|
1.
Premessa
Quando
si parla dell'uso dell'azoto nel gonfiaggio dei pneumatici, si
rischia sempre di essere costretti a schierarsi su due diverse
posizioni tra loro alternative. Vi sono, da un lato, coloro che
ne negano nel modo più assoluto qualunque reale utilità pratica;
vi sono, dall'altro, quelli che invece ne sostengono ad oltranza i
benefici derivanti dal suo utilizzo. Come
spesso accade, non sempre è facile capire quale delle due posizioni
sia la più corretta. Noi ci proviamo, cercando di mettere ordine
sulle motivazioni che sostengono entrambe.
2.
Favorevoli...
Innanzitutto,
quali sono i vantaggi che operatori e aziende produttrici di
generatori di azoto attribuiscono al suo utilizzo nelle gomme? Si
tratta, soprattutto, di vantaggi in termini di sicurezza di
marcia.
Un
primo beneficio riguarderebbe
la pressione del pneumatico che, grazie proprio alle
caratteristiche specifiche dell'azoto, dovrebbe rimanere costante per un
periodo di tempo tre volte superiore rispetto a quanto normalmente avviene
usando la normale aria: ciò porterebbe ad una riduzione dei
controlli periodici, ad un minor consumo del battistrada e ad un
conseguente allungamento della vita del pneumatico. Una corretta
pressione permetterebbe, tra l'altro, anche di ridurre al
massimo la resistenza al rotolamento del pneumatico (con una
conseguente, sia pure lieve, riduzione dei consumi di carburante).
Un
secondo vantaggio deriverebbe dalle caratteristiche di gas inerte
proprie dell'azoto: in base a ciò, questo gas dovrebbe tendere a mantenere
costante la sua pressione al variare della temperatura dei
pneumatici durante il loro utilizzo. Nella pratica,
questo dovrebbe voler dire che, nonostante le variazioni di temperatura che avvengono in un
pneumatico durante il suo normale impiego, la pressione iniziale
verrebbe a rimanere praticamente
costante anche a pneumatico caldo. Sarebbe proprio questa la
caratteristica dell'azoto che avrebbe favorito la diffusione
dell'uso di questo sistema di gonfiaggio dei pneumatici nelle competizioni automobilistiche (a
tutti i livelli); infatti, nella guida
sportiva, una pressione costante garantirebbe un comportamento
dinamico più regolare del pneumatico, con conseguenti miglioramenti
in termini di costanza delle sue prestazioni nell'arco della gara. E
anche nella normale guida su strada, una pressione costante al salire della temperatura
eviterebbe qualsiasi rischio
di scoppio dovuto a surriscaldamento (riducendo di molto anche il
rischio di esplosione del pneumatico nel caso esso sia già
danneggiato nella sua stessa struttura): infatti,
la
temperatura a cui viene sottoposto, durante il suo utilizzo, il
pneumatico gonfiato con aria favorirebbe - tramite l'ossigeno - una
combustione spontanea che potrebbe quindi portare all'esplosione
della gomma stessa.
Un
terzo vantaggio, inoltre, consisterebbe nella maggiore
salvaguardia delle valvole, del pneumatico e del cerchio dal
naturale processo di ossidazione generato dall'umidità e dall'ossigeno
contenuti nella normale aria compressa
immessa nel pneumatico. Infatti, se l'aria è composta per il 78% di
azoto, per il 20% di ossigeno, per l'1% di anidride carbonica e per
un altro 1% da vari altri gas, la miscela a base di azoto utilizzata
nel gonfiaggio di pneumatici è invece completamente priva di
ossigeno e vapore d'acqua: si eviterebbero così gli svantaggi
appena citati. Ciò, ovviamente, a tutto vantaggio della sicurezza
di marcia. Inoltre,
nel gonfiaggio con la comune aria compressa, anche l'inevitabile
immissione di piccole quantità di vapori d'olio contenuti nei
circuiti di lubrificazione dei compressori usati per questa
operazione favorirebbe l'invecchiamento della gomma determinando -
con l'aiuto dell'ossigeno e del vapore d'acqua - anche la formazione
di miscele infiammabili. I compressori d'aria, poi, trasferirebbero
all'interno del pneumatico umidità, che sarebbe anche causa di
sbalzi di pressione con conseguenze sull'integrità del pneumatico e,
in definitiva, sulla sicurezza di guida.
Infine,
una
nota ecologista: pneumatici meglio conservati potrebbero (al
termine del loro ciclo vitale) essere poi ricostruiti in maggior
numero, con immaginabili vantaggi in termini di riduzione della
produzione di questo genere di rifiuti.
3.
...O contrari?
Parlando
dei vantaggi, abbiamo sempre usato il condizionale, proprio in
ossequio al fatto, accennato all'inizio, che in realtà è molto
difficile distinguere la teoria dalla pratica, i benefici teorici da
quelli concretamente riscontrabili nell'uso quotidiano dell'azoto.
Ed altrettanto difficile è capire chi, tra sostenitori e scettici, abbia realmente ragione.
Ma,
a questo punto è bene domandarsi quali sono i motivi che conducono
molti a dubitare della reale efficacia di questo sistema di
gonfiaggio dei pneumatici. Ebbene,
l'uso dell'azoto per gonfiare le gomme sarebbe irrilevante dal punto
di vista delle prestazioni, dell'usura e del confort, anche perché - si sostiene -
l'aria è già naturalmente composta per il 78% di
azoto, quindi fare "il pieno" delle gomme con la normale
aria compressa sarebbe pressoché equivalente al gonfiaggio con
azoto. Ma, tra l'altro, sarebbero false - sempre secondo i detrattori - le
stesse premesse di chi sostiene l'uso dell'azoto.
In
primo luogo, non sarebbe vero che la
pressione sia mantenuta stabile più a lungo nel tempo: le perdite (dovute alla
porosità del pneumatico, alla valvola e al cerchietto) sono le
medesime e dipenderebbero dalla qualità della copertura e della ruota,
non dal gas utilizzato. Ma scendiamo nel dettaglio. Sempre
riguardo alla considerazione secondo
cui
l'azoto manterrebbe costante più a lungo nel tempo la sua
pressione in quanto sfuggirebbe meno - rispetto all'ossigeno -
attraverso il pneumatico (permeabilità),
ci
sarebbe da tenere presente che ambedue le molecole dei gas in
questione hanno una grandezza relativamente grande, tale da non
permettere alle molecole stesse di sfuggire attraverso il corpo del
pneumatico; e comunque, se anche questo discorso valesse unicamente
per l'aria e non per l'azoto, varrebbe la pena sottolineare che il
raggio molecolare dell'azoto è di 1.8A, quello dell'aria è di
1.7A:
quindi, la grandezza
è praticamente identica. Come se non bastasse, qualcuno fa anche
notare che vari anni fa i pneumatici delle biciclette da pista
venivano gonfiati con un gas (l'elio) caratterizzato da molecole di
grandezza inferiore (1.4A) e ad una pressione ben 4 volte maggiore
di quella adottata nei pneumatici per auto (12 atmosfere delle biciclette
contro le meno di 3 delle automobili): eppure, nonostante ciò, non
si sarebbe riscontrato nessun problema di permeabilità e perdita di
pressione.
In
sostanza, dunque, non sarebbe la permeabilità dell'aria sul
pneumatico a determinare le perdite di pressione all'interno di
esso, ma ben più comuni problemi di sfiati meccanici, come una non
perfetta tenuta delle valvole, una non perfetta tenuta dei cerchi
oltre ovviamente a buche, asperità del terreno e quant'altro possa influenzare le
ruote nel loro uso quotidiano.
Non è un caso - si afferma - se nel
gonfiaggio con azoto vengono sostituite pure le valvole comuni a
vantaggio di altre speciali con guarnizione metallica (di gran lunga
più efficaci), la cui tenuta però non verrebbe controdimostrata a
favore dell'aria gonfiando i pneumatici muniti di tali valvole con
quest'ultima.
Ma
non è finita qui. Infatti, un'altra
considerazione che viene fatta per quanto riguarda la questione della
permeabilità è quella che usando la normale aria compressa, al
momento del gonfiaggio sottoposta ad una forte pressione di
immissione, si dovrebbe a rigor di logica verificare sempre al
momento del gonfiaccio - essendo
l'aria naturalmente composta per il 78% da azoto - l'espulsione fuori dalle pareti del pneumatico di quel
22% di ossigeno, anidride carbonica ed altri gas che è presente
nella normale aria, di
fatto gonfiando la ruota con il solo azoto. Volendo
comunque anche accettare la considerazione che l'uso dell'azoto comporti
per più lungo tempo - rispetto alla normale aria compressa - un
mantenimento costante della pressione, non si potrebbe però
prescindere dal valutare cosa accade nell'ipotesi di una
trasformazione isocora (cioè, a volume costante) del gas in
questione. La
legge di Boyle si può esprimere secondo la
seguente formula:
(P1
V1)
/ T1
= (P2
V2)
/ T2
in cui P1,
V1 e T1 indicano rispettivamente la pressione (atm),
il volume e la temperatura (°k,
scala kelvin) del gas ad un primo stadio della trasformazione, mentre
P2,
V2
e T2 indicano
rispettivamente pressione, volume e temperatura del gas ad uno
stadio successivo. Mantenendo
il volume costante (V = cost), si ottiene:
P1
/ T1
= P2
/ T2
Ebbene, applichiamo concretamente tale
principio secondo il quale,
quindi, a volume costante il rapporto tra pressione e temperatura rimane sempre
costante. Effettuiamo il gonfiaggio dei
pneumatici quando fa molto caldo (per esempio, in estate), ad una
temperatura ipotetica di 35 °C (che espressi in °k
fanno 308°k)
e ad una pressione di 2,50 atm: anche se non si dovesse verificare
la più piccola perdita di gas, ci accorgeremmo - effettuando
in inverno il rilevamento della stessa con una temperatura ipotetica
di 0 °C (273°k) - che la pressione dei pneumatici sarebbe inevitabilmente di 2,25
atm.
Già
questo
mette in evidenza come non è vero che l'azoto mantenga per natura
la sua pressione costante: in 4 mesi, infatti, la pressione può
calare visibilmente. E, considerato il fatto che 0,25 atm è un
valore piuttosto influente sui 2,25 totali ai fini delle prestazioni
e della sicurezza di guida,
non sarebbe comunque affatto corretto affermare che con l'azoto non
sarebbe necessario controllare frequentemente e sistematicamente la
pressione dei
pneumatici.
Veniamo
poi al vantaggio della maggiore
salvaguardia delle valvole, del pneumatico e del cerchio dal
naturale processo di ossidazione generato dall'umidità e dall'ossigeno
contenuti nella normale aria compressa
immessa nel pneumatico. Con riguardo alla questione principale
che interessa prettamente il pneumatico, si
sostiene che al di là del fatto che - in ogni caso - la
piccola percentuale di umidità presente nell'aria non
sarebbe in grado di danneggiare le cinture e la carcassa se non
forse in tempi lunghissimi (ben superiori alla
durata del pneumatico stesso), affermazioni del
genere avrebbero comunque senso solo se vivessimo nel 1973. E' di quell'anno infatti una
pubblicazione dal titolo "Chimica", scritta da Quagliano
e Vallarino ed edita dalla Piccin Editore,
in cui si legge a pagina
647: "La vita dei pneumatici può essere notevolmente
allungata gonfiandoli con azoto invece che con aria. In questo modo
si previene la corrosione ossidativa delle pareti interne della
gomma da parte dell'ossigeno alle alte temperature e pressioni che
normalmente si sviluppano nei pneumatici sotto sforzo." Ora
- si fa notare - già in un'altra pubblicazione dal titolo "Chimica organica" del 1990,
scritta da Vollhardt ed edita da Zanichelli, alla pagina 600 si
può leggere: "La
gomma sintetica... Il 2-cloro-1, il 3-butadiene, può essere
polimerizzato in un composto elastico resistente al calore e
all'ossigeno, composto che viene detto neoprene...".
Insomma, dal 1973
la ricerca, lo sviluppo e le tecniche
di produzione e di
composizione dei materiali con cui vengono oggi costruiti i nostri
pneumatici avrebbero fatto dei tali passi in avanti che già nel 1990 questi problemi non erano
più attuali. E per le stesse ragioni vengono fatte
obiezioni anche alle tesi che pure i vapori d'olio dei compressori
danneggerebbero le pareti interne del pneumatico, problema comunque
questo alquanto marginale per gli stessi sostenitori dell'uso
dell'azoto. Per
quanto riguarda poi l'altro aspetto delle possibili ossidazioni, vale a
dire quelle che interesserebbero cerchioni e valvole, si obietta più
sempliciemente che tra le cause di sostituzione di pneumatici e
cerchi ci sono il consumo, il taglio, lo scoppio e la foratura del
pneumatico o ancora il danneggiamento fisico del cerchione che poi va a coinvolgere
anche il deterioramento del pneumatico, ma mai a nessuno si sarebbe
visto
costretto a cambiare cerchio e valvole
perché "ossidati".
Per
quanto riguarda infine il vantaggio derivante dalle caratteristiche di gas inerte
proprie dell'azoto - in base alle quali questo gas, a differenza
dell'aria, dovrebbe tendere a mantenere
costante la sua pressione al variare della temperatura dei
pneumatici durante il loro utilizzo (contribuendo così ad evitare qualsiasi rischio
di scoppio dovuto a surriscaldamento e riducendo di molto anche il
rischio di esplosione del pneumatico nel caso esso sia già
danneggiato nella sua stessa struttura) - si sostiene che in linea di
massima si tratta di un'affermazione corretta; rimarrebbe
però da stabilire in quale misura l'azoto si comporta in maniera
differente rispetto all'aria sotto questo particolare aspetto e con
quali vantaggi reali. A tal proposito, gli scettici fanno riferimento alla
formula dell'equazione di stato dei gas reali elaborata da
Van Der Waals.
In questa equazione, le costanti facenti parte dei termini
correttivi sono per l'azoto
a
= 1.35 atm (I/mole)2
b = 0.0383 I/mole
mentre
sono per l'aria
a
= 1.32 atm (I/mole)2
b = 0.0322 I/mole
Dunque,
si tratterebbe di termini correttivi dai valori dalla differenza
(tra azoto e aria) ridottissima e che varierebbero la pressione dei due
gas di misure assolutamente insignificanti. Non solo!
Essendo
l'aria comune composta già per un suo 78% da azoto, la variazione
della pressione in funzione della temperatura andrebbe a modificarsi solo
per il suo restante 22%, rendendo di fatto praticamente nulla
qualsiasi differenza tra i due gas sotto questo punto di vista.
Il
discorso cambierebbe radicalmente sui pneumatici destinati alle
competizioni, ma per ragioni ben più importanti e complesse che
l'automobilista comune non si troverà mai ad affrontare per i
pneumatici della propria auto, anche se destinata ad una guida
prettamente sportiva o se lanciata a grandi velocità in autostrada.
Vediamo di capire meglio il perché di questa affermazione. Tutto
dipenderebbe dal fatto che l'azoto ha - rispetto alla normale aria -
un comportamento più lineare, in quanto privo di umidità. E
sarebbe proprio questo il motivo motivo per
cui l'azoto trova applicazione nelle competizioni più estreme,
laddove il mezzo decimo di bar in più o in meno può far cambiare
notevolmente il comportamento dell'auto. Ma - attenzione! - questo
utilizzo non sarebbe dovuto alla tanto pubblicizzata capacità
intrinseca dell'azoto di variare meno la pressione, scaldandosi;
piuttosto, esso sarebbe dovuto al fatto che, senza umidità, gli
aumenti di pressione dovuti alla temperatura sono più prevedibili. Le
gomme da competizione raggiungono e superano temperature dell'ordine
di 130°C, valori impensabili nel caso dell'utilizzo (anche estremo)
di normali gomme stradali. L'umidità atmosferica è acqua allo
stato liquido in sospensione e quindi, gonfiando le gomme con aria
comune, si immette dentro il pneumatico anche l'acqua in
sospensione. Già questo pone un grosso problema di
indeterminazione, poiché l'umidità atmosferica (e quindi la
quantità di acqua in sospensione nell'aria) è una quantità che
varia di giorno in giorno. Ma non basta. L'umidità relativa
dell'aria indica il rapporto fra la pressione parziale del vapore
d'acqua nell'aria e la tensione di vapore che avrebbe l'acqua alla
stessa temperatura. Cosí, a 25 °C la tensione di vapore dell'acqua
è di 24 torr; se l'umidità è del 75% vuole dire che la pressione
parziale dell'acqua è di 24×0.75=18 torr. Il grosso problema nasce
dal fatto che, aumentando la temperatura, aumenta la tensione di
vapore dell'acqua e, conseguentemente, la sua pressione parziale. Le
cose sono ulteriormente complicate dal fatto che la tensione di
vapore dell'acqua ha un comportamento non lineare. A 60 °C ha
ancora solo 150 torr di pressione parziale (0.2 atm), a 80 °C ha
355 torr (poco meno di 0.5 atm), poi a 100 °C fa il salto ed arriva
a 760 torr (1 atm). A 134 °C addirittura la tensione di vapore è
di circa 1500 torr (2 atm). Ecco spiegato come mai in Formula 1 è
indispensabile togliere l'umidità: per sapere a che pressione
avremmo le gomme a caldo. Al contrario, sulle nostre auto cambierebbe
poco o nulla. Infatti, gonfiando a freddo (25 °C) le nostre gomme a
una pressione iniziale di 2 bar, con un'umidità relativa del 75%,
abbiamo la pressione parziale dell'acqua di 18 torr (0.02 atm). In
pratica, di quelle 2 atm, praticamente nulla sarà dovuto alla parte
di umidità che passa allo stato di vapore. Se l'umidità fosse del
40%, la pressione parziale dell'acqua sarebbe 0.01 atm, ovvero non
rileveremmo differenza. A 60°C, le gomme gonfiate con gas anidro (cioè,
un gas non contenente vapore d'acqua) avranno una pressione di 2.23
atm; quelle gonfiate con aria al 75% di umidità relativa, saranno
invece a 2.23+0.2×0.75=2.38 atm: è razionalmente pensabile che la
vita di un'automobilista non cambi avendo 2.38 atm piuttosto che
2.23 a caldo. Se poi l'aria atmosferica avesse avuto il 40% di
umidità relativa, a 60°C le gomme sarebbero a 2.3 atm: restano
tutte differenze pressoché irrisorie. In queste condizioni, capiamo
come avere nei pneumatici una miscela di gas inerti (ma soprattutto
anidri) oppure dell'aria comune faccia ben poca differenza. Arrivati
a 80°C (ma quante gomme da strada arrivano a queste temperature?)
la differenza comincia già a farsi sentire: le gomme con azoto sono
a 2.37 atm, quelle con la nostra aria atmosferica al 75% di umidità
saranno a 2.37+0.5×0.75=2.74 atm, quelle con l'aria al 40% di
umidità sono a 2.56 atm. La differenza diventa tangibile. A 130°C
(valori esclusivamente toccati da gomme da competizione) le cose
cambiano radicalmente. Con gas anidro (come l'azoto, appunto) i
pneumatici arrivano a 2.70 atm, con aria al 40% di umidità
sarebbero a 3.5 atm, con l'aria umida al 75% sarebbero arrivate a
4.45. Come si vede, la percentuale di umidità dell'aria modifica in
modo drastico la pressione delle gomme: trovarsele a 4.5 piuttosto
che 2.7 è una differenza spaventosa. Tutto questo porta ad una
semplice conclusione: senza conoscere l'esatta umidità dell'aria
con la quale si sono gonfiate le gomme, non si ha modo di sapere la
pressione che queste raggiungeranno durante l'utilizzo. Eliminare il
vapor d'acqua, elimina quindi un grossissimo fattore
d’imprevedibilità. Ma, lo si ribadisce, la cosa ha un suo reale
significato solo con pneumatici che durante l'uso raggiungono
temperature infinitamente superiori a quelle raggiunte dalle gomme
delle normali auto stradali. E'
però bene dire che anche gli scettici ammettono che è vero,
invece, che l'azoto viene usato per gonfiare le gomme degli aerei;
al momento dell'atterraggio, infatti, lo stress meccanico può
provocarne lo scoppio e in questo caso è effettivamente preferibile
che all'interno del pneumatico sia presente un gas inerte piuttosto
che una miscela ossigenata. Ma - si afferma - si tratta di un
evento, per fortuna, quasi inesistente nel mondo dell'auto.
Infine,
chi è scettico sulla reale utilità dell'azoto nei pneumatici pone
l'accento anche su una nota curiosa. Quando
i pneumatici vengono gonfiati per la prima volta con azoto, questi
andrebbero prima portati in sottovuoto, per eliminare quella
naturale pressione atmosferica pari ad 1 atm presente nelle gomme. Domanda:
ma i gommisti effettuano questa operazione? La
risposta secondo i detrattori di questa pratica è no; per cui,
quando il pneumatico viene gonfiato, in realtà nello stesso sarebbe
già presente una miscela naturale di aria, ossigeno, anidride
carbonica ed altri gas che di fatto renderebbe vana qualunque presunta
miglior caratteristica dell'azoto, andandolo a mischiare con aria
comune.
4.
Conclusioni
In
definitiva, chi si dichiara scettico in merito all'utilità dell'uso
dell'azoto nelle gomme lo fa sostenendo la necessità di dover
sempre distinguere tra i vantaggi teorici (su cui insiste largamente
la pubblicità) e quelli effettivamente percepibili e fruibili dagli
automobilisti. Limitandosi
esclusivamente alla teoria, è vero che gonfiando le gomme con il
solo azoto le perdite di pressione nel tempo si riducono. In
pratica, però, i pneumatici sono progettati per garantire a lungo
il mantenimento del corretto gonfiaggio con l'aria e se si
manifestano cali, essi sono dovuti a difetti nella tenuta della
valvola o del cerchio e si verificherebbero pure con l'azoto. Allo
stesso modo, l'invecchiamento dei materiali è in certi casi più ridotto con
l'azoto, anche per via della mancanza di umidità, ma tale processo
ha tempi così lunghi che gli effetti dannosi si manifestano solo
dopo molti anni e nel normale impiego non si notano differenze tra
gonfiaggio ad aria e gonfiaggio ad azoto. Peraltro, va ricordato che
un buon compressore d'aria è normalmente dotato di filtri e di
separatori per la condensa che consentono di erogare aria secca.
Infine, in linea teorica è vero che - rispetto all'aria - l'azoto
ha minori variazioni di pressione in funzione della temperatura, ma
nell'impiego normale dell'auto le differenze che si possono rilevare
tra due pneumatici, uno gonfiato con l'azoto e l'altro con aria,
sono assolutamente trascurabili. Per tutti questi motivi, si
potrebbe dunque concludere, l'impiego dell'azoto nelle gomme nelle
gomme non è certo dannoso, ma non apporta vantaggi apprezzabili da
parte degli automobilisti. Tra l'altro, è verissimo che alcune case
produttrici di pneumatici consigliano l'uso dell'azoto, ma tali
consigli sono comunque circoscritti al settore dei veicoli
industriali e per movimento terra.
5.
Tempi e costi
Infine,
per coloro che decidessero di ricorrere all'azoto
per gonfiare le gomme della propria auto, un brevissimo cenno ai
tempi e ai costi dell'operazione. Gonfiare i pneumatici con azoto richiede tempi
rapidissimi (equivalenti a quelli di un normale
gonfiaggio con aria); la spesa è abbastanza contenuta: in media, ci
si limita ad una decina di euro o poco più.
|
