens 1 x 2 260 000 = 2 260 kJ
totaal 2 600 kJ

neem voor de dichtheid van die rookgassen op 1100 K ongeveer 273/1100 x 1,5 kg/m³ ≈0,4 kg/m³
massa rookgas dus ruwweg 75 x 0,4 ≈ 30 kg

Neem voor het mengsel gassen een ruwe 1,4 kJ/kgK
afkoelen van dat rookgas levert op 30 x (1100-400) x 1,4 ≈ 30 kJ

Idiote mismatch met de energie nodig om 1 L water te verdampen, laat staan 50. De hoeveelheid stoom die ontstaat door het afkoelen van die rookgassen duwt geen deuk in een pakje boter als het erom gaat de druk op peil te houden.
Er zal dus volop gas van buiten nodig zijn om de af te koelen ruimte op druk te houden.

Pinokkio

De dichtheid ρ van een gas kan berekend worden met formule afgeleid van de gaswet:

ρ = M.p / (Z.R.T)

Alles in SI eenheden.

Als we aannemen dat zowel het rookgas als de ontstane stoom zich als ideaal gas gedragen, dan is voor beiden Z = 1

p = atmosferische druk = 101300 Pa (N/m²)
R = 8314 J/kmol.K
T = absolute temperatuur = ^oC + 273
M = molmassa, kg/kmol
M van rookgas hangt af van wat er brandt, ik neem voor het gemak even aan dat rookgas is M = 28 kg/kmol (zelfde als stikstof). Stoom M = 18 kg/kmol.

Dus voor rookgas geldt dat ρ = 0,32 kg/m³ bij 800 ^oC en 0,91 kg/m³ bij 100 ^oC
En voor de geproduceerde stoom geldt dat ρ = 0.59 kg/m³ bij 100 ^oC

Om water van 10 ^oC om te zetten in stoom van 100 ^oC kost 2634 kJ/kg water/stoom

Om 1 kg rookgas af te koelen van 800 naar 100 oC moet (800 - 100) * 1,1 kJ/kg.K = 770 kJ/kg rookgas

Benm

De hoeveelheid stoom die ontstaat door het afkoelen van die rookgassen duwt geen deuk in een pakje boter als het erom gaat de druk op peil te houden.
Er zal dus volop gas van buiten nodig zijn om de af te koelen ruimte op druk te houden.

Dat is op zich best een interessant gegeven.

Door het koelen van een ruimte middels water (dat verdampt tot stoom) zou je een situatie feitelijk erger kunnen maken: het veroorzaakt een onderdruk in de ruimte die gevuld zal worden met zuurstofrijke buitenlucht. Als de temperatuur niet homogeen is en er nog een hete ontstekingsbron aanwezig zou dat kunnen zorgen voor een secundaire explosie: je zuigt zuurstofrijke lucht in een ruimte door gassen toe koelen. Als daar bijvoorbeeld veel CO in zit bestaat de kans dat dat icm die buitenlucht en een ontstekingsbron een nieuwe brandhaard (of zelfs explosie) oplevert.

Uiteraard is dit wel een bekend probleem en kiest men er soms voor om een pand gewoon door te laten branden als het conomisch afgescrheven is, terwijl men met het water probeert omliggende panden te beschermen tegen overslag. Het kan er wat raar uitzien als de brandweer waterstralen richt op omliggende panden ipv op de eigenlijke brand, maar soms is daar een prima reden voor.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Brandbestrijding

Brandbestrijding

Re: Brandbestrijding

Re: Brandbestrijding

Re: Brandbestrijding