Helium - Wasserstoff

[ZiB-Admin]

Alles zum Thema Traggas

[Hasseroeder]

Hallo Ihr Technikfans,
eine Frage geht mir schon seit Tagen durch den Kopf,
- was passiert wenn man das Traggas Helium erwärmt?
- braucht man weniger warmes Gas? (ist vorstellbar)
- (bei Wasserstoff schließe ich das Erwärmen aus Sicherheitsgründen sowiso aus).

Nur mal so!

[Frodo Baggins]

Hallo Hasseröder,

wie meinst du das mit dem Erwärmen ?
Also so wie beim Heißluftballon wirds wohl nicht gehen. Der lebt ja von den heißen Verbrennungsgasen, die in eine nach unten geöffnete Hülle strömen. Der CL funktionert ja nach einem anderen Prinzip.
Theoretisch könne man ein Auftriebsplus durch warmes Gas erzielen, enn man den CL vor einem Einsatz in die Sonne stellt und anschließend im Schatten einsetzt. Sehr theoretisch.

Gruß
Frodo.

[CHAYER]

Soweit ich weis steigt bei Helium die tragfähigkeit mit der Temperatur.
Vielleicht hast du auch die Messergebnisse des Aircrane gesehen, dort hat sich auf Grund eines Regens die Temperatur der Aussenluft verändert (gesunken), dies sorgte für einen etwas höheren Auftrieb und damit konnte man die zusätzliche Last des Wassers oder evtl. sogar Eis ausgleichen. Jedoch hatte der Aircrane auf Grund seines Volumens (110.000m³) eine starke Trägheit, so dass sich die Temperatur kaum änderte. Bei Sonneneinwirkung ist es genau andersherum, die Temperatur des Heliums ist etwas niedriger als in der Umgebungsluft und der Auftrieb lässt etwas nach.

Ich hoffe das stimmt von der Theorie.

Gruß
Christian

[pestw]

Ne, Christian. Stimmt nicht. Andersherum ist es.
Wenn das Traggas wärmer ist als die Außenluft, erhöht sich der Auftrieb ("Superheating"-Effekt). Heißluftballone erhalten ihren Auftrieb nur von diesem Effekt, denn das Traggas ist hierbei außen und innen das gleiche.
Beim AirCrane war der Effekt der, dass der einsetzende Regen die Außenluft abgekühlt hatte, während das riesige Gasvolumen im Innern der AirCrane-Hülle so träge war, dass es sich nicht sofort im selben Maße abkühlte. Dadurch kam ein Superheating-Effekt zu stande, der das durch den Regen bedingte Mehrgewicht nahezu ausglich.
In der Tat plante CargoLifter, den Superheating-Effekt für den Ausgleich des Gewichtsverlusts durch Treibstoffverbrauch beim CL 160 mit auszunutzen, neben anderen Maßnahmen. (Natürlich nicht mittels einer Flamme)

[A. Ohliger]

Hasseroeder schrieb

- was passiert wenn man das Traggas Helium erwärmt?
- braucht man weniger warmes Gas? (ist vorstellbar)

Erstmal vorneweg: Ich bin Laie, aber in Physik war ich immer ziemlich gut.
Wenn ich etwas Falsches schreibe: Bitte freundlich korrigieren, ich mache das nicht mit Absicht.

zur ersten Frage: Es dehnt sich aus, wenn es Platz hat.
zur zweiten: Im Prinzip ja.

Klar, man könnte durch Erwärmung mit weniger von diesem teuren Traggas auskommen. Aber ob sich das lohnt? Schließlich ist es ziemlich energieaufwändig, so große Mengen Gas zu erwärmen und vor allem warm zu halten. Für großartige Isolierung ist in den Hüllen von LTA-Fahrzeugen für gewöhnlich nämlich kein Gewicht eingeplant.

Zur vorübergehenden Auftriebssteigerung müsste das Erwärmen des Traggases allerdings eine Möglichkeit sein. Hierbei sehe ich das Hauptproblem darin, dass das Hüllenvolumen sowohl beim CL 75, als auch beim CL 160 klar begrenzt ist. Man könnte höchstens die Ballonets schon in niedrigeren Höhen als den geplanten 2000m durch Erwärmen des Traggases mit selbigem füllen und dadurch mehr Luftverdrängung und somit mehr Auftrieb erreichen. Da müsste sich durchaus ein relevanter Effekt erreichen lassen.

Dass warmes Helium pro Volumen zudem leichter ist als kaltes, dürfte hingegen nur einen sehr geringen Mehrauftrieb bringen. Schließlich bringt schon kaltes Helium einen Auftrieb von ca. 1kg pro 1m³. Da Luft (in niedrigen Höhen) aber auch nur ca. 1,3kg pro 1m³ wiegt, ist dies der maximal mögliche Auftrieb. Selbst wenn man das Helium auf ca. 300°C erhitzt (was schon reichlich heiß wäre), dann wäre der Auftrieb pro 1m³ ca. 1,15kg (statt 1kg).
Das bringt es ja nun nicht wirklich.
Bin mir bei dieser Rechnung nicht ganz sicher, ob sie richtig ist. Ich habe jetzt angenommen, dass Gase bei -273°C ein Volumen von praktisch null haben (das hab ich mal irgendwo gehört). Ferner bin ich davon ausgegangen, dass Gase sich mit zunehmender Temperatur gleichmäßig ausdehnen. Dann hätte man bei 300°C nämlich ungefähr das doppelte Volumen im Vergleich zu einer "normalen" Temperatur wie 13,5°.

Aber das Volumen würde sich bei dieser hohen Temperatur tatsächlich verdoppeln (wenn die Rechnung stimmt) und auch bei geringeren Erwärmungen hätte man schon eine ordentliche Ausdehnung.
Zum Beispiel komme ich auf ca. 1,4t Mehrauftrieb pro 1°C Erwärmung bei 420000m³ Hüllenvolumen (CL 160).

Zeig mir bitte einer meinen Fehler in der Rechnung, das klingt ja irgendwie zu schön um wahr zu sein.
Na gut, die Umsetzung einer Heizung für das Traggas ist sicherlich auch nicht gerade einfach.

mfg
Andreas Ohliger

[Hasseroeder]

Danke erst eimal für die fast erschöpfende Antwort :D ,
ist doch nicht so einfach mit der Wärme. Ich staune aber darüber, daß der Themperaturunterschied die Mehrbelastung durch Regen oder Eis teilweise ausgleichen kann. Dann muß man ja bei dem Einsatz in Polargebieten immer einen Ofen einbauen!

[H. Ohliger]

Ich hab grad mal kurz grob durchgerechnet, wieviel Energie man ungefähr bräuchte um die 420000 Kubikmeter Helium des CL160 um ein Grad zu erwärmen.
Das wären ungefähr 180kWh:!:
Dann wäre noch die Frage, wie schnell sich die Gastemperatur der Außentemperatur wieder angleicht. Das dauert bestimmt einige Zeit.
Das wirft dann schon das nächste Problem auf: Wie kühlt man diese Gasmassen wieder ab, wenn Treibstoff verbraucht wird?

Ich denke, dass die Komplexität dieses Themas (man muß ja z.B. auch die Konvektionsgasströme innerhalb der Hülle berücksichtigen und Sonneneinstrahlung und Kühlung durch Niederschlag etc.) selbst die CL Ingenieure noch eine Weile beschäftigen wird (wenn sie diese Idee nicht schon verworfen haben).

MfG
Harald Ohliger

[CHAYER]

Aber irgendwie hab ich mich selbst gewundert, aber natürlich kühlt sich die Aussenluft ab und das Traggas bleibt wärmer (Heißluftballon).

Danke für den Hinweis, mir kam es auch komisch vor, hab aber keine Informationen gefunden.

Gruß
Christian

[Thomas]

Meine Idee zu dem Thema habe ich vor über einem Jahr einmal in wallstreet board geschrieben, es ging leider keiner darauf ein.

Man könnte die Ballonetts mit Wasserstoff füllen (Größerer Auftrieb, geringe Kosten). Bei verbrauch des Treibstoffs und leichter werden des Luftschiffs,. Wasserstoff ablassen.

Wasserstoff ist nur im richtigen Verhältniss mit Sauerstoff gefährlich. Die Ballonetts befinden sich aber in der Hülle, die komplett mit Helium gefüllt ist.

[H. Ohliger]

Du willst die Ballonets mit Wasserstoff füllen? Und wenn man dann mal ein paar hundert Meter steigen will, weil z.b. ein kleiner Berg zu überwinden ist oder der Luftdruck einfach wetterbedingt stark sinkt?
Dann müsste man den Wasserstoff ablassen und dessen Auftrieb würde fehlen.
Man könnte höchstens kleinere, Ballonet ähnliche Wasserstoff "Beutel" in der Hülle verbauen. Die Idee wurde im alten Forum vor einiger Zeit schon behandelt. Das Problem ist wohl, dass man z.Zt. in Deutschland keine Zulassung für Luftschiffe mit (teilweiser) Wasserstofffüllung bekommt (schrieb mal irgendjemand) und dass es immer noch allgemeines Misstrauen im Bezug auf Wasserstoff in Luftschiffen gibt.

Ein großer Verfechter im Bezug auf Wasserstoff als Traggas für den Cargolifter war "damals" Franz Hegele, von dem man ja irgendwie nichts mehr hört in diesem Forum.
http://www.cargolifterfreun.de
Dort schreibt er seine Visionen, falls es dich interessiert.

MfG
Harald Ohliger

[Frodo Baggins]

Nachdem ich heute erfahren habe, dass der Aircrane repariert werden soll , muss er ja auch mit einem Traggas gefüllt werden.
Die Helium/Wasserstoff - Diskussion will ich hier nicht neu entfachen, aber:
Gibt es denn kein anderes (billiges!) Traggas für den Prototypen?
Der Prototyp muss ja nicht unbedingt den Luftfahrtsvorschriften entsprechen, weil er ja wohl nicht produktiv in bewohntem Gebiet eingesetzt wird, oder? Wie wäre z.B. ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff (nicht brennbar).

Frodo.

[Andreas Eichner]

Hallo Frodo,

Stickstoff hat eine wesentlich höhere Dichte als Wasserstoff. Deshalb dürfte der Effekt eintreten, dass aus dem Gemisch zwei Blasen entstehen, wovon eine wieder das Bestreben hat sich mit ziemlich viel Trara in Wasser zu verwandeln . Ich glaube, die Reaktionsfreudigkeit von Wasserstoff ist derzeit in der Luftfahrt kaum beherrschbar. Was Sicherheit betrifft, gibt es zu Helium neben warmer Luft keine Alternative. Du kannst auch nicht davon ausgehen, das nur ein Crash dazu führt. Man hat immer noch Probleme ein Material zu finden, das 100%ig gasdicht ist. Und je geringer das Atomgewicht ist, um so kleiner sind die Atome, also um so schwerer beherrschbar. Irgendwann hat sich dann der Wasserstoff nach draußen begeben und der Stickstoff ist noch drinnen. Auch wenn der Wasserstoff nicht verbrennt fliegen geht dann auch nicht mehr. Also Helium , Helium , Helium Übrigens, da das Helium auch so leicht diffundiert hat man Joey und den High-Rise erst mal die "Luft" abgelassen. Andreas

[pestw]

Es ist sogar so, dass das Helium immer möglichst rein gehalten werden muss. Wenn die Heliumfüllung mit 1 Volumenprozent Luft verunreinigt ist, verringert sich der Auftrieb um 6 Prozent.
Stickstoff wäre da Gift, denn er ist nur unwesentlich leichter als Luft!

[livedabei]

Da will ich mich mal wieder einmischen...

Zwar kann man die Luftfüllung im CL 75 / 160 durch wohlorganisiertes Einleiten von He austauschen, aber wenn He/N oder He/H erst vermischt sind, bleiben sie es auch!
Beispiel: das Gas zwischen Dir und diesen Buchstaben (Luft) enthält viel N, auch O2, wenig CO2 und sehr sehr wenig H. Würde es sich mit der Zeit entmischen, hätten wir hier unten ne anständige Portion CO2, und das natürlich enthaltene H (und auch He) würden an der Decke (Stratosphäre) hängen...

Im übrigen will ich noch loswerden, dass ich Mobiltelefone nicht für wesentlich förderungswürdiger halte als Luftschiffe...

Ciao Live (ist jetzt Dipl.-Ing, freu)