wer weiss was: wieviel Wasser(dampf) entsteht bei der Verbrennung von 1ltr LPG?

[Ed26]

Hallo,

wie wir LPG-fahrer wissen, dampfen unsere Dicken bei kalter Witterung stärker ausm Auspuff als Benzinfahrzeuge. Von einem Kfz-meister habe ich gehört daß bei der Verbrennung von einem ltr. Benzin ca ein ltr. Wasser in form von Wasserdampf entsteht.

Weiss jemand wieviel Wasser bei der Verbrennung von einem ltr. LPG entsteht??

Sorry, ist zwar eine ziemlich sinnlose frage, aber mich würds trotzdem interessieren...

Grüße, Ed

[SeatArosa1.7SDI]

Also jetzt mal ganz grob geschätzt: Propan (vertreten im Autogas) hat die Summenformel C3H8. Hexan (ein typischer Kohlenwasserstoff im Benzin) hat die Summenformel C6H14.

Nun setze mal das Verhältnis von C-Atomen zu H-Atomen dieser beiden Stoffe. Und dann noch den unterschiedlichen Brennwert beachten.

[ghm]

Also ich nehme mal den Ball des Vorredners auf:

Benzin: wir nehmen der Einfachheit halber mal das Hexan (C6H14). Ein Liter davon wiegt 660 g (echtes Benzin liegt eher im Bereich von 750 g/l... aber egal). Ein Mol Hexan wiegt ca 86 g. D.h. in einem Liter Hexan sind etwa 7,7 mol. Für jedes Hexan-Molekül das verbrennt enstehen 7 Wassermolekühle (14 H + 7O -> 7 H2O). Das ergibt also 7 * 7,7 mol/l = 53,9 mol Wasser. 1 Mol Wasser wiegt ca 18g. 53,9 mol * 18g/mol = 970 g also ca 1 kg also ca 1 Liter Wasser (womit schon mal die aussage desMeisters bestätigt wäre)

Propan: C3H8. 1 Liter wiegt ca 580 g. 1 Mol wiegt 44 g. In einem Liter sind also 13,2 mol. Für jedes Propan Molekül entstehen 4 Wassermoleküle(also insgesamt 52,8 mol Wasser). Das sind dann etwas über 950 g Wasser und damit etwas weniger als beim Benzin.

Erst wenn du noch in Betracht ziehst, daß das Auto etwa 20% mehr verbraucht (bei reinem Propanbetrieb allemal 20%), dann entstehen auch diese 20% mehr Wasser. In unserem Rechenbeispiel also etwa 1140 g (aber eben nicht mehr aus 1 Liter Propan, sondern aus 1,2 Litern).

Wie gesagt.... alles Mittelwerte, denn Benzin ist ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen und LPG aus Propan und Butan.

Gruß

ghm

[Rotherbach]

Moin,

Wie wäre es denn, wenn wir schon rechnen, es dann auch gleich ganz richtig zu machen? ;)

Setzen wir die durchschnittliche Kohlenstoffzahl von Benzin an, dann kommen wir auf das Ergebnis, das wir sehr gut mit Isooktan (anstelle von Hexan) rechnen können.

Die Reaktionsformel verändert sich dann zu:

2 C8H18 + 25 O2 ---> 18 H2O + 16 CO2

d.h. 1 Oktanmolekül reagiert zu 9 Wassermolekülen. Auf chemisch gesagt, aus einem Mol Oktan werden 9 Mol Wasser.

Das heißt ... es entstehen aus 1L Benzin 1023g Wasser. Logik siehe oben, die stimmt nämlich.

MFG Kester

[Draculix]

Zitat:

Das heißt ... es entstehen aus 1L Benzin 1023g Wasser. Logik siehe oben, die stimmt nämlich.

Ich bin echt beeindruckt, hatte in Chemie immer nur aufgepasst, wenn's was zu knallen gab... Hab' zwar den Rechenweg nicht verstanden (weil so wenig geknallt hat :D ), aber finde es trotzdem interessant, weiter so !!

[Eric E.]

Hej Rotherbach,

 

jetzt hast Du deinen Beitrag als mod geschrieben, da kann man nichtmal "DANKE" sagen ;)

 

Grüße,

Eric

[Ed26]

Hallo,

danke für die vielen Beiträge!!! ;)

Alles sehr interessant. Kapier aber ehrlich gesagt die Rechenwege auch nicht so ganz. hab nämlich in Chemie auch nicht immer so gut aufgepasst. :D Aber ich werd mich bemühen, dahinter zu kommen...

grüße, Ed

[SeatArosa1.7SDI]

Sehr interessant, danke daß ihr die Rechenarbeit übernommen habt (ich bin gestern lieber schlafen gegangen.)

Zitat:

Propan: C3H8. 1 Liter wiegt ca 580 g.[...] Erst wenn du noch in Betracht ziehst, daß das Auto etwa 20% mehr verbraucht (bei reinem Propanbetrieb allemal 20%),

Hier noch einen Verbesserungsvorschlag: Wäre es nicht eleganter, von vorn herein gleiche Massen der beiden Stoffe zu vergleichen? Dann ist der unterschiedliche volumetrische Heizwert (v.a. aufgrund des Dichteunterschiedes) schon überwiegend herausgerechnet.

Noch exakter: Man nimmt als Referenzobjekt die Masse von 1L Isooktan, also ca. 700g. Dann ermittelt man die Masse Propan, die den selben absoluten Heizwert hat wie 700g Isooktan. Nehmen wir für Isooktan mal 43,6MJ/kg (ich nehme jetzt mal den Benzin-Heizwert), dann hat die Referenzmenge also einen Heizwert von 30,5MJ. Propan hat den 1,062-fachen massebezogenen Heizwert wie Benzin. Also müssen wir als Eingangsbedingungen 700g Isooktan (stellvertretend für Benzin) 659g Propan (dem Heizwert-Äquivalent für 1L bzw. 700g Benzin) gegenüberstellen. Und dann können wir ausrechnen, wieviel größer die Wasserdampf-Wolke am Auspuff bei LPG-Betrieb ist, bei ansonsten gleichen Bedingungen (gleicher Motorwirkungsgrad, gleiche Last u.s.w.)

Übrigens, trotz der etwas kleineren Propan-Masse ist der volumetrische Mehrverbrauch (Heizwert-bezogen) von Propan rechnerisch immer noch ca. 13,5%, weil der Dichteunterschied der Flüssigkeiten viel größer ist als der massebezogene Heizwertunterschied. Ich möchte mal wissen, wie man auf die vielzitierten 20% Mehrverbrauch kommt.

So Leute, wer rechnet? (700g Isooktan vs. 659g Propan, was von beiden erzeugt wieviel Wasser)

[SeatArosa1.7SDI]

Zitat:

Ich möchte mal wissen, wie man auf die vielzitierten 20% Mehrverbrauch kommt.

Ups, ich habe ja eine Benzin-Dichte von 700g/L angenommen, welche aber nur für Isooktan alleine gilt. Die Benzin-Dichte schwankt jedoch je nach Zusammensetzung zwischen 720 und 800g/L.

Dadurch schwankt der heizwertbezogene volumetrische Mehrverbrauch von Propan zwischen 17% und 30%. (je nach Benzinzusammensetzung) Dann muß man ja Butan zum LPG auch noch dazurechnen, und den schwankenden Butananteil, ergibt noch mal eine Streuung nach unten. Vielleicht ist da 20% Mehrverbrauch doch eine gute Faustregel.

Edit: Mit dem Mittelwert für Benzin und den Mittelwert aus Propan/Butan komme ich übrigens auf 20,7% Mehrverbrauch. Hätten wir das auch geklärt.

[SeatArosa1.7SDI]

So, ich habe die Wassermassen jetzt mal ausgerechnet. Als Benzin-Stellvertreter habe ich jetzt aber mal Decan genommen, was von der Dichte her eher Benzin entspricht als Isooktan.

Dabei kam raus:

- aus 1L Decan (730g) entsteht 1016g Wasser,

- aus einer Portion Propan mit dem selben Heizwert wie 1L Decan (also 687g) entsteht 1122g Wasser.

Also kommt aus dem LPG-Auspuff 10,4% mehr Wasser. Nun ist die Frage, ob man 10,4% mehr Wasser optisch als größere Wolke wahrnimmt. Die Wolke ist ja kondensierender Wasserdampf, also Aerosol, Nebel. Vielleicht variiert die Nebelbildung noch zusätzlich zwischen Benzin und LPG wegen unterschiedlicher Austritttemperatur am Endrohr und unterschiedlichem CO2-Gehalt?

 

[HighspeedRS]

Das Problem ist das im Benzin Aromaten sind (also Kreisförmige Molekühle) wie Benzol was einfach nur C6H6 ist aus so einem Molekühl kann das nicht mehr soviel Wasser entstehen.

1 C6H6 + 9 O2 = 6 CO2 + 3 H2O

Das ist nicht einfach so zu berechnen da Bezin bestimmt auf 30 Verschiedenen Stoffen besteht.

[ghm]

@SeatArosa....

die 20% Mehrverbrauch waren ein reiner pi-mal-Daumen-Wert von mir, der auf meiner persönlichen Erfahrung mit bisher 2 Gasautos beruht. Das Heizwertäquivalent, das du berechnet hast ist natürlich fundierter. Ein weiterer Beleg, daß Theorie und Praxis oft aber nicht immer auseinanderklaffen :)

Zur Frage ob man die 10% mehr Wasser tatsächlich als größere Wolke wahrnimmt, mache ich mal folgende Überlegung auf:

1. nehmen wir mal an wir haben einen 2-Liter-4-Zylinder, der im Leerlauf mit 800 /min läuft und 100% Füllungsgrad hat. 2 mal muß sich die Kurbelwelle drehen, damit 1 bestimmter Zylinder alle Takte durchlaufen hat. Pro Umdrehung haben also grad mal 2 Zylinder (von den vier angenommen) ihren Ansaug-/bzw. Auspufftakt. Es werden also in einer Minute 800 * 2 * 0,5 l (Hubraum pro Zyl) = 800 l Luft angesaugt. Davon sind 21%, also 168 l Sauerstoff.

2. Der Sauerstoff wird vollständig verbrannt zu CO2 und H2O und zwar

a) bei Benzin im Verhältnis H2O/CO2 = 9/8 (siehe Beitrag Rotherbach) und

die ursprüngliche Anzahl der Sauerstoffmoleküle wächst um den Faktor 1,36 (aus 12,5 mol O2 werden insgesamt 17 mol H2O und CO2)

b) bei Propan im Verhältnis H2O/CO2 = 4/3, denn C3H8 + 5 O2 -> 3 CO2 + 4 H2O und

der Faktor beträgt 1,4 (aus 5 mol O2 werden 7 mol Verbrennungsprodukte)

Soweit ist bis auf den Füllungsgrad von 100% noch alles leidlich exakt, aber jetzt muß ich ein paar Annahmen und Näherungen machen - insbesondere, daß sich O2, CO2 und der Wasserdampf wie ideale Gase verhalten, also ein Molvolumen von 22,4l pro mol haben. Das reale Verhalten zu rechnen, würde hier ganz klar den Rahmen sprengen ;)

3. Also aus den 168 l angesaugtem Sauerstoff werden jetzt

a) bei Benzin 1,36 * 168 l = 228,5 l, die sich im Verhältnis 9/8 in H2O und CO2 aufteilen, das sind also 121 l H2O(Dampf) (alles unter Normalbedingungen).

b) beim Propan 1,4*168 l = 235 l , Verhältnis 4/3 => 134,5 l H2O(Dampf)

... und das jeweils pro Minute wo der Motor läuft.

Also in 1 Minute 14 Liter reiner Wasserdampf (bei 1 bar und 0°C) mehr als bei Benzin. Gemessen an den rund 850 l Gas die insgesamt in dieser Zeit aus dem Endrohr kommen, also eher ein sehr geringer Unterschied und ich muß noch drüber nachdenken, wieso man den Unterschied trotzdem unzweifelhaft sieht *grübel*

grüße

ghm

[Rotherbach]

Moin,

Stimmt so nicht ;) Im Benzin sind auch höhere Kohlenwasserstoffe und Oxo-Verbindungen. Durchschnittlich sind es je nach Sorte zwischen 90 und 120 verschiedene Stoffe und Isomere.

Da man das nicht sinnvoll berechnen kann ;) Verwendet man das "Konstrukt" des durchschnittlichen Kohlenstoffgehaltes. Der beträgt bei Benzin zwischen 83 und 86% (je Sorte ;) ).

Der Kohlenstoffanteil von Oktan C8H18 beträgt: 96/114= 84,2%

Überzeugt, das die Rechnung sinnvoll und seriös ist?

@Ed ... wenn dich der Weg dahin interessiert ... wirf mal einen Blick in meinen Blog. Da ist es für das CO2 einmal inklusive Erklärungen beschrieben.

MFG Kester

(Chemiker von Beruf ;) )

[Spannungsprüfer13299]

Zitat:

Also in 1 Minute 14 Liter reiner Wasserdampf (bei 1 bar und 0°C) mehr als bei Benzin. Gemessen an den rund 850 l Gas die insgesamt in dieser Zeit aus dem Endrohr kommen, also eher ein sehr geringer Unterschied und ich muß noch drüber nachdenken, wieso man den Unterschied trotzdem unzweifelhaft sieht *grübel*

.....Taupunkt......

 

Gruß SRAM

[ghm]

Klar spielt der Taupunkt ne Rolle. Ich gehe der Einfachheit halber mal davon aus, daß wir das ganze bei kaltem, diesigem Wetter machen... also hohe relative Luftfeuchte und niedere Temperatur... Heißt, der Wasserdampf aus dem Auspuff wird sofort kondensieren und die komplette Wolke unmittelbar sichtbar - egal aus welchem Auspuff (Benzin oder Gas) ...

Ist schon wieder ne idealisierende Annahme, ich weiß... ;)

ghm