Регистрация Войти
Вопрос

Почему в критически важных шинах используется азот, а не углекислый газ?

В критически важных случаях шины накачивают чистым азотом (ссылка).



Но углекислый газ (CO2) — это более крупная молекула (она будет медленнее выходить из шины), а также инертный газ (он не будет окислять обод и не воспламенится в случае аварии). (ссылка)



Кроме того, согласно закону идеального газа, давление пропорционально плотности, индивидуальной газовой постоянной и температуре. При условии постоянного объёма (т. е. P ∝ R*T) любое изменение температуры «усиливается» индивидуальной газовой постоянной. А газовая постоянная у CO2 выше: R(CO2) < R(O2) < R(N2). (ссылка) Таким образом, CO2 обеспечивает более стабильную работу при колебаниях температуры.



Кроме того, хранение CO2 обходится дешевле, чем хранение азота.



Так почему же шины накачивают азотом, а не CO2?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/32431/why-nitrogen-and-not-carbon-dioxide-is-used-in-critical-tire-applications
1
+ Читать

27 Комментариев

  1. CO2 растворяется в каучуке, а белый N2 — нет.


    Попав в резину шины, он будет диффундировать и нерастворённым выходить на сторону, обращённую к атмосфере.


    CO2 удобен для временного решения проблемы, но не для долгосрочного использования.

  1. В первую очередь по двум причинам:



    1. Более 78 % воздуха состоит из N2, а CO2 — менее чем на 0,1 %. Таким образом, у нас гораздо больше доступного азота.

    2. Молярная масса CO2 составляет 44 г/моль, в то время как молярная масса N2 значительно меньше — 28 г/моль. Поскольку все хотят меньше неподрессоренной массы, азот также является явным победителем в этой категории — шины с азотом будут примерно на 36 % легче, чем шины с CO2!


    Конечно, вы можете возразить, что, поскольку CO2 — более крупная и тяжёлая молекула, он будет выходить из ваших шин медленнее (примерно на 20 % медленнее, согласно закону Грэма!), но я считаю, что это в значительной степени нивелируется двумя упомянутыми выше факторами.

  1. Азот дешевле, потому что он содержится в воздухе и его можно извлечь с помощью довольно компактного генератора азота. Извлечение углекислого газа из воздуха неэффективно, поэтому его приходится производить путём сжигания топлива (например, метана) или термического разложения известняка.

  1. Азот инертен и не влияет ни на резину, ни на стальной обод.
    Углекислый газ обладает высокой реакционной способностью и влияет на резину, вызывая её набухание. Он также вызывает коррозию ободов из железа (в частности, из углеродистой стали).



    Примечание: при смешивании CO2 с влагой образуется карболовая кислота, которая вызывает коррозию. Всё зависит от концентрации. Это как сравнивать уксусную кислоту, которую обычно называют уксусом. При концентрации 3% её можно добавлять в картофель фри. При промышленной концентрации 97% она не только растворит картофель фри, но и очень быстро разъест человеческое мясо вплоть до костей. Что касается влияния CO2 на резину, я сослался на отраслевой источник (Air Liquide) — компанию, специализирующуюся на сжатых газах.



    В случае с автомобильными шинами использование CO2, скорее всего, приведёт к катастрофическому повреждению. По своему опыту могу сказать, что при использовании азота шины работают намного тише, а давление в них меняется меньше при колебаниях температуры в зависимости от сезона.



    http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?LanguageID=11&GasID=26



    Проверьте раздел «Совместимость материалов» в подразделе «Эластомеры». Это довольно информативно...
  1. Ах да, я имел в виду, что газ внутри шин станет легче, а не «вся шина целиком»! : )
  1. «На 36 % легче» — вся масса газа составляет менее 100 граммов, так что этот аргумент незначителен
  1. Азот не инертен, возможно, он не очень активно вступает в реакцию с используемыми материалами, но он не инертен. Было бы неплохо привести несколько ссылок, например, на то, почему CO2 может привести к катастрофическому сбою — какой компонент выйдет из строя и при каких условиях?
  1. Углекислый газ настолько реакционноспособен, что его даже используют в огнетушителях.
  1. «Высокая реакционная способность» — это, пожалуй, преувеличение. Это не Cl2 и т. д.
  1. CO2 — это смешанный газ, состоящий из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Хотя я не думаю, что кислород в ваших шинах представляет большую опасность с точки зрения возгорания... В отличие от воздуха, которым мы дышим

  1. Азот — очень предсказуемый газ. Все его свойства были тщательно изучены за многие годы. Поэтому предсказать его поведение гораздо проще, чем поведение смеси газов. Кроме того, его свойства очень похожи на свойства воздуха. Если у вас нет доступа к баллону с азотом, вы можете использовать обычный воздух и при этом получить близкие к исходным характеристики.



    С точки зрения безопасности, в азоте нет кислорода. В случае аварии кислород не будет поддерживать горение (в воздухе содержится ~21% кислорода).


  1. Азот составляет около 80 % воздуха, поэтому его легче извлечь и отделить от других газов, содержащихся в воздухе в меньших количествах. То есть процесс извлечения азота из воздуха может быть менее эффективным, чем процесс извлечения CO2 из воздуха, но при этом рентабельным. Кроме того, его стабильность при более высоких температурах означает, что он ведёт себя более предсказуемо, а значит, характеристики управляемости шин остаются неизменными.
  1. Я бы предположил, что CO2, используемый для накачивания шин, должен быть сухим (без водяного пара), поскольку это одна из основных причин, по которой не используется «обычный» сжатый воздух (вода меняет своё состояние, а разница в объёме между жидкой водой и водяным паром приводит к изменению давления в шинах). Это наводит меня на мысль, что образование угольной кислоты не является причиной отказа от использования CO2, хотя влияние на резину вполне может быть.
  1. Это совершенно преувеличение. CO₂ вообще не очень реактивен и уж точно не разъедает углеродистую сталь. (На самом деле сталь производится путём восстановления руды монооксидом углерода до Fe и CO₂!) Если в этой статье говорится о набухании, то в этом, безусловно, есть смысл, и, возможно, именно поэтому его не используют для автомобильных шин. Но это не значит, что какие-то резиновые компоненты сразу же выходят из строя при контакте с CO₂. На самом деле, я думаю, что CO₂ довольно часто используется для велосипедных шин. Возможно, удобство хранения перевешивает худшие свойства.
  1. Это кажется неправильным. Азот — очень предсказуемый газ. Все его свойства были тщательно изучены за многие годы. Свойства CO2 также известны. Поэтому их поведение можно предсказать гораздо легче, чем поведение смешанного газа. CO2 — это не смесь. *В случае аварии не будет кислорода, необходимого для поддержания огня (в воздухе содержится ~21 % кислорода). * В этом ответе азот сравнивается с воздухом, но в вопросе речь идёт о сравнении азота с CO2.
  1. @Joshua — спасибо, я давно не изучал химию. Я этого не знал.
  1. @dlu: азот N2 инертен при нормальных температурах.
  1. Азот не является инертным — вспомните закись азота или цианид.
  1. Вам не нужно хранить азот или CO2 в жидком виде, достаточно просто сжать их. Кроме того, азот инертен, то есть он ни с чем не вступает в реакцию. CO2 может вступать в реакцию с другими молекулами, например, вода + CO2 образуют угольную кислоту, которая не нужна в шине. Вероятно, её количество будет настолько малым, что это не будет иметь значения, но это просто пример.
  1. Мауро, посмотрите мой обновлённый вопрос о стабильности температуры.
  1. Вы можете легко создать углекислый газ, вам не нужно его восстанавливать. Вы не можете создать азот, но, готов поспорить, его будет легко извлечь из воздуха.
  1. То есть вы хотите сказать, что азот для этой цели можно выделить на месте? То есть его не нужно хранить в жидком виде?
  1. Источник, на который вы ссылаетесь, предполагает, что водяной пар, присутствующий в «обычном» воздухе, используемом для накачивания шин, является одним из важнейших факторов, а также что более крупная молекула тоже помогает. Кроме того, я бы предположил, что ответ связан со стоимостью производства азота по сравнению с другими подходящими газами.
  1. «А также инертен (не окисляет ободок и не воспламеняется в случае аварии)» — только не говорите этого магнию, он может не согласиться. Магний воспламеняется в окружении твёрдого сухого льда, настолько он способен поглощать кислород, что может извлекать O₂ из CO₂. Вот примерное видео: youtube.com/watch?v=2oQ_9nFe9HU
  1. Не только критически важные приложения, но и GT-R
  1. Если давление пропорционально плотности, как вы предполагаете, то либо водородные шары не обладают плавучестью (потому что их плотность такая же, как у окружающего воздуха), либо они схлопываются (потому что давление в них ниже, чем в окружающем воздухе). Наблюдения говорят об обратном.
  1. Кажется, я слышал, что баллоны с углекислым газом используют для накачивания велосипедных шин, хотя они довольно быстро теряют давление. Я сомневаюсь в том, что теория о просачивании мелких молекул через шину верна. Я бы сказал, что основными преимуществами азота перед воздухом являются стабильность давления в более широком диапазоне температур и отсутствие коррозионных свойств.
Вы уже ответили на этот вопрос