Carl Wilhelm Siemens/Over brandstof/3

Uit Wikisource
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Over brandstof [3]
Auteur(s) [C.W. Siemens]
Datum Zondag 12 juli 1874
Titel Over brandstof
Tijdschrift De Opmerker
Jg, nr, pg 9, 28, [1-2]
Opmerkingen Edward Alfred Cowper vermeld als E.A. Cowper, Douglas Strutt Galton als Galton, Friedrich Siemens als Frederik
Brontaal Nederlands
Bron tresor.tudelft.nl
Auteursrecht Publiek domein

[1]


[...]


OVER BRANDSTOF.


(Vervolg van No. 27).


      Wij komen nu tot de vraag:


Hoe moet brandstof worden aangewend?


      lk stel mij voor dit door drie voorbeelden duidelijk te maken, die aan de drie groote takken van het gebruik der brandstof beantwoorden
            a. het voortbrengen van stoomkracht,
            b. de huiselijke haard,
            c. de smeltoven,
      a. Verbruik bij stoomwerktuigen. Ik heb hier de doorsneden van twee stoomcilinders van gelijke grootte. De eene daarvan is een zoogenaamde stoomcilinder van hooge drukking, voorzien van de gewone kleppen voor het inlaten en uitlaten van den stoom. De andere is ingericht om expansief van den stoom nut te trekken en werkt in verbinding met een condensor. Ik heb hier twee voorstellingen van den stoomdruk eens zuigerslags der beide werktuigen geteekend, terwijl ik in beide gevallen den gelijken oorspronkelijken stoomdruk van zestig Engelsche ponden per vierkanten duim boven den atmosferischen druk en het door de machine op te heffen gewicht aanneem. Zij toouen aan, dat in het laatste geval dezelfde hoeveelheid arbeid wordt voortgebracht, als men den cilinder slechts tot ongeveer een derde zijner lengte vult. Hier hebben wij dus eene gemakkelijk te begrijpen en practische wijze om twee derden van den bij het gebruik eener gewone machine van hooge drukking noodigen stoom te besparen; niettemin bevinden wij, dat de meeste tegenwoordig in gebruik zijnde stoomwerktuigen de verkwistende inrichting bebben. Ook worden de leerstellingen der theorie in dit geval, – gelijk in elk geval, bij behoorlijke aanwending –, door de practijk volkomen bevestigd. Eene gewone machine zonder expansie of uitzetting en zonder condensor of koelvat vordert gewoonlijk een verbruik van acht tot tien Engelsche ponden kool per paardekracht en uur, terwijl eene goede expansieve en condenseerende machine dezelfde hoeveelheid arbeid met slechts twee ponden kool in het uur levert. Wel is waar ligt de oorzaak dezer besparing ook hierin, dat de cilinder eener goede machine in den regel tegen warmteverlies beveiligd is door een stoommantel en uitwendige bekleeding met vilt of andere slechte warmtegeleiders (*), en dat daarbij gewoonlijk meer zorg voor den ketel in acht genomen wordt en voor die deelen der machine, waarvan eene goede werking afhangt.
      Een doorslaand bewijs voor wat binnen eene kleine tijdsruimte kan bereikt worden, werd in den jongsten tijd geleverd door het Engelsche Genootschap van Werktuigkundige Ingenieurs, waarvnn ik de eer heb voorzitter te zijn. Toen het in 1863 te Liverpool zijne algemeene vergadering hield, stelde het een nauwkeurig onderzoek in naar het kolenverbruik bij de beste machines der Atlantische stoomvaartlijnen, waaruit bleek, dat het verbruik in geen geval geringer was dan vier en een half pond per paardekracht en uur. In het vorige jaar (1872) vergaderde het weder voor hetzelfde doel te Liverpool, en de heer Bramwell leverde het bewijs, dat het gemiddeld verbruik van zeventien marine-machines niet dubbelen cilinder en uitzetting niet meer bedroeg dan twee en een half pond per paardekracht en uur. De heer E. A. Cowper had zelfs een verbruik van minder dan anderhalf pond verkregen, doordien hij een oververhittingstoestel tusschen de twee cilinders plaatste. Maar laat ons niet lang bij dezen graad der voortschrijdende volmaking blijven staan, daar ik reeds in het eerste gedeelte mijner voordracht aantoonde, dat de theoretische volkomenheid eerst dàn kan geacht worden bereikt te zijn, als eene paardekracht kan worden voortgebracht met achttien honderdsten van een Eng. pond zuivere kool of ongeveer een kwart pond gewone steenkool (Steam-coal) in het uur.
      Hier hebben wij dus twee bepaalde grenzen voor ons streven; de eene: de grens vim ongeveer twee pond kool per paardekracht en uur, die in eenige gevallen bereikt is geworden en in de meeste bereikt kan worden; de andere: de theoretische grens van een kwart pond per paardekracht en uur, die nimmer onvoorwaardelijk bereikt kan worden, maar die wij met behulp van den geest der uitvinding meer en meer kunnen naderen.
      b. Huiselijk verbruik. De verkwisting bij het vuur van den huiselijken haard en de keuken is bekend. Hierbij wordt alleen de van het vuur zelf uitstralende warmte dienstbaar gemaakt, en de verbranding is in den regel zeer onvolkomen, dewijl de ijzeren wand en bet sterke toestroomen van koude lucht de verbranding belemmeren vóórdat zij nog half algeloopen is. Wij weten, dat wij eene kamer veel zuiniger kunnen verwarmen met een Duitsche kachel, maar hiertegen roeren wij aan, dat zij een minder aangenamen indruk maakt, dewijl wij het vuur niet zien en zijne verwarmende uitwerking op onze vochtige kleeding niet gevoelen; bovendien voldoet zij niet genoeg aan de eischen der luchtverversching en maakt de lucht benauwend. Dat zijn, naar mijne meening, zeer zwaarwegende bedenkingen, en zelfs besparing is niet wenschelijk, als zij ten koste van gezondheid en levensgenoegen moet worden bereikt. Toch is er ten minste één stookinrichting, die een hoogeren graad van genoeglijkheid met doelmatige spaarzaamheid verbindt en, ofschoon zeer eenvoudig, toch nog zeer weinig wordt aangewend. Ik bedoel kapitein Gallon’s »ventileeroven” (ventilating fire-place), waarvan gij eene afbeelding aan den muur ziet en dien men als eene verbetering van Arnott’s vuurhaarden kan beschouwen. Deze haard onderscheidt zich, naar het uiterlijke, ternauwernood van een gewonen; alleen heeft hij eene hoogere vuurvaste bekleeding, die ongeveer in het midden doorboord is, om aan het vuur verwarmde lucht toe te voeren en alzoo een groot deel van den rook te voorkomen, die gewoonlijk in den schoorsteen opstijgt en slechts dient om de dampkringslucht, die wij inademen, te vergiftigen.
      De nieuwheid en de verdienste van kapitein Galton’s inrichting bestaan hoofdzakelijk daarin, dat achter den rooster eene ruimte voorhanden is, waarin de lucht rechtstreeks van buiten toetreedt, aldaar matig verwarmd wordt (tot 30° Celsius) en, in een bijzonder kanaal opstijgende, onder de zoldering aan de kamer wordt toegevoerd en wel met eene kracht, gelijk aan die van de verwarmde opstijgende lucht. Alzoo wordt eene volledige vulling binnen de kamer verkregen, instroomingen door deur en vensters vermeden en de lucht gestadig door het uitstroomen door den schoorsteen vernieuwd. Op deze wijze wordt èn het aangename van een open vuur èn het weldadige van een met versche, maar matig verwarmde, lucht gevuld vertrek met eene aanmerkelijke besparing van brandstof gelukkig verbonden. Niettemin wordt deze inrichting slechts weinig aangewend, ofschoon zij in eene door kapitein Galton uitgegeven verhandeling en in een bericht van den Franschen generaal Morin uitvoerig beschreven is.
      De langzaamheid, waarmede deze onbetwistbare vooruitgang practische aanwending vindt, heeft, naar mijn inzicht, hare oorzaak in twee omstandigheden: de eene bestaat daarin, dat kapitein Galton zijne uitvinding niet deed octrooieeren of patenteeren, want zoo heeft niemand er groot geldelijk belang bij de invoering door te zetten. De andere is daarin gelegen, dat men bij ons meestal huizen slechts tot verkoop bouwt, maar niet om er zelf in te wonen. Een bouwheer houdt het voor eene goede speculutie, eenige dozijnen huizen volgens eene lage begrooting op te trekken, om ze, zoo mogelijk, vóór hunne voltooiing te verkoopen. De kooper prijst ze dan aan met de fatsoenlijke réclame: »Deftige woonhuizen te huur.” Men meent natuurlijk, als men zulk eene woning huurt, dat men ze naar zijn smaak kan inrichten, om na het eerste oogenblik van het betrekken in het genot van alle gemakken en genoegens te zijn. Maar die ijdele hoop verkeert spoedig in bittere ontgoocheling. Den eersten avond, als het gas ontstoken is, bevindt men, dat het, in plaats van uit de branders, liever uit de verbindingen der pijpen rechtstreeks in de kamer stroomt; zoo ook neemt het regenwater zijn loop door het dak, waardoor een gedeelte op het nieuwe vloerkleed valt. Maar het ergste van alles is, dat de producten der verbranding uit de stookinrichtingen, die, naar alle waarschijnlijkheid, gemaakt zijn zonder rekening te houden met de afmetingen van de kamer of de wijdte van den schoorsteen, hardnekkig weigeren zich van de schoorsteenkanalen te bedienen en er de voorkeur aan geven, zich als rookwolken door de kamer te verspreiden. Nu worden smids en schoorsteendokters geroepen, die de vloerplanken opnemen, de tapijten bevuilen en niets minder dan fraaie schoorsteenpijpen en kappen aanbrengen; de stookinrichtingen moeten telkens veranderd worden om het huis allengskens in bewoonbaren staat te brengen, waarna men nog steeds de tallooze misstanden van de oorspronkelijke inrichtingen herkent. Niettemin was het huis uitmuntend geschikt voor den bouwheer, en hij volgt hetzelfde plan bij de oprichting van huizen in eene naburige straat. Waarom zou hij kapitein Galton’s vuurhaard gebruiken? Wel is waar zou deze hem niet veel kosten en den bewoner jaarlijks veel geld besparen aan kolen, afgezien nog van het genoegen voor dezen en zijn gezin. Maar niemand verlangt dien van hem; hij zou zich de moeite moeten getroosten de détails uit te werken en eenige onder-contracten te veranderen, die reeds gesloten werden, en zoo bepaalt hij er zich toe huizen volgens de oude sleur te bouwen en te verkoopen. En deze staat van zaken zal niet ophouden vóórdat de bewoners der huizen zelven de zaak in handen nemen en bepaaldelijk weigeren zich naar den gemakszin van den bouwheer te voegen, of, wat nog beter is, wanneer zij bouwheeren kiezen, die geneigd zijn de buizen naar den gemakszin der bewoners te bouwen. Dit geschiedt reeds eenigszins door de bouwvereenigingen, maar deze nijverheidstak in ook nog te veel van den ouden zuurdeesem doortrokken en begrijpt het vraagstuk nog te weinig.
      c. Verbruik tot smelten. Wij komen nu tot de derde wijze van verbruik in onze smelt- en andere ovens op het gebied der metaalnijverheid, die van de geheele kolenopbrengst van honderd twintig millioen tonnen in Engeland ongeveer het eenderde in beslag nemen. Hier bestaat dus alle reden tot verbeteringen. De massa brandstof, die tegenwoordig verbruikt wordt om eene ton ijzer tot smelthitte te brengen of eene ton staal te smelten, verwijdert zich veel meer van de theoretisch slechts voor dit doel gevorderde hoeveelheid, dan bij het opwekken van stoomkracht en bij huiselijk verbruik het geval is. Neemt men 0.12 aan als de gemiddelde soortelijke warmte van het ijzer (*) en de smelthitte als 1600° C., zoo zouden er 0.12 × 1600 = 192 warmte-eenheden noodig zijn om een pond ijzer tot dit punt te verhitten. Een pond zuivere kool ontwikkelt 8050 warmte-eenheden, een pond gewone kool ongeveer 6500; naar dien maatstaf moest eene ton kool ongeveer 34 tonnen ijzer tot smelthitte brengen. In eenen gewonen gloeioven verhit eene ton kolen slechts 1⅔ ton ijzer en brengt dus een twintigste van de theoretische maximumuitwerking voort. Als men eene ton staal in tegels smelt, worden er drie tonnen cokes verbruikt, en als men het smeltpunt van het staal op 2000° C. en zijne gebondene warmte op 1000° verhitting stelt, zoo zouden er 0.12 × 3000 = 360 warmte-eenheden noodig zijn om een pond staal te smelten, en als men de warmte-voortbrengende kracht van de gewone cokes ook op 6500 eenheden aanneemt, zou zoude eene ton cokes toereikende moeten zijn om = 18 tonnen staal te smelten; dus trekt de Sheffielder smeltoven (uit tegels opgetrokken) slechts van = der bij de verbranding voortgebrachte hitte nut. Hier is dus eene zeer wijde speelruimte voor verbeteringen. Sedert het jaar 1846, of kort nu de eerste bekendwording van de dynamische theorie, heb ik mij beijverd eenige der economische uitkomsten, die deze theorie mogelijk maakten, bij benadering te bereiken, terwijl ik daarbij den regenerator als hulpmiddel gebruikte, die wel is waar niet in staat is voor de tweede maal warmte voort te brengen, doordien deze reeds eens werkelijk verbruikt is geworden, maar die buitengewoon nuttig is om tijdelijk warmte te bewaren, waarvan niet onmiddellijk nut kan worden getrokken.
      Zonder u met een bericht over den trapsgewijzen vooruitgang dezer uitvindingen, waarin mijn broeder Frederik een belangrijk aandeel heeft, te vermoeien, wil ik u in het kort den oven beschrijven, dien ik tegenwoordig gebruik om staal te smelten, zoowel als tot het vervaardigen van gietstaal uit ruwe grondstoffen. (Deze oven is afgebeeld in het tweede gedeelte der brochure, dat de voordracht behelst: Ueber Gewinnung von Eisen und Stahl durch direktes Verfahren en aldaar uitvoeriger beschreven.) Hij bestaat uit een vloer van zeer weerstandbiedende bouwstof, b. v. zuiver kwartszand en Dina-tegels, onder welke vier regeneratoren (of kamers, gevuld met schaakbordvormig of met tusschenruimten opgebouwde tegels) zoo ingericht zijn, dat een stroom brandbaar gas door een van deze regeneratoren opstijgt, terwijl een luchtstroom door den aangrenzenden regenerator gaat, om zich bij het binnentreden van de ovenkamer met genen te vereenigen. De voortbrengselen der verbranding, in plaats van rechtstreeks in den schoorsteen te komen, gelijk bij de gewone ovens, worden door de beide andere regeneratoren zijwaarts geleid op hunnen weg naar den schoorsteen, waar zij hunne hitte aan de schaakbordvormig opgetrokken tegels mededeelen, zoodat de hoogste warmtegraad in de bovenste lagen verkregen wordt en de galachtige producten den schoorsteen betrekkelijk afgekoeld verlaten (bij ongeveer 170° C). Nadat men een halfuur op deze wijze gewerkt heeft, worden de stroomen door kleppen omgekeerd, en de koude lucht en het verbrandbare gas treden nu de ovenkamer binnen, nadat zij de hitte van de regeneratoren hebben opgenomen in omgekeerde richting van die, waarin zij er aan was afgegeven, en bereiken alzoo den oven bijna met denzelfden warmtegraad, waarmede de verbrandingsproducten hem verlaten. Op die wijze wordt eene groote verhooging van de temperatuur binnen den oven verkregen; het eene paar regeneratoren wordt verhit, terwijl het andere wordt afgekoeld; het is begrijpelijk, dat op deze wijze de hitte in de ovenkamer tot een schijnbaar onbeperkten graad kan worden opgevoerd. Practisch wordt deze grens bereikt bij het punt, waar de bouwstoffen, waaruit de ovenkamer bestaat, beginnen te smelten. Bovendien bestaat er eene theoretische grens in de omstandigheid, dat de verbranding ophoudt bij eene temperatuur, die de heer Sainte-Claire-Deville gemiddeld op 2500° C. gesteld heeft en die door hem als het punt der dissociatie is aangewezen. Bij deze temperatuur kan waterstof met zuurstof gemengd worden, en toch zouden beide stoffen zich slechts gedeeltelijk met elkander verbinden, hetgeen bewijst, dat de verbranding inderdaad slechts plaats grijpt binnen de temperatuur-grenzen van ongeveer 320° en 2500° C.
      Keeren wij tot den gasoven terug. Het is duidelijk, dat er eene besparing plaats heeft, als binnen de gewone grenzen elke graad van hitte kan worden verkregen, terwijl de verbrandingsproducten bij eene temperatuur van slechts 150° in den schoorsteen ontwijken. In de practijk wordt eene ton staal gesmolten met 20 centenaars kleine kolen, die in den gasvoortbrenger worden verbruikt. De laatste kan op elken matigen afstand van den oven worden opgesteld en bestaat uit eene kamer van tegels, die verscheidene tonnen te smelten stof bevat, welke langzaam wordt aangevuld. In groote werken wordt een aantal dezer gasvoortbrengers door buizen of kanalen met een aantal ovens verbonden. Andere voordeelen van dit verhittingsstelsel zijn, dat er geen rook ontstaat en dat de fabrieken niet met asch en andere vaste overblijfselen der verbranding worden bezwaard. (Zie de afbeelding in het tweede gedeelte der brochure.)
      Een mijner lievelingsplannen, tot welks verwezenlijking ik nog niet heb kunnen komen, bestaat in het oprichten van deze gasvoortbrengers op den bodem der kolenmijnen. Men zoude voor een gasschacht moeten zorgen, om het gas naar de oppervlakte te voeren; het naar boven hijschen van de kolen zoude bespaard worden en het gas zoude, bij het opstijgen, door het geringe soortelijke gewicht, zulk een opwaartschen druk uitoefenen, dat het verscheidene mijlen ver zou kunnen worden geleid naar de fabrieken of andere plaatsen van verbruik. Dit ontwerp, verre van gevaarlijk te zijn, zoude eene zeer volledige luchtverversching in de mijnen verzekeren. Wij zouden daardoor ook in staat gesteld worden partij te trekken van die ontzettende hoeveelheden kleine kolen, die ongeveer twintig ten honderd uitmaken en nu nutteloos in de groeven blijven liggen.
      Een ander ontwerp voor de toekomst, dat mijne aandacht heeft beziggehouden, is het voorzien der steden van gas tot verwarming in huis en in de fabrieken. In het jaar 1863 werd eene Maatschappij gevormd te Birmingham (waarin ook het gemeentebestuur aandeelen nam) om zulk eene inrichting voor die stad tot stand te brengen.



      (*) Sinds een jaar bij enkele werktuigen in Frankrijk met kurk, wat vijftien ten honderd besparing oplevert en den stokers zeer aangenaam is. (Wetenschappelijke Bladen).      R. v. E.
      (*) Volgens Schintz neemt de soortelijke warmte van het ijzer toe in arithmetische verhouding met den warmtegraad, in reden van ongeveer 4% per 100°. Volgens de dynamische warmteleer evenwel zoude de soortelijke warmte van een lichaam standvastig moeten blijven tot de grens, waar eene verandering in den aggregaattoestand of de chemische samenstelling van het lichaam plaats grijpt, wat reeds bij betrekkelijk lage temperatuur het geval is. Maar dan behoort de toeneming tot de latente of gebondene warmte, die hier tamelijk hoog is aangenomen.


[2]


De prijs voor duizend kubieke voeten zou dertig centen bedragen. Maar de voor dit geval vereischte wet werd door bet comité van het Hoogerhuis verworpen, dewijl Hunne Heerschappen het er voor hielden, dat, als het ontwerp zoo goed was, de bestaande gasmaatschappijen het zeker wel tot uitvoering zouden brengen.
      Ik behoef nauwlijks te zeggen, dat de bestaande maatschappijen het ontwerp niet hebben uitgevoerd, omdat zij voor een ander doel gevormd en ingericht zijn, en dat de verwezenlijking alzoo vertraagd is. Toch is onlangs in Berlijn het denkbeeld weder opgevat en, zoo ik meen, gedeeltelijk tot uitvoering gekomen.


Het kolenvraagstuk van den tegenwoordigen tijd.


      Na de voornaamste aanwending van kolen doorloopen te hebben, om het onderscheid aan te toonen tussehen het werkelijk verbruik en dat, hetwelk slechts noodig zou zijn, indien onze beste ondervinding zich in eene algemeene toepassing mocht verblijden, en na bovendien beproefd te hebben te doen zien, wat de uiterste, door de theorie bepaalde, maar in de practijk nog niet geheel te bereiken, grenzen van verbruik zijn, willen wij nu onze aandacht richten naar het kolenvraagstuk van den tegenwoordigen tijd.
      Als wij het oog slaan op het bericht van het comité tot onderzoek van de oorzaken der tegenwoordige duurte van de kolen, zoo vinden wij, dat in het jaar 1872 niet minder dan 123 millioen tonnen (elk van 20 centenaars) kolen uit de mijnen van Engeland en Wallis gewonnen zijn geworden, ondanks de stijging der prijzen en de arbeidstakingen der mijnwerkers. In het jaar 1862 bereikte de delving van kolen slechts het cijfer van 82½ millioen tonnen, wat eene jaarlijksche toeneming der opbrengst van ongeveer 4 millioen tonnen geeft. Als deze toeneming aanhoudt, zal onze opbrengst na 30 jaren het verbazende cijfer van 250 millioen tonnen bereikt hebben, wat waarschijnlijk tot eene prijsverhooging zou voeren die de thans bereikte grens verre overschreed. Neemt men de prijsverhooging van het vorige jaar die, naar alle waarschijnlijkheid, voortdurend blijven zal, op gemiddeld 8 shillings of ƒ 4.80 per ton aan, en trekt men de 13 millioen tonnen, die naar het buitenland worden uitgevoerd, af, zoo vinden wij, dat de Britsche verbruikers voor hunne behoefte aan kolen 44 millioen pond sterling meer te betalen hadden dan in het voorlaatste jaar –, eene som, die, gelijk men denken kan, groot genoeg is om ernstige aandacht op het vraagstuk der verbranding van brandstof te vestigen, welke laatste, gelijk ik getracht heb aan te toonen, inderdaad buitengewoon groot is.
      Ch., 13 Juni, 1874.


R. v. E.


(Wordt vervolgd.)