Hvorfor fungerer gassbrennere dårlig i kulde?

Alt vi opplever når vi er på tur er et resultat av naturlovene, men når vi diskuterer hva slags undertøy som er best, hvilke liggeunderlag som er varmest, hva som er best av gass- og bensinbrennere eller hvilke telt som tåler mest vind tyr vi ofte til subjektive erfaringer og anekdotiske bevis. I boka "Hvorfor er det så kaldt å være våt? – og 182 andre spørsmål om friluftsliv du ikke visste du hadde". har forfatter Randulf Valle besvart slike spørsmål med bakgrunn i fundamental naturvitenskap, egne målinger og forskningsresultater.
Harvest publiserer i høst fire korte utdrag fra boka. I fjerde del får du vite mer om hvorfor gassbrennere fungerer dårlig i kulde.

Hvorfor fungerer gassbrennere dårlig i kulde?
Gassbokser for turbruk inneholder normalt mye butan. I tillegg inneholder boksene ofte propan, isobutan eller begge disse gassene. Kokepunktet til disse gassene er forskjellig. Butan koker ved -0,5 grader celsius, isobutan ved -11,7 grader celsius og propan ved -42 grader celsius. Inne i boksen er det meste av gassen i flytende form. Derfor hører du at det skvulper når du rister på boksen. I toppen av gassboksen er drivstoffet i gassform.
For at det skal komme gass ut av boksen når vi åpner ventilen på brenneren, må trykket inne i gassboksen være større enn lufttrykket utenfor. Det krever at temperaturen er høyere enn gassens kokepunkt. En gassboks med ren butan vil altså kun fungere i temperaturer høyere enn -0,5 grader celsius, og når temperaturen nærmer seg kokepunktet vil den gi stadig lavere effekt.
For en blanding av gasser vil kokepunktet ligge et sted mellom kokepunktene til de enkelte komponentene. En blanding av butan og propan vil altså fungere til et sted mellom -0,5 og -42 grader celsius, avhengig av sammensetningen.

Hvorfor fungerer gassbrennere bedre på høye fjell enn i lavlandet?
På ekspedisjoner i Himalaya brukes ofte gassbrennere selv om det kan være svært kaldt. Grunnen til at dette fungerer er det lave lufttrykket. Da synker også gassens kokepunkt og gassbrenneren fungerer ved lavere temperatur enn i lavlandet. På 8000 m.o.h. er lufttrykket ca. 35 % av lufttrykket ved havnivå. Butan har da et kokepunkt ned mot -25 grader celsius og fungerer altså i langt lavere temperaturer enn på havnivå.

Hvorfor synker effekten til en gassbrenner etter en tids fyring?
Når du tenner gassbrenneren er effekten høy, men etter hvert som tiden går synker effekten. Samtidig dannes det ofte kondens, eller til og med rim, på utsiden av gassboksen. Hva har hendt?
Når du åpner reguleringsventilen på brenneren presses gassen i toppen av gassboksen ut. Denne "ledige" plassen i gassfasen erstattes gjennom avdamping fra toppen av væskefasen; gassen koker. En slik overgang fra væske til gass krever energi – akkurat som når vann fordamper. Energien tas fra væskefasen, noe som fører til at temperaturen synker. Det gjør i sin tur at gasstrykket i boksen synker. Dermed reduseres også effekten.
Siden gassboksen får lavere temperatur enn omgivelsene vil energi gå fra omgivelsene til gassboksen. Effekten stabiliserer seg etter hvert på et nivå hvor energitilførselen fra omgivelsene tilsvarer energibehovet for å omdanne væske til gass.

Hvorfor blir effekten lavere ettersom boksen tømmes?
Ut fra forrige punkt skulle man tro at effekten ville være tilbake på topp om man satte fra seg brenneren og lot gassen få samme temperatur som omgivelsene igjen. Men det er ingen tvil om at man får størst effekt når gassboksen er helt ny.
Bakgrunnen for dette er enklest å forstå for den som kjenner til tradisjonell husflid basert på sukker, gjær og vann: Satsen er en blanding av alkohol (kokepunkt 78,5 grader celsius) og vann (kokepunkt 100 grader celsius). Om man varmer denne blandingen til litt over kokepunktet til alkohol, vil dampen over væsken bestå av nesten bare alkohol. Det benytter man seg av når man lager sprit ved destillasjon.
Det samme skjer i gassboksen. Den inneholder en blanding av to eller tre ulike gasser, men blandingsforholdet mellom komponentene i gassfasen er ikke identisk med blandingsforholdet i væskefasen. Gassfasen vil inneholde mer av gassene med lavest kokepunkt – altså isobutan og propan. Når vi brenner gass fra toppen av boksen vil altså det prosentvise innholdet av isobutan og propan i boksen synke over tid, mens prosentvis innhold av butan øker. Jo kaldere det er, jo større andel av isobutan og propan vil det være i gassfasen.
Dette betyr at gasstrykket i boksen synker ettersom vi forbrenner gass. Samtidig blir gassens egenskaper ved lave temperaturer dårligere.

Hvorfor hjelper det å snu gassboksen opp ned?
De siste årene har det kommet flere gassbrennere hvor gassboksen skal monteres opp ned. Hvorfor fungerer de bedre i kulde?
Det vi oppnår med å snu gassboksen opp ned, er at vi tapper av væskefasen i stedet for gassfasen. Det gir to positive effekter: For det første tar ett gram væskefase mye mindre plass enn ett gram i gassfase. Det betyr at mindre drivstoff må gå over fra væske til gass for å fylle volumet og opprettholde trykket i boksen. Det betyr igjen redusert temperaturfall i boksen og bedre effekt over tid.
Den andre positive effekten av å tappe fra væskefasen er at vi bruker mindre av gassene med lavest kokepunkt. Gassen i boksen vil nå over tid vil bli rikere på isobutan og propan. Dette bidrar også til å opprettholde høyere effekt over tid.