Ballonnen

Ensiferum

Stel ik heb drie grote 'ballonnen' (misschien is zeppelins een beter woord). Alle drie zijn gemaakt van een stevig en dus ook redelijk zwaar materiaal dat geen gas laat lekken. Ze zijn respectievelijk gevuld met ammoniak, methaan en waterstofgas.

Ik vermoed dan dat de waterstofballon het best zal vliegen, aangezien het gas een veel lagere dichtheid en massa dan lucht heeft. Mijn sterk afgeronde berekeningen komen uit op een factor 14 voor waterstof en een factor 2 voor de andere twee, als we hun dichtheid vergelijken met die van lucht (bij standaardomstandigheden). Qua massa heeft waterstof ongeveer 2, tegenover de afgeronde 28 van lucht, 17 van ammoniak en 16 van methaan.

Maar ik vraag me nu af, als de tarra massa van de ballon zelf redelijk groot is (stel vier ton), geraken de hydrideballonnen dan nog goed van de grond? Bestaat er hier een wiskundige relatie voor, tussen tarra massa en hoeveelheid gas?

Bijkomende vraag: zal één van deze gassen spontaan ontbranden of ontploffen in een situatie als deze, en zo ja, bestaan er stoffen om dit te verhelpen?

Victor

Hallo!

Heeft te maken met Archimedes: opwaartse kracht = soortelijk gewicht lucht * g * Volume van je zeppelin.

Dus, hoe groter het volume van je Zeppelin, hoe meer de zwaartekracht wordt overwonnen.

En, hoe zwaarder je zeppelin, hoe groter die zwaartekracht.

Maak je zeppelin zo volumineus en licht mogelijk.

Hoe? Als je metalen contructie het uithoudt, gebruik je vacuum..

Een snelle berekening, voor een zeppelin van 4 ton, indien je vacuum gebruikt, heb je een volume nodig van:

1.3kg/m³ *9.81 * volume zeppelin = 4000kg * 9.81

=> volume zeppelin = 3077m³

Dit is het minimum volume van je zeppelin vooraleer hij gaat zweven.

Gebruik je een gas surplus, dan heb je nog een groter volume nodig (grotere totale massa).

H2 ontbrandt/ontploft sowieso, vooral in de verhouding 2 delen H2 en 1 deel O2 (vorming van water).

Methaan ook (niet te gebruiken in grote volumes...=ozongas..) . Niets die in sporenconcentratie wordt toegevoegd kan dit verhinderen. Ammoniak niet, maar niet echt veel voordelen...

Hopelijk kon'k je helpen.

Vriendelijke groeten,

Victor

Marko

Victor schreef:Hallo!

Heeft te maken met Archimedes: opwaartse kracht = soortelijk gewicht lucht * g * Volume van je zeppelin.

Dus, hoe groter het volume van je Zeppelin, hoe meer de zwaartekracht wordt overwonnen.

En, hoe zwaarder je zeppelin, hoe groter die zwaartekracht.

Maak je zeppelin zo volumineus en licht mogelijk.

Hoe? Als je metalen contructie het uithoudt, gebruik je vacuum..

Een snelle berekening, voor een zeppelin van 4 ton, indien je vacuum gebruikt, heb je een volume nodig van:

1.3kg/m³ *9.81 * volume zeppelin = 4000kg * 9.81

=> volume zeppelin = 3077m³

Dit is het minimum volume van je zeppelin vooraleer hij gaat zweven.

Gebruik je een gas surplus, dan heb je nog een groter volume nodig (grotere totale massa).

Het eerste ben ik met je eens, het gedeelte tussen haakjes niet. Gebruik je gas, dan kan de binnenkant van de ballon gewoon (ongeveer) 1 bar zijn. Er staat dan netto geen of nauwelijks kracht op de wand van de zeppelin, dit in tegenstelling tot het geval waarbij vacuum gebruikt zou worden, de kracht die er dan op staat is gigantisch, namelijk 10⁵ N per m². Je kunt in het geval van een gas dus veel dunner en dus veel lichter materiaal gebruiken. Het totaalgewicht zal daardoor ook lager zijn. Niet voor niets worden ballonnen en zeppelins gewoon gevuld met gas, in plaats van vacuumgezogen totdat ze opstijgen.

H2 ontbrandt/ontploft sowieso, vooral in de verhouding 2 delen H2 en 1 deel O2 (vorming van water).

De onderste en bovenste explosiegrenzen van waterstof zijn 4% en 75%. Een ballon gevuld met 100% waterstofgas ontploft dus sowieso niet. Ontbranden gebeurt ook niet spontaan bij temperaturen onder 500 graden. Wat overigens niet wil zeggen dat zoiets niet zonder gevaar is.

Methaan ook (niet te gebruiken in grote volumes...=ozongas..) . Niets die in sporenconcentratie wordt toegevoegd kan dit verhinderen.

Wat heeft methaan met ozon te maken? Het zijn twee totaal verschillende stoffen, methaan wordt op geen enkele manier ozongas en reageert er ook niet zomaar mee. Ik snap niet wat je hier wil zeggen en/of waar je deze (des)informatie vandaan hebt.

Ammoniak niet, maar niet echt veel voordelen...

Nee, niet als je een licht gas zou willen hebben. De beste optie is helium.

Victor

Wat heeft methaan met ozon te maken? Het zijn twee totaal verschillende stoffen, methaan wordt op geen enkele manier ozongas en reageert er ook niet zomaar mee. Ik snap niet wat je hier wil zeggen en/of waar je deze (des)informatie vandaan hebt.

Oops sorry...

Ik bedoelde "broeikasgas"...

Dus niet echt'n milieuvriendelijke optie voor'n ballon...

Groeten,

Victor

Marko

Nou, die paar kilo methaan die in zo'n ballon zit zal het verschil niet maken.

Ensiferum

Bedankt allebei. Nog enkele bijvraagjes toch.

Waterstofgas lijkt me het beste middel om hier te gebruiken (helium en vacuüm zijn sowieso geen optie, om redenen eigen aan datgene wat ik wil bereiken). Het idee is inderdaad dat er een minimum aan zuurstof aanwezig is bij temperaturen die nooit boven de 100° C zullen stijgen. De relatie tussen druk en volume lijkt me het beste weergegeven via de gaswet, PV = nRT. Maar dan vraag ik me af wat de verhouding zal zijn tussen het aantal mol n en de opwaartse stuwkracht. Hoe komt het aantal mol en de dichtheid van het gas in die Archimedesvergelijking kijken?

Of misschien moet ik ineens mijn hele theorie in theorieontwikkeling uit de doeken doen... Het idee is eigenlijk een vliegend wezen te helpen vliegen door middel van een met gas gevulde blaas, zodat het meer massa kan hebben.

Jan van de Velde

Maar dan vraag ik me af wat de verhouding zal zijn tussen het aantal mol n en de opwaartse stuwkracht. Hoe komt het aantal mol en de dichtheid van het gas in die Archimedesvergelijking kijken?

Da's betrekkelijk simpele basale natuurkunde.

Uit de algemene gaswet p·V=n·R·T leren we dat 1 mol van om het even welk gas bij 25°C en 1 atmosfeer bij benadering 24,5 L ruimte inneemt. (24,5 L/mol dus)

Met een gemiddelde molmassa van om en nabij de 29 g/mol voor lucht betekent dat een dichtheid voor lucht van die temperatuur van 29 (g/mol) / 25,5 (L/mol) is ong. 1,2 g/L

Met een molmassa van 2 g/mol voor waterstofgas betekent dat een dichtheid voor waterstofgas van die temperatuur van 2 (g/mol) / 25,5 (L/mol) is ong. 0,08 g/L

Verpak je 1 L waterstofgas (0,08 g) in een "blaas" met een massa van, ik noem maar wat, 1 g, dan is de totale massa van blaas plus inhoud 1,08 g. Dat heeft een volume van 1 L, verplaatst dus ook 1 L lucht, met een massa van 1,2 g.

De opwaartse kracht op het geheel is dan het verschil tussen de zwaartekracht op die ene liter lucht van 1,2 g en de zwaartekracht op de 1,08 g blaas met waterstof.

De zwaartekracht op 1,2 - 1,08 = 0,12 g is Fz= m·g = 0,00012 x 9,81 = 0,0012 N. En met die kracht kun je dus iets aan je waterstofgevulde blaas omhoog laten drijven.

Afbeelding

Ik hoop dat muggen van dat systeem gebruik gaan maken, dan zie ik ze tenminste makkelijker zitten in mijn slaapkamer

.

Alleen dan voor de veiligheid de elektrische vliegenmeppers verbieden

.

Ensiferum

OK bedankt, al vrees ik dat mijn plannetje niet zal werken. Om het geheel rendabel te maken moet het volume heel klein of heel groot zijn. Als het klein is kan de blaas ook heel licht zijn, maar voor grotere volumes zal ze veel zwaarder wegen en zijn immense volumes noodzakelijk om het gewicht van de blaas zelf te overwinnen. Ik denk dat voor dierlijk leven dat laatste niet mogelijk is. De blaas moet immers heel stevig zijn om ontploffende beesten te vermijden. Een opgeblazen zeppelinwalvis is er eventueel wel mee gebaat.

Back to square one.

Marko

Je hoeft niet terug naar square one. Het volume, en daarmee de opwaartse kracht, schaalt met de derde macht van de diameter; de massa schaalt met het kwadraat ervan. De dikte van de wand van de blaas hoeft namelijk nauwelijks toe te nemen met een toenemende grootte. Het gas binnenin de blaas kan immers een druk hebben die even groot is als de buitenluchtdruk, er staat dan ook nauwelijks kracht op. Met biologische grondstoffen kun je een licht en toch sterk materiaal maken, denk bijvoorbeeld aan spinnenwebben.

Om even een indicatie te geven: De 3077 m³ waar victor het over had komen overeen met een bolvormige zak met een diameter van 18 meter. Zou je zo'n zak (tank) van aluminium (dichtheid 2.7 kg/l) maken, dan is de dikte ongeveer een halve cm bij een gewicht van 4 ton! Dat zijn behoorlijk dikke platen, dikker dan nodig is in ieder geval.

Maak je zo'n zak van nylon, of van een biologische variant ervan (dichtheid ca 1), met een dikte van 2 mm, dan kom je op een diameter van ongeveer 800 m. Dat heeft een volume van 270 miljoen kuub, en gevuld met waterstof kun je daarmee zo'n 300 miljoen kilo optillen...

De zak zelf weegt dus nauwelijks iets ten opzichte van het gewicht van het dier. Wel is de zak erg groot ten opzichte van de rest, maar dat hoeft niet zo'n probleem te zijn, lijkt mij.

Het grootste obstakel is het vervliegen van waterstofgas. Dat lekt behoorlijk hard door zo'n wand heen, en het dier moet het dus in hetzelfde tempo bijmaken. Dat kost een flinke bult energie. Maar misschien kun je de blaas volhangen met zonnepanelen (bladgroen dus). Als je toch een fantasiedier maakt, moet dat kunnen.

Ensiferum

Het grootste obstakel is het vervliegen van waterstofgas. Dat lekt behoorlijk hard door zo'n wand heen, en het dier moet het dus in hetzelfde tempo bijmaken. Dat kost een flinke bult energie. Maar misschien kun je de blaas volhangen met zonnepanelen (bladgroen dus). Als je toch een fantasiedier maakt, moet dat kunnen.

Mijn plan om het gas aan te maken was via het eten van onverteerbare koolhydraten à la cellulose. In de darmen zetten anaerobe bacteriën deze vezels om in methaan, waterstofgas en koolstofdioxide (gebeurt bij de mens). Dan had ik nog een membraan nodig dat waterstof doorlaat, maar geen kooldioxide en zo kon het naar de blaas getransporteerd worden.

Ofwel moet mijn wezen dus extra veel planten verorberen, ofwel moet ik een blaas zien te bedenken die niet lekt. Het membraan is ook een mogelijk struikelblok. Koolstofdioxide is immers dichter dan lucht.

Een voordeel is wel dat waterstofgas een antioxiderende werking heeft en niet toxisch is. Als het dan lekt is het geen erg zolang de concentratie laag blijft en het zich niet opstapelt.

De zak zelf weegt dus nauwelijks iets ten opzichte van het gewicht van het dier. Wel is de zak erg groot ten opzichte van de rest, maar dat hoeft niet zo'n probleem te zijn, lijkt mij.

De zak is bedoeld als hulpmiddel. Het idee is dat het wezen ook nog vleugels heeft. Als ik de opwaartse kracht wist van de zak, dan kon ik die combineren met de opwaartse kracht van de vleugels en zo een wezen proberen te vinden zonder al te bizarre verhoudingen.

Jan van de Velde

een wezen proberen te vinden zonder al te bizarre verhoudingen.

Dáár zit het probleem. Lucht heeft al zo'n geringe dichtheid dat er eigenlijk niks is dat een groot VERSCHIL in dichtheid ermee kan hebben. Je hebt dus altijd gigantische volumes nodig voor een beetje opwaartse kracht. Niet voor niks dat luchtballons en zeppelins van die "bizarre verhoudingen" hebben........

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Ballonnen

Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen

Re: Ballonnen