Brennen

Brand

• Brand ist ein nicht bestimmungsgemäßes Brennen das sich unkontrolliert ausbreiten kann

• Das bestimmungsgemäße Brennen wird auch Nutz - oder Zweckfeuer , das nicht bestimmungsgemäße Brennen als Schadensfeuer bezeichnet.

Für beide Arten des Brennens,oder allgemein der Verbrennung gilt,dass die chemischen und physikalischen Voraussetzungen und Begleiterscheinungen gleich sind.

• Brennen

ist ein mit Flamme und/oder Glut selbständig ablaufende exotherme Reaktion zwischen einem brennbaren Stoff und Sauerstoff oder Luft

• Die Verbrennung ist ein

chemisch/physikalischer Vorgang,bei dem sich ein brennbarer Stoff unter Wärmeentwicklung und Feuererscheinung mit Sauerstoff verbindet.

Der chemische Vorgang ist hier also die Exotherme Reaktion(Wärmeentwicklung)eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff auch Oxidation genannt

Der physikalische Vorgang liegt in der Feuererscheinung,die sich mit Flamme und/oder Glut darstellt

Oxidationsgeschwindigkeit

• Sehr Langsam über Jahre :

Grünspan,Holz wird Tot,Gummi wird hart

• Langsam über Stunden,Tage :

Eisen rostet , Holz gärt

• Sehr schnell in Sekunden :

Natrium in Wasser

Flamme ist der Bereich brennender oder anderweitig exotherm reagirender Gase und Dämpfe,von dem Sichtbare Strahlung ausgeht

Feuererscheinungsformen

Flamme Glut

Flamme und Glut

Glut ist ein erwärmter fester oder flüssiger Stoff mit sichbarer Wärmestrahlung

Voraussetzungen der Verbrennung

• Brennbarer Stoff• Sauerstoff• Mengenverhältnis

• Zündtemperatur

Mindestverbrennungs-

temperatur• Katalysator

5 Voraussetzungen

Stoffliche Voraussetzung Energetische Voraussetzung

Brennbare Stoffe sind gasförmige,flüssige oder feste Stoffe,einschließlich Dämpfe ,Nebel und Stäube,die im Gemisch

mit Sauerstoff zum Brennen angeregt werden könnenBrandklasseneinteilung :

• Brände fester Stoffe z.b. Holz

• Brände von flüssigen oder flüssig werdenden Stoffen z.b.Benzin,Fett

• Brände von Gasen z.b. Methan,Propan

• Brände von Metallen z.b.Magnesium u. Alu

MengenverhältnisMengenverhältnis• Optimale Bedingungen für eine Verbrennung

liegen dann vor,wenn der brennbare Stoff und der Sauerstoff in einem bestimmten Mengenverhältnis vorliegen

MindestsauerstoffkonzentrationMindestsauerstoffkonzentration

• Die Sauerstoffkonz.ist abhängig vom brennbaren Stoff

Die meisten brennbaren Stoffe > 17 Vol. % Butan 12 Vol. % Wasserstoff 5 Vol. %

Zustand des brennbaren Stoffes

• Aggregatzustand fest flüssig gasförmig

• Erscheinungsform Staub Nebel Dampf

ExplosionExplosion

• Eine Explosion ist eine plötzlich , äußerst schnell verlaufende Zerfalls oder Oxidationsgeschwindigkeit bei der Wärme frei und/oder eine Druckerhöhung bewirkt wird.

Man unterscheidet bei einer Explosion zwischen Deflagration und Detonation

Deflagration = v in m/sec Drücke bis 10 Bar Detonation = v in Km/sec Drücke über 10 bar bis 200.000Bar

(Militärsprenngstoff)

Verpuffung = v in cm/sec Drücke bis 1 Bar ( v = Verbrennungsgeschwindigkeit )

Untere und Obere Explosionsgrenze

• Die untere und obere Explosionsgrenze ist die niedrigste bzw. höchste Konzentration des brennbaren Stoffes im Gemisch von Gasen , in dem sich nach dem Zünden ein Brennen gerade nicht mehr selbständig fortpflanzen kann.

• untere Explosionsgrenze ( UEG )

….eine Zündung ist gerade noch nicht möglich!!!!!!• obere Explosionsgrenze ( OEG )

….eine Zündung ist gerade nicht mehr möglich!!!!!!

Der Explosionsbereich ist der Konzentrationsbereich zwischen oberen und der

unteren Explosionsgrenze

Beispiele UEG (Vol.%) OEG (Vol.%)

Butan 1,5 10 Erdgas 7 17Acetylen 1,5 82Wasserstoff 4 75,6Benzin 0,6 8,0

Flammpunkt• Der Flammpunkt ist die niedriegste

Flüssigkeitstemperatur bei der sich Dampf in solchen Mengen,entwickelt dass über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch fremdzündung zündbares Dampf/Luftgemisch entsteht.

• Der Brennpunkt ist die niedriegste Flüssigkeitstemperatur bei der sich Dampf in solchen Mengen entwickelt,dass nach Wegnahme der Zündquelle ein selbständiges Brennen erhalten bleibt.

Zündtemperatur/Mindestverbrennungstemperatur Um den Verbrennungsvorgang(chemische Reaktion) in Gang

bringen zu können,ist den Ausgangsstoffen Aktivierungsenergie zuzuführen.Diese Form der Energie wird in der Brandlehre als Mindestzündenergie bezeichnet.

- Mindestzündenergie ist die Zündenergie , durch die ein brennbarer Stoff gerade noch entzündet werden kann.

- Zündenergie ist die von einer Zündquelle abgegebene Energie

- Die Zündtemperatur ist die niedriegste Temperatur des brennbaren Stoffes(Fest),bei der der brennbare Stoff und der Sauerstoff unter Feuererscheinung miteinander reagieren.(thermisch aufbereitet)

Energiekreislauf der Verbrennung

B R E N N E N

E N T Z Ü N D E N

Zündenergie

Aktivierung

WärmeverlusteAufbereitung

Reaktionswärme

Durch die zufuhr von Zündenergie wird der brennbare Stoff aufbereitet,das Systemaktiviert und die Reaktionsgeschwindigkeit so weit gesteigert,daß das System in derlage ist,durch die eigene Energieproduktion ein selbständiges Brennen zu unterhalten.Das Erreichen dieses Niveaus wird durch die Zugehörige Temperatur beschriebendie Mindestverbrennungstemperatur.

Die Mindestverbrennungstemperatur• Die Mindestverbrennungstemperatur ist die Temperatur bei der

die für das Unterhalten eines selbständigen Brennens notwendige Energie vorhanden ist.Die Verbrennung unterhält sich selbst,eine weitere Enegiezufuhr von außen ist nicht notwendig.

• Die Brandtemperatur ist die Temperatur,die bei einem Brand auftritt

Sie ist abhängig von : Art der beteiligten Stoffe Aggregatzustand Verhältnis Oberfläche zur Masse Sauerstoffkonzentration Wärmeverluste Transport der beteiligten Stoffe

Schwelbrände zwischen 200 – 300°C Großbrände zwischen 800 – 1.100°C Metallbrände über 2.500°C

Katalysatoren

• Stoffe die Einfluß auf die Aktivierungsenergie (Mindestzündtemperatur) nehmen,nennt man Katalysatoren.

• Sie setzen die notwendige Aktivierungsenergie herab.Sie beeinflussen auch die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion,werden aber selbst nicht verbraucht.

• Katalysatoren sind z.B.:

Luftfeuchtigkeit

Platin

Ausbreitung der Wärme

• Wärmeleitung Die Wärmeleitung erfolgt innerhalb eines homogenen Stoffes bzw.

Körpers bei einer Temperaturdifferenz Wärmeübergang,durchgang

• Wärmeströhmung (Konvektion) Sie ist an Materie gebunden es können Gase Dämpfe oder

Flüssigkeiten sein,

• Wärmestrahlung Sie ist an keine Materie gebunden,die Wärmestrahlung ist eine

Wellenstrahlung,wenn sie auf einen Körper trifft,tritt sie mit diesem in Wechselwirkung

Flashover oder Backdraft?

• Flashover – Rauchdurchzündung oder Feuersprung

• Voraussetzungen:• ausreichende Luftzufuhr• mangelhafte Wärmeableitung• thermische Aufbereitung• Bildung von Pyrolysegase,insbesondere CO• Wärme und Rauchgase können nicht abgeführt

werden

Flashover oder Backdraft?• Flashover – Rauchdurchzündung oder Feuersprung

• Verlauf Vereinfacht

Entstehungsbrand Rauch und Wärmebildung Thermische Aufbereitung Pyrolyse Bildung einer Rauchschicht – Rauchgaswolke und Luftschicht Erreichen der unteren Explosionsgrenze UEG Bildung von Flammenzungen in der Rauchgaswolke und im

Grenzbereich Rauch/Luftschicht Vorhandensein oder Zufuhr von ausreichenden Sauerstoff Durchzündung – Verpuffung – Flashover

Flashover oder Backdraft? Backdraft – Rauchexplosion oder Rückzündung• Voraussetzungen :

• unzureichende Luftzufuhr• mangelhafte Wärmeableitung• thermische Aufbereitung• Bildung von Pyrolysegase,insbesondere CO• Wärme und Rauchgase können nicht abgeführt

werden

Flashover oder Backdraft? Backdraft – Rauchexplosion oder Rückzündung• Verlauf vereinfacht• Entstehungsbrand• Rauch und Wärmebildung• thermische Aufbereitung – Pyrolyse• Sauerstoffmangel – Schwelbrand• Erreichen der Oberen Explosionsgrenze OEG• Unterdruckbildung• Zufuhr von ausreichend Sauerstoff – Verwirbelung

• Durchzündung – Explosion – Stichflamme - Backdraft