Volledige verbranding en de luchtbehoefte
Leerdoel van deze les
Je kunt de verbranding van aardgas opstellen en de benodigde hoeveelheid lucht bepalen.
Wat er in de vlam gebeurt
Aardgas bestaat vooral uit methaan (CH4). Verbranden is een reactie met zuurstof uit de lucht. Bij volledige verbranding zijn het resultaat koolstofdioxide, waterdamp en warmte:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + warmte
Voor de kleine componenten in aardgas geldt hetzelfde principe: C2H6 + 3,5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O en C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O. Stikstof (N2) in het gas brandt niet mee. Blijft er te weinig lucht of wordt de vlam gekoeld, dan verloopt de reactie niet volledig: dan ontstaat CO (les 4.4).
Hoeveel lucht heb je nodig
Lucht is geen zuivere zuurstof. De tabellen van Kiwa rekenen met 20,94% O2, 79,02% N2 en 0,04% CO2 in droge lucht. De vuistregel '21% zuurstof' is een afronding. Voor 1 m³ methaan is 2 m³ zuurstof nodig, dus:
lucht = 2 m³ O2 / 0,2094 = 9,55 m³ lucht per m³ methaan
De stikstof uit de lucht (circa 7,55 m³ per m³ methaan) doet niet mee met de reactie. Hij wordt wel opgewarmd en verlaat het toestel met het rookgas.
| Gas | Samenstelling (rekenaanname) | Minimaal benodigde lucht |
|---|---|---|
| Methaan (G20 gerekend als zuiver methaan) | 100% CH4 | 9,55 m³ per m³ gas |
| G25-achtig gas | 86% CH4, 14% N2 | 0,86 × 9,55 = 8,21 m³ per m³ gas |
| Gas met wat ethaan en propaan | voorbeeldsamenstelling, eigen rekenaanname | circa 8,4 m³ per m³ gas |
Dit zijn rekenwaarden. De wet noemt geen getal per m³ gas: de capaciteit van de luchttoevoer moet minimaal de volgens de toestelspecificaties benodigde capaciteit zijn (voor toestellen tot 130 kW, bepaald volgens NEN 1087 of NEN 8087). Als orde van grootte kom je uit op 8 tot 10 m³ lucht per m³ gas, afhankelijk van de gassamenstelling.
Zonder genoeg lucht geen volledige verbranding
Per m³ gas heb je minstens 8 tot 9,5 m³ lucht nodig, want alleen de 20,94% zuurstof reageert. Een te krappe of geblokkeerde luchttoevoer is daarom het begin van onvolledige verbranding en van CO.
Rekenvoorbeeld: lucht voor een toestel van 24 kW
Een toestel met 24,0 kW ingangsvermogen (op onderwaarde, Hi) draait op vollast op Nederlands aardgas van 8,792 kWh per m³(n) Hi. Rekenen met kW en kWh: 1 kW is 1 kWh per uur.
- gasverbruik: 24,0 kW / 8,792 kWh/m³(n) = 2,73 m³(n)/h
- minimale lucht: 2,73 m³(n)/h × 8,4 m³ lucht per m³ gas = 22,9 m³(n)/h, dat is 6,4 dm³/s
Dit is het theoretische minimum. In werkelijkheid krijgt de vlam meer lucht dan dit; hoeveel en waarom, leer je in les 4.3.
De lucht moet schoon zijn
Verbrandingslucht moet vrij zijn van chloor- en fluorverbindingen. Die zijn uitermate corrosief en zitten in spuitbussen, verf, oplosmiddelen, reinigingsmiddelen, waspoeder, lijm en pekel. Zuig daarom geen lucht aan via ruimten waar deze producten worden gebruikt, zoals een kapsalon, stomerij, industriële ruimte of een ruimte met koelinstallatie. Volgens Remeha vervalt bij corrosie hierdoor de garantie.
Ook mag bij een open opstelling de luchttoevoeropening van het toestel niet worden afgesloten en mogen de verbrandingsluchtopeningen van de opstelruimte niet worden verkleind of afgesloten. De luchtstroom moet volgens het Bbl van de toevoervoorziening naar het toestel gaan.
Verdieping: waar komt de warmte vandaan?
Bij de reactie ontstaat 2 mol waterdamp per mol methaan. De calorische bovenwaarde Hs (35,17 MJ/m³ voor Groningen-equivalent gas) telt de condensatiewarmte van die damp mee, de onderwaarde Hi (31,65 MJ/m³(n) voor gemiddeld aardgas) niet. De verhouding Hi/Hs is 0,902 voor aardgas. Dat verschil van circa 10% is precies de winst die een condenserende ketel kan halen: zie les 4.6.
Video's bij deze les
Beeldmateriaal van derden, als aanvulling. Oudere of buitenlandse video's kunnen andere data of regels noemen: de les volgt de actuele Nederlandse bronnen.
Test jezelf
Beantwoord de vragen om te merken of de stof zit. Na elk antwoord zie je de uitleg, ook als je het goed had.
1. Hoeveel m³ zuurstof is minimaal nodig om 1 m³ methaan volledig te verbranden?
2. Hoeveel m³ lucht is minimaal nodig voor 1 m³ methaan, als lucht 20,94% zuurstof bevat?
3. Een toestel van 12,0 kW ingangsvermogen (onderwaarde) draait op vollast op aardgas van 8,792 kWh/m³(n). Hoeveel lucht heeft het minimaal per uur nodig, gerekend met 8,4 m³ lucht per m³ gas?
4. Waarom heeft G25-achtig gas (86% CH4, 14% N2) minder lucht nodig per m³ dan zuiver methaan?
5. Een open toestel staat in een kapsalon en haalt zijn verbrandingslucht uit de salon, waar dagelijks spuitbussen worden gebruikt. Wat is het risico?
Voordat je verdergaat
Flashcards uit deze les
Deze les levert 7 kaarten op. Zodra je de les afrondt, komen ze terug in je herhaalschema: kaarten die je goed weet steeds later, kaarten die je mist al de volgende dag.