A raíz del intercambio de opiniones en otro hilo, voy a contaros el motivo por el que es una chorrada (y un gasto innecesario) llenar las ruedas con nitrógeno. No deja de ser un marketing de talleres, surgido hace muchos años y que no progresó. Si fuese tan beneficioso, nadie llenaría con aire normal las gomas y las gasolineras tendrían máquinas de nitrógeno (ya cobran por el aire normal…).
Esto no está sacado de la barra del bar (no tenía de aquella) sino de una colaboración entre un amigo físico, yo mismo y Michelin cuando trabajaba en una de sus publicaciones. Está además cotejado con Bridgestone y Continental (con las que colaboro ahora), entre otras marcas de gomas con las que he contactado a lo largo de los años. De igual forma, mecánicos de carreras (motos principalmente) también confirman lo que estoy diciendo y aunque es cierto que a veces se usa nitrógeno (sobre todo en F1 pero también en alguna competición menor), suele ser efecto placebo para el piloto y no ganancia real. Lo que se usa siempre es aire seco porque lo que realmente destroza los cálculos de presiones es la humedad.
Sin más, cogeos palomitas que esto va para largo y os voy destrozando mitos:
Datos iniciales: la atmósfera contiene 78% nitrógeno, 21% oxígeno y un 1% otras sustancias. Así que inflar con nitrógeno es “solo” llenar el 22%. Lo otro ya nos venía gratis del aire.
PRIMERA AFIRMACIÓN: Las moléculas de nitrógeno son más grandes que las de oxígeno, y por lo tanto pierde menos presión con el tiempo
En esencia es cierto, pero hay que tener en cuenta que las moléculas nunca están solas sino que van en parejas. Así que realmente hablamos de N2 y O2, y estas moléculas están separadas como las pesas de una mancuerna. El radio covalente del nitrógeno es 146 picómetros, mientras que el del oxígeno es 132pm. Esto es un 7% en medidas de picómetros, que es un millón de veces más pequeño que una micra.
Por lo tanto, si fuese beneficioso lo sería en una proporción del 7%, pero ojo, 7% del oxigeno contenido en el aire (21%) y estos es, 1,4%.
Ahora pensemos en las moléculas de oxígeno con forma mancuerna que se quieren pirar de la rueda. Obviamente no intentarían escapar a lo ancho (ninguno intentamos entrar por una puerta con un tablón atravesado) sino a lo largo, y entonces el tamaño de la molécula es irrelevante, aunque pensemos que por ser algo más pequeña se desliza mejor entre los átomos de la goma.
SEGUNDA AFIRMACIÓN: Como las moléculas de nitrógeno son mayores, llenan mejor el neumático
La presión no la ejercen las moléculas pegadas unas a otras (no es un líquido) sino cómo esas moléculas chocan con las paredes. Además, a 2 bar y 36 ºC, la relación entre el volumen del recipiente y el volumen de las moléculas es 15.000:1, es decir, 15.000 menos volumen de moléculas que espacio en el recipiente. Que sean un poco más grandes, no afecta.
TERCERA AFIRMACIÓN: El nitrógeno es un gas inerte, que no estropea ni la llanta ni el neumático
Inerte significa que en contacto con otras, no produzca reacciones químicas. En la escala de Pauling de electronegatividad (capacidad relativa de un átomo para atraer electrones de otro átomo para enlazarse químicamente y formar un compuesto), el nitrógeno es el cuarto elemento más reactivo (flúor, oxígeno, cloro y nitrógeno). De hecho es oxidante, por lo que tampoco reduce la oxidación de la goma ni de la llanta. Y ojo porque la goma tiene dos caras (y la llanta), y esas están en contacto con el aire así que se oxidarían por el otro lado. Cuesta lo mismo poner una capa antioxidante fuera como cuesta hacerlo en el interior de la llanta.
CUARTA AFIRMACIÓN: El nitrógeno se calienta menos, por lo que la presión permanece más constante
Para empezar, un gas a baja presión (como la presión de las ruedas) tiene un comportamiento ideal, es decir, no importa la composición del gas desde el punto de vista termodinámico (o es despreciable). Y es despreciable en física,
A 25 ºC, la capacidad calorífica del nitrógeno es 29,124 J mol−1 K−1, o lo que es lo mismo, para elevar un grado la temperatura de un mol de nitrógeno se necesitan 30 julios de energía. La capacidad calorífica del oxígeno es de 29.378 J mol−1 K−1. Hay una diferencia del 0,8% y encima a favor del oxígeno, es decir, el oxígeno necesita más energía para calentarse.
QUINTA AFIRMACIÓN: en competición se usa nitrógeno.
Aquí hay que diferenciar entre competiciones normales y la Fórmula 1. En la F1 sí se usa nitrógeno (luego digo el motivo). En el resto de competiciones se usa aire seco, porque la humedad del aire se comporta mal cuando sube la temperatura, y varía la presión con lo que es difícil calcular cuánto variará cuando las gomas calienten. Si eliminamos la humedad, el cálculo es más fácil y preciso.
Bueno, pero entonces para un coche en la calle es cojonudo, si no se puede poner aire seco poner nitrógeno, no?? Pues hombre, las temperaturas que alcanzan las gomas son mucho menores y por otro lado…
Un neumático a 2,5 bar contiene 1,5 veces más aire que a presión atmosférica (1 bar). Esto es, a grandes rasgos, 60 % de nitrógeno seco y un 40 % de aire húmedo.
El aire a 20ºC y un 75% de humedad contiene 13 g de agua por metro cúbico, con un punto de rocío de 15ºC. Es decir, que solo se formaría agua por debajo de esos 15ºC. Si tenemos en cuenta la presión y el volumen del aire en el neumático (40% a 2,5 bar), entonces son 5g/m3 y un punto de rocío de 0ºC, por debajo del cual habría moléculas de agua.
Y cuánto es eso? Pues si tomamos que una rueda tiene como unos 11 litros de aire, esos 13 g/m3 de agua son 0,143 g o lo que es lo mismo, 0,143 mililítros. 20 gotas de agua son 1 mililitro así que son 2,86 gotas de agua dentro del neumático. En serio alguien se cree que aporta algún tipo de beneficio en un uso en carretera?
Ahora en la F1, que hay que mirar lo que dice el reglamento:
- Los neumáticos solo se pueden inflar con aire o nitrógeno
- Está prohibido cualquier proceso cuyo propósito sea reducir la cantidad de humedad en el neumático y/o en su gas de inflado
Hemos dicho que en competición se usa aire seco, pero en la F1 no te permiten usar aparatos que quiten la humedad del neumático o el gas, por lo que solo te queda la opción de usar nitrógeno. Además, la estabilidad del nitrógeno permite que en una competición internacional, te de igual corren en medio de Indonesia con 95% de humedad o en el desierto con un 10%. No hay variaciones y puedes tener tablas de temperatura, presión y temperatura del asfalto para saber qué presiones debes poner sin tener en cuenta la variación por la humedad (que como dije jode los cálculos porque no es un gas). A la hora de trasladar equipo, es más fácil ir con botellas de nitrógeno a presión (o que te las suministren insitu) que caras y costosas máquinas que extraen la humedad del aire, purgas, bombas de vacío, etc. Y el nitrógeno es barato, aunque en la F1 el coste de otro gas algo más caro sería despreciable.
Estoy abierto a aclarar cualquier otra duda que os haya quedado. Ah, puedo haber patinado con algún cálculo y no ser exacto, pero sí muy aproximado.
Morrillu: ya dije que está la cosa jodida que el nitrógeno gane…
Edito: el hilo sigue con algunas intervenciones mías repetidas porque estaban en otro tema y se ha traído aquí. Están todas resumidas en este post.
