در این مطلب سعی شده به تمام اداعایی که در رابطه با بهتر بودن نیتروژن نسبت به هوا برای لاستیک خودرو منشتر شده اند با رویکرد علمی پرداخته شده و تا جای ممکن به صورت بی طرفانه استفاده از نیتروژن به جای هوا در لاستیکها نقد شود.
نگارش مطلب به این صورت می باشد که در ابتدا یکی از فواید ادعا شده برای نیتروژن با شرح آن منتشر شده و سپس کامنت نگارنده در قالب واقعیت ماجرا مطرح می شود. در انتهای مطلب نیز نکات منفی استفاده از نیتروژن طبق مطالب عمومی منشتر شده در فضای اینترنت گردآوری شده اند.
حذف رطوبت
بر اساس گزارشات و اطلاعات در این زمینه می توان به این موضوع اشاره کرد که هوای معمولی استفاده شده در لاستیک خودرو دارای ناخالصی بوده و شامل ۷۸ درصد نیتروژن، ۲۱ درصد اکسیژن، ۱ درصد سایر گازها و رطوبت می باشد. به همین دلیل این رطوبت موجود در هوای معمولی منجر به افزایش خورندگی لاستیک های خودرو و کم شدن سیم لاستیک ها می شود.
از همین رو استفاده از باد نیتروژن می تواند کاملا مفید باشد و به این دلیل که رطوبت به طور کامل حذف می شود، عمر لاستیک های خودرو افزایش می یابد. مزیت دیگری که استفاده از گاز نیتروژن در تایرهای خودرو دارد این است که این گاز در آتش سوزی و احتراق عامل کمکی محسوب نمی شود.
واقعیت ماجرا:
به صورت کلی برای جدا سازی اجزا گازهایی مانند هوا سه روش وجود دارد: یکی به صورت کرایوژنیک می باشد که ابتدا همه اجزا تحت فشار در دمای منفی به صورت مایع درآمده و سپس با افزایش دما و کاهش فشار، گازهای تشکیل دهنده به صورت انتخابی از سیستم خارج می شوند. در این روش ظرفیت بسیار بالا بوده و برای تولید محصول به صورت پیوسته و با حجم بالا استفاده میشود که به عنوان مثال میتوان به کارخانجات تولید نیتروژن مایع اشاره کرد. در این روش محصول معمولا به صورت مایع در تانکرها ذخیره میشود و خلوص آن بالا می باشد که برای نیتروزن مورد استفاده در لاستیک از این روش استفاده نمی شود. در ادامه فیلم جدا سازی اجزای هوا به روش کرایوژنیک مشاهده می شود.
دو روش دیگر عبارتند از روش غشایی و جذب سطحی که در هر دو روش محصول به صورت گازی بوده و درصد خلوص محصول در بهترین حالت 95 درصد می باشد. در این روشها یا از جاذبهایی استفاده می شود که توانایی جذب گازهای ناخالصی را داشته و گاز اصلی مانند نیتروژن را جذب نمیکنند، یا به علت تفاوت در خواص فیزیکی مانند شعاع اتمی از یک غشاء خاص به صورت انتخابی عبور داده میشوند.
لذا با توجه به خلوص حداکثر 95 درصد، اینکه در نیتروژن به دست آمده هیچ گونه بخار آبی وجود نخواهد داشت صحیح نیست. همچنین امروز در تمام کپرسورهای هوا جهت جلوگیری از زنگ زدن مجراهای آهنی، فیلتر رطوبت گیر نصب میشود و درصد رطوبت بسیار کم شده است که نافی ادعای مطرح شده است.
امنیت بالا
باد نیتروژن به دلیل بزرگتر بودن اندازه مولکول آن حدود چهاردرصد سبک تر از باد معمولی می باشد و این عامل باعث می شود تا گرما را با سرعت بیشتری از دست دهد و به دنبال آن خطر ترکیدگی لاستیک به شکل قابل توجهی کاهش پیدا کند. به همین دلیل هم است که باد نیتروژن در ماشین های مسابقه ای کاربرد بسیار زیادی دارد و خطر احتمالی از طرف لاستیک را کاهش می دهد.
چگالی نیتروژن و اکسیژن در شرایط یکسان استاندارد تقریبا برابر با 1.25 و 1.42 گرم بر لیتر می باشد. برای یک لاستیک به قطر 15 اینچ و عرض 185 میلیمتر با فرض در نظر گرفتن یک استوانه به قطر 15 اینچ و ارتفاع 185 میلیمتر حجم تقریبا 21 لیتر به دست می آید که در این حجم(تقریبا دو برابر حجم واقعی) مقدار نیتروژن 26.25 گرم و مقدار هوا 26.93 گرم (با فرض 80 درصد نیتروژن و 20 درصد اکسیژن) می باشد یعنی فرق این دو 0.68 گرم است !!!! که در حجم یک لاستیک عملا صفر محسوب می شود.
ادعای دوم در رابطه با نرخ خنک شوندگی بهتر لاستیک در اثر نیتروژن می باشد که این مورد نیز از لحاظ علمی بی پایه است.
برای توضیح این موضوع ابتدا باید منبع تولید حرارت حین رانندگی مشخص شود، این عامل اصطحکاک بین زمین و لاستیک می باشد. لذا حین رانندگی دمای لاستیک افزایش می یابد و با گرم شدن لاستیک عملا گاز درون آن هم گرم می شود. نکته مهم این قسمت می باشد که کل لاستیک با توجه به چرخش و درگیر شدن با زمین به صورت میانگین دارای دمای یکسانی می باشد و عملا منبع سرد و گرمی برای انتقال توسط گاز درون آن وجود ندارد که حرارتی منتقل شود. لذا صرفا می توان خنک شدن لاستیک و رسیدن به یک دمای تعادل را ناشی از برخورد هوا با سطح بیرونی لاستیک عنوان کرد. همچنین در شرایط یکسان ظرفیت حرارتی اکسیژن و نیتروژن به ترتیب عبارتند از 29.378 و 29.124 ژول بر مول کلوین، یعنی برای افزایش دمای حجم مولی مشخص از هر دو گاز میزان حرارت مورد نیاز برای افزایش یک درجه سلسیوس در اکسیژن بیشتر از نیتروژن بوده و در شزایط یکسان اکسیژن دیرتر از نیتروژن و با مصرف انرژی بیشتر گرم خواهد شد.
فشار ثابت لاستیک ها
در لاستیک هایی که با گاز نیتروژن پر می شوند به ندرت شاهد کم شدن باد هستیم و به مرور زمان باد آنها کاهش نمی یابد. دلیل آن هم این است که اتمهای نیتروژن ابعاد بزرگ‌تری نسبت به اتمهای اکسیژن دارند و همین باعث می شود نیتروژن به سختی بتواند از لاستیک خارج شود و منجر به کاهش فشار باد لاستیک شود. همچنین باد نیتروژن حساسیت بسیار کمتری نسبت به تغییرات دمایی از خود نشان می دهد.
در نتیجه آمار نشان داده باد لاستیکی که با اکسیژن پر شده است چیزی حدود ۱. ۶ برابر نسبت به نیتروژن سریع‌تر خالی میشود.
در رابطه با این ادعا شعاع واندروالسی اتم اکسیژن و نیتروژن به تریب برابر با 66 و 71 پیکومتر می باشد. یعنی 61 در ده به توان منفی 12 متر که با توجه به کوچکی شعاع این دو اتم عملا تفاوت چندانی در عبور از روزنه های میکرونی درون لاستیک نباید وجود داشته باشد. و حتی با فرض اینکه نسبت خروج اکسیژن متناسب با سایز آنها باشد نهایتا فرق باید 7 درصد باشد(با فرض اینکه لاستیک فقط از اکسیژن پر شود و برای هوا این نسبت 1.4 درصد می باشد) نه اینکه 1 به 6 !!!!.
کاهش مصرف سوخت
همین ثابت بودن فشار باد لاستیک منجر می شود راندمان افزایش پیدا کرده و به دنبال آن مصرف سوخت کاهش پیدا کند. یعنی می توان استفاده از گاز نیتروژن در لاستیک خودرو را از روش های کاهش مصرف سوخت خودرو در نظر گرفت.
واقیت ماجرا:
با توجه به مطالب عنوان شده در بدترین حالت لاستیک پر شده با هوا می تواند 1.5 درصد زودتر از لاستیک پر شده با نیتروژن دچار کاهش فشار شود. بدترین حالت یعنی اینکه خلوص گاز نیتروژن نزدیک به 100 درصد بوده و فقط عامل سایز اتمهای نتیروژن و اکسیژن در ثابت ماندن فشار لاستیک موثر باشند که در عمل این طور نیست.
به طور دقیق می توان گفت استفاده از باد نیتروژن می توان حدود سه درصد در کاهش مصرف سوخت خودرو تاثیر مثبت داشته باشد. البته این میزان خیلی زیاد نیست ولی با توجه به استفاده طولانی مدت از خودرو می تواند عدد بزرگی شود. همچنین سالانه حدود ۳۰۰ میلیون حلقه لاستیک در دنیا به عنوان زباله دفن می شوند که در صورت استفاده از گاز نیتروژن در لاستیک ها می توان این عدد را تا حدود ۳۰ درصد کاهش داد و به حفظ سلامت محیط زیست هم کمک نمود.
موثر ترین عامل در میزان مصرف سوخت فشار درون لاستیک می باشد و با بررسی دوره ای باد لاستیک عملا برای هر دو گاز هوا و نیتروژن مصرف سوخت از لحاظ علمی تفاوتی نخواهد داشت.
عدم شرکت در احتراق
یکی از علت های مهم در تحریک احتراق، اکسیژن می باشد و این عمل در حوادث بسیار ممکن است خطرناک باشد و جان سرنشینان را به خطر بیندازد اما باد نیتروژن تاثیری در تحریک حریق ندارد و این عامل می تواند یک مزییت برای انتخاب دوباره باد نیتروژن برای لاستیک های خودرو باشد.
فرض این ادعا رانندگی در خلاء و محیط عاری از هوا می باشد، در نتیجه تنها منبع اکسیژن جهت مشتعل شدن لاستیکها هوای موجود درون آنها بوده و فراموش شده که در کنار خودرو منبع هوا و اکسیژن جهت شعله ور شدن وجود دارد و نیازی به هوای درون لاستیک نمی باشد!!!!
تمامی خودرو هایی که ممکن است نیاز به ورود در آتش داشته باشند مثل خودرو های آتش نشانی و…. باید از باد نیتروژن برای لاستیک های خود استفاده کنند چون ممکن است دچار حادثه در حریق شوند و باید عامل کمک کننده ای یه افزایش حریق نباشند.
با توجه به اینکه جنس خود لاستیکها از پلیمرهای قابل اشتعال تهیه می شود(در خودروهای سواری)، اینکه لاستیکها با نیتروژن هم پر شود عملا مانعی برای سوختن آنها هنگام آتش ایجاد نخواهد کرد.
دوستدار محیط زیست
سالانه بیش از ۳۰۰ میلیون حلقه تایر به عنوان زباله دفع میشوند. با این وجود اگر در یک تایر از باد نیتروژن استفاده کنید روند فرسایش آن نزدیک به ۳۰ درصد کندتر میشود ضمن این که باد نیتروژن با داشتن تاثیر مثبت بر روی مصرف سوخت خودرو می‌تواند از آلودگی بیشتر محیط زیست جلوگیری کند.
اینکه با استفاده از نیتروژن روند فرسایش لاستیک 30 درصد کاهش می یابد به نظر نمی تواند درست باشد. علت این موضوع در این می باشد که طبق تحقیات انجام شده یکی از مهمترین دلایل فرسایش پلیمر ها و لاستیک ها، ریز ترکهای ایجاد شده به واسطه ازن می باشد و این عامل برای هر دو گاز نیتروژن و هوا به صورت یکسان عمل می کند. حتی با فرض مخرب بودن گاز اکسیژن در فرسایش لاستیک با پر کردن درون لاستیک از نیتروژن نمی توان مانع از تماس اکسیژن موجود در هوا با سطح خارجی لاستیک شد.
کمک به هندلینگ خودرو
خودروها هندلینگ مشخصی دارند و حضور نیتروژن در لاستیکهای یک خودرو در هندلینگ آن معجزه نمی‌‌کند اما از آنجایی که باد نیتروژن ثبات بیشتری را در اختیار لاستیکها قرار میدهد خودرویی که لاستیکهای آن با نیتروژن باد شده باشد در بهترین حالت هندلینگ خود قرار می‌گیرد. این فرایند برای رانندگانی که وسواس زیادی در خصوص هندلینگ خودرو دارند کاملاً مشخص خواهد بود اما راننده‌های معمولی متوجه این تفاوت جزئی نخواهند شد.
این ادعا که به صورت کلی بی پایه می باشد اما به صورت کلی برای اکثر خودرو ها میزان فشار مناسب باد لاستیک تقریبا 30 psi عنوان شده است و حین تنظیم فشار نیتروژن هم دستگاه عدد 30 را نشان می دهد، اما با توجه به بررسی های انجام شده از چندین دستگاه مختلف و به صورت تجربی عملا فشار باد پر شده درون لاستیک توسط دستگاه نیتروژن در حدود 28 psi می باشد و این اختلاف فشار تامدی یا سهوی باعث نرمتر شدن ماشین به قیمت افزایش مصرف سوخت و استهلاک بیشتر لاستیکها می شود که به نوعی به اشتباه یکی از برترین مزیتهای قابل لمس نیتروزن نیز عنوان می شود.
افزایش عمر لاستیک
از آنجایی که نیتروژن دیرتر تخلیه میشود، فشار بهینه‌ای از باد در لاستیکها قرار می‌گیرد. در نتیجه اصطکاک لاستیک با سطح جاده کاهش پیدا میکند و ساییدگی کمتر لاستیکها را در دراز مدت شاهد هستیم.
واقعیت ماجرا :
جواب این مورد در موارد قبلی داده شده است.
از طرف دیگر در اکسیژن، آب نیز به مقدار کمی وجود دارد که در حین باد کردن لاستیک به داخل تیوپ منتقل میشود. زمانی که لاستیک در اثر حرکت داغ میشود آب موجود در تیوپ تبخیر خواهد شد و احتمال اینکه باعث زنگ زدن رینگ و سایر قسمتهای اطراف لاستیک وجود دارد.
اینکه نگارنده مطلب چطور توانسته تشخیص دهد میزان بخار آب موجود در هوا فقط در اکسیژن پنهان شده و در نیتروژن با حجمی چهار برابر بیشتر از اکسیژن وجود ندارد جای تعجب است. اینکه در هوا بخار آب وجود دارد صحیح است اما در نیتروژن به دست آمده با خلوص صنعتی نیز لزوما این بخار آب حذف نمی شود . همچنین همانطور که قبلا اشاره شده تقریبا امروزه جهت کاهش هزینه تعمیر و نگهداری تقریبا در همه کمپرسورهای هوا فیلتر حذف رطوبت قرار داده شده است.
معایب استفاده از گاز نیتروژن در لاستیک
همانطور که گفتیم هر چیزی در کنار مزایایی که دارد قطعا یک سری ایرادات و معایبی هم دارد که گاز نیتروژن لاستیک های خودرو هم از این قاعده مستثنی نیستند. در ادامه با مهمترین معایب استفاده از گاز نیتروژن در تایر های خودرو آشنا خواهیم شد.
هزینه بیشتر باد نیتروژن
هزینه بادکردن لاستیک های خودرو با گاز نیتروژن بسیار بیشتر از باد معمولی می باشد به طوری که در آمریکا برای بادکردن هر تایر از گاز نیتروژن باید حدود ۵ دلار حدود معادل ۵۰ هزار تومان پرداخت کرد و مشخصا برای هر دو جفت لاستیک های خودرو باید حدود ۲۰۰ هزار تومان پرداخت نمود که خیلی بیشتر از هزینه باد معمولی می باشد.
سرویس و نگهداری
همان‌گونه که اشاره کردیم نیتروژن اتمهای بزرگ‌تری دارد و خروج آنها از مولکول‌های لاستیک خوردو دشوار است اما باز هم نیتروژن در عرض چند ماه تخلیه میشود، این فرآیند زمانی که هوا سردتر میشود سرعت بیشتری نیز به‌خود می‌گیرد و در نتیجه در فصل‌های پاییز و زمستان بهتر است حتماً فشار هوای لاستیک‌هایی که با نیتروژن باد شده‌اند را کنترل کنید و در صورت کاهش فشار، خودرو را به آپاراتی‌های مجهز به کپسول نیتروژن ببرید.
نکته:
در ایران تقریبا هیچ آپاراتی از کپسول نیتروژن استفاده نکرده و همه از دستگاههای وارد شده ای استفاده می کنند که اکسیژن را با استفاده از عبور از جاذبهای سطحی یا روش غشایی جذب کرده و از نیتروژن جدا می کنند. خلوص گاز خروجی در این روش در بهترین حالت 95 درصد می باشد. جاذبها عمر مفید دارند و در 90 درصد مواقع به موقع و یا اصلا تعویض نمی شوند که در نتیجه کیفیت نیتروژن تولید شده تحت تاثیر قرار گرفته و خلوص آن به مراتب پایین تر خواهد آمد.
فرآیند باد کردن لاستیک با نیتروژن دشوار و زمانبر است
باد کردن لاستیکها با نیتروژن به اندازه اکسیژن راحت نیست و پیچیدگی‌‌های خاص خودش را دارد. از طرف دیگر اگر برای اولین بار لاستیکها را با نیتروژن باد می‌کنید باید حتماً تیوپ لاستیک از اکسیژن خالی شود که این فرآیند نیز زمانبر و دردسرساز است.
با توجه به اینکه برای پر کردن لاستیک با نیتروزن ابتدا باید هوای درون آن تخلیه شود، از پمپ خلا استفاده می شود که حین خلاء لاستیک به صورت فشرده و اعوجاج یافته ای در می آید که همین امر می تواند در صورت تکرار در دراز مدت باعث ایجاد ریز ترک و فرسودگی لاستیک شود.
دسترسی کم به باد نیتروژن
باد نیتروژن را در هر جایی نمی‌توان به راحتی یافت و این خود یکی از محدودیت‌هایی است که در پیش روی طرفداران استفاده از نیتروژن وجود دارد. مشکل اصلی مخصوصاً در ایران این است که اگر شما لاستیک های خود را با باد نیتروژن پر کنید، بالاخره بعد از مدتی که احتیاج به تنظیم باد داشته باشید، ممکن است هر تعمیرگاهی این باد را نداشته باشد و آن وقت است که برای یک تنظیم باد عادی باید به دنبال یک مکان مناسب باشید که خود دردسرساز است ولی باد معمولی در بسیاری از تعمیرگاه‌ها قابل دسترس است.
امنیت استفاده از گاز نیتروژن برای تایرهای خودرو
شایعاتی مبنی بر احتمال ترکیدن لاستیکی که با نیتروژن پر شده یا سبک شدن لاستیک و عدم تعادل اتومبیل وجود دارد که هیچکدان آن ها درست نمی باشد.
78. 1 % از هوایی که تنفس می کنیم دارای نیتروژن است. نیتروژن گاز غیر قابل اشتعال و بی اثر است. طبق قانون اووگادرو همه ی گازها دردما و فشار ثابت حجم ثابتی دارند، ادر نتیجه می توان گفت هیچگونه انفجار یا آتش سوزی خودرو در تصادفات وسایل نقلیه ای که لاستیک آن با نیتروژن پر شده صورت نمی گیرد. در واقع نیتروژن بسیار امن تر از هوای فشرده است، به همین دلیل نیتروژن را برای هواپیما ها و ماشین های مسابقه ای استفاده می کنند.
نیتروژن، نسبت به هوا، گرمای خود را زودتر از دست میدهد و در واقع با زدن نیتروژن درون لاستیکها، ترکیدگی لاستیک در روزهای گرم تابستان بر اثر افزایش دما و انبساط گاز درون لاستیک، کمتر اتفاق خواهد افتاد که باز هم ایمنی بیشتر آن را نشان میدهد.
(پاسخ این ادعا در قسمتهای پیشین داده شده است.)
به خصوص برای خودروهای مسابقه‌ای فرمول یک، سوپر اسپرت‌هایی که سرعت‌های بالاتر از 200 مایل بر ساعت دارند و یا خودروهایی که کاربرد آنها در شرایط طولانی و سخت است. همچنین میزان تغییرات فشار با دما در نیتروژن کمتر از هوا است، چرا که هوای معمولی دارای اکسیژن و رطوبت بوده که میزان فشار رطوبت آن (هر چند ناچیز) با دما بیشتر تغییر میکند.
این که در خودرو های مسابقه ای از نیتروژن استفاده می کنند نافی ادعای مطرح شده نمی باشد چون به صورت کلی نیتروژن استفاده شده برای خودروی معمولی دارای ناخالصی هایی همچون بخار آب می باشد و در بهترین حالت خلوص آن 0.95 می باشد در صورتی که در جاهای حساس مانند مسابقه اتوموبیل رانی در صورت استفاده از نیتروژن از کپسولهای آن با خلوص حداقل 0.999 استفاده می شود که مقایسه این دو نیتروژن صحیح نیست.