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Titolo: Dedicato a Crononauta : L'AZOTO nei pneumatici

Dato che è dai tempi gloriosi di IDA di 6/7 anni fa che non sentivo più 
parlare di azoto nelle gomme e ricordandomi le numerose discussioni fatte 
sul NG con le grandiose affermazioni , peraltro ben argomentate, di 
Crononauta, mi sono preso la briga di aggiornare la popolazione idana sul 
tema : meglio l'Azoto o l'aria del compressore nei pneumatici ?
A voi la conclusione .....
Spesso ci si sente proporre dal gommista il "gonfiaggio con azoto".
I vantaggi che ci promette sono: maggior stabilità della pressione al 
variare della temperatura, minor perdita di pressione nel tempo, quindi piú 
affidabilità e ridotta manutenzione. Inoltre - sostengono - si riducono le 
possibilità di esplosione perché si riduce la corrosione interna del 
pneumatico dovuta all'aggressività dell'ossigeno.
Vediamo cosa c'è di vero.
L'azoto: che cos'è
In chimica, "azoto" identifica l'elemento, simbolo N, numero atomico 7, peso 
atomico 14.01, raggio atomico 0.74 Å.
L'azoto cui ci si riferisce comunemente, invece, è la molecola di gas azoto, 
di formula chimica N2 , e da qui in avanti con il termine azoto mi riferirò 
sempre all'azoto come gas biatomico.
I gas inerti
I gas inerti sono i cosiddetti gas nobili (proprio perché non reagiscono in 
alcun modo con altri elementi), quali Azoto (N), Elio (He), Neon (Ne), Argo 
(Ar), Kripto (Kr), Xeno (Xe) e Radon (Rn). Gli ultimi due in realtà non sono 
esattamente inerti, lo Xeno si può far reagire con il Fluoro, e il Radon è 
radioattivo.
Proprietà chimico-fisiche
L'azoto è un gas incolore, inodore e insapore; è pochissimo solubile in 
acqua, con la quale non reagisce. È una molecola biatomica, con un triplo 
legame fra i due atomi, questo le garantisce una fortissima stabilità, 
tant'è che per questo è detto gas inerte.
Il gonfiaggio dei pneumatici, secondo quanto dichiarano, non avviene con 
azoto puro, bensí con una "miscela di gas inerti", è quindi verosimile 
pensare che siano presenti anche percentuali dei gas sopraccitati. Cosa ci 
sia effettivamente dentro, bisognerebbe chiederlo ai distributori delle 
bombole, anche se, come vedremo, non cambia nulla.
L'aria comune
Quando gonfiamo le gomme con l'aria di compressore, quindi con quella 
atmosferica, pompiamo nel pneumatico una miscela di gas piú o meno cosí 
composta:
·   78% azoto
·   20% ossigeno
·   1% anidride carbonica
·   1% altri gas (fra i quali gas nobili, altri gas, vapori vari in 
particolare d'acqua)
Essenzialmente la differenza fra "miscela di gas inerti" e aria comune può 
essere riassunta nella presenza in quest'ultima di ossigeno e vapor d'acqua. 
Vedremo che differenza fanno.
Gonfiaggio
L'azoto sfugge meno dell'ossigeno?
Una delle prime considerazioni che si sentono fare è che "con l'azoto la 
pressione resta costante piú a lungo perché l'azoto sfugge meno 
dell'ossigeno attraverso la gomma".
Questa è ovviamente una sciocchezza, per una serie di motivi. Innanzitutto, 
la dimensione di una molecola di gas (quale esso sia) è relativamente 
grande, e non può certo sfuggire attraverso la struttura del reticolo delle 
fibre della gomma. È una questione strettamente meccanica: immaginatevi una 
rete (tipo quelle da pesca) che vogliamo riempire con palline (che sarebbero 
le nostre molecole di gas). Abbiamo palline da tennis e da ping pong : 
quelle da ping pong sono piú piccole delle maglie e passano: non potrete mai 
contenere le palline da ping pong in una rete come quella, non è che se ne 
perda "una ogni tanto": come le butto nella rete, cadono immediatamente 
fuori. In questo caso, sarebbe impossibile lo stesso gonfiaggio della gomma, 
dato che i "pori" sarebbero talmente tanti da interessare l'intera 
superficie del pneumatico: sarebbe come voler gonfiare un pneumatico fatto 
di tessuto di cotone!
Le palline da tennis, invece, non passano attraverso le maglie, quindi le 
potrete contenere senza problemi. E di nuovo, non è che "se ne perda 
qualcuna ogni tanto". O passa, oppure non passa.
Ovviamente, se una maglia si rompe, da lí può uscire una pallina da tennis 
alla volta, e piano piano le perderò tutte. Questo è quello che capita in 
caso di foratura, che provoca una perdita progressiva del gas. Ma ciò è 
dovuto al fatto che il "buco" è limitato a una piccolissima porzione della 
superficie totale.
Le perdite che ci sono avvengono unicamente per sfiati meccanici, ovvero 
imperfetta tenuta della valvola, o imprecisa tenuta del cerchio, magari 
dovuta anche a uno stile di guida un po' allegro con "marciapiedate" senza 
ritegno.
Al proposito, penso sia doveroso far presente che insieme al gonfiaggio con 
azoto, vengono usualmente sostituite le valvole dei pneumatici con altre 
"speciali" con guarnizione metallica. Manca la controprova (che nessuno 
credo abbia ancora fatto) di montare quelle stesse valvole e poi gonfiare la 
gomma con aria comune, ma esiste il serio sospetto che tutte le "miracolose" 
diminuzioni delle perdite di pressione piú che all'azoto vadano imputate a 
quelle valvole di qualità decisamente superiore.
Si sente anche dire che l'ossigeno sfugge attraverso il reticolo della 
gomma, mentre l'azoto no: gonfiando con aria comune, io perdo quel 20% di 
ossigeno che è cosí responsabile del progressivo calo di pressione. Anche 
quest'affermazione è ridicola: se fosse vero, nel momento stesso in cui 
gonfio la gomma, la pressione "sparerebbe" l'ossigeno fuori dal pneumatico, 
la cui superficie farebbe né piú né meno l'effetto di un filtro: e dentro mi 
troverei in brevissimo tempo solo azoto e gli altri gas che non sfuggono. Ma 
soprattutto è ridicola perché la molecola dei due gas è grande praticamente 
uguale! Infatti, il raggio molecolare dell'azoto è di 1.8 Å, mentre quella 
dell'ossigeno è 1.7 Å; l'elio è relativamente molto piú piccolo (1.4 Å), 
ciononostante era utilizzato (non so se avviene ancora adesso) nel 
gonfiaggio dei pneumatici delle biciclette da pista, il tutto senza problemi 
di tenuta nonostante gonfiaggi 12 atm. E se da una camera d'aria non sfugge 
l'elio a 12 atm, a maggior ragione non sfuggono azoto e ossigeno a meno di 
3!
L'ossigeno aggredisce il pneumatico?
Altre teorie sostengono che l'azoto allunghi la vita delle gomme, perché 
l'ossigeno che c'è nell'aria aggredisce la parte interna del pneumatico. E 
che l'ossigeno che ossida la gomma (combinandosi quindi con essa) è il 
responsabile del calo di pressione che si ha col tempo, poiché la molecola 
di ossigeno che si combina formando un ossido solido, fa venir meno il suo 
contributo alla pressione totale, che forzatamente diminuisce. Questo 
discorso poteva essere vero diverse decine di anni fa, quando le gomme erano 
di derivazione naturale (e non sintetica), in particolare le camere d'aria 
che equipaggiavano la totalità dei pneumatici (il tubeless era ancora 
lontano dal diffondersi). Tant'è che su "Chimica" di Quagliano-Vallarino 
(Piccin Editore, 1973) alla pag. 647 troviamo scritto testualmente:
"La vita dei pneumatici delle automobili può essere notevolmente allungata 
gonfiandoli con azoto invece che con aria: in questo modo si previene la 
corrosione ossidativa delle pareti interne di gomma da parte dell'ossigeno 
dell'aria, alle alte pressioni e temperature che normalmente si sviluppano 
nei pneumatici sotto sforzo".
Venendo un po' di piú ai giorni nostri, però, le cose cambiano. La gomma 
sintetica è decisamente piú stabile e non presenta questi problemi. Cfr. 
"Chimica Organica", di P. Vollhardt, ed. Zanichelli, 1990, pag. 600: "La 
gomma sintetica: . il 2-cloro-1,3-butadiene può essere polimerizzato in un 
polimero elastico, resistente al calore e all'ossigeno, detto neoprene.". La 
gomma sintetica odierna non risente dell'aggressione ossidativa 
dell'ossigeno, e tutti i problemi di cui sopra sono superati.
Altri sostengono che gonfiando le gomme col compressore, si pompino 
all'intero dei vapori d'olio di lubrificazione del compressore, e che siano 
questi ad aggredire la gomma. Senza dilungarci in complesse analisi di 
chimica organica, basta limitarsi a notare che non risulta tuttora che ci 
sia alcuno che abbia mai dovuto cambiare una gomma perché si era "consumata" 
all'interno...
Con l'azoto la pressione si mantiene piú a lungo, e conseguentemente non ho 
piú bisogno di controllarla di frequente?
Come detto, l'azoto sfugge esattamente come l'ossigeno, non esiste quindi 
alcun motivo sensato per cui l'azoto debba garantire cali di pressione 
minori nel tempo rispetto all'aria comune (che - per inciso - è formata al 
78% da azoto!).
Ma in ogni modo, se anche fosse vero, non controllare le gomme a lungo 
sarebbe ugualmente un pessimo consiglio. Dalla legge isocora dei gas, 
otteniamo la seguente relazione:
P1 / T1 = P2 / T2
dove P1 e T1 sono rispettivamente pressione (in atm) e temperatura (in °K) 
iniziali, e P2 e T2 quelle finali. Supponiamo di gonfiare le nostre gomme 
d'estate, con 35°C (cioè 308°K), a 2.50 atm. Supponendo che non vi sia la 
benché minima perdita, quando andrò a misurare la pressione, d'inverno, con 
0°C (= 273°K) troverò le mie gomme a:
2.5 / 308 = P2 / 273
che risolta mi fornisce una pressione di 2.25 atm.
Quindi dire che "con l'azoto si può evitare di controllare la pressione 
perché questa resta stabile" è concettualmente un cattivo consiglio, dato 
che solo per la variazione di temperatura, il gas (quale esso sia, non 
importa) comporta una riduzione di 0.25 bar a freddo. Variazione non 
trascurabile sul comportamento di una gomma. Pertanto, è buona abitudine 
controllare comunque regolarmente la pressione dei pneumatici, e in ogni 
modo ogniqualvolta la temperatura atmosferica ha dei cambiamenti importanti.
Con l'azoto si ha una maggiore stabilità della pressione durante il 
funzionamento?
Uno degli argomenti cardine che propongono i sostenitori dell'azoto è quello 
secondo il quale il gonfiaggio con azoto garantirebbe una minore variazione 
della pressione dovuta al riscaldamento della gomma durante la marcia. 
Alcuni sostengono addirittura che con l'azoto la gomma si scaldi meno. 
Questa seconda affermazione è ovviamente stupida, il riscaldamento della 
gomma deriva essenzialmente dall'attrito generato con l'asfalto (e in minima 
parte dall'irraggiamento dei freni portati ad alta temperatura), condizioni 
che ovviamente sono indipendenti dal tipo di gas che gonfia il pneumatico.
Quanto al fatto che la variazione di pressione sia minore, è un'affermazione 
imprecisa, richiede i debiti distinguo. Fondamentalmente, se si vuole 
trovare un "merito" alle miscele di gas inerti, non è per il comportamento 
fisico che può avere l'azoto o qualche altro gas (che, come vedremo, si 
comportano piú o meno tutti uguali), bensí semmai al fatto che sono gas 
anidri (cioè non contengono vapor d'acqua). Questo fatto è di grande 
interesse in gomme destinate alle competizioni, che raggiungono temperature 
parecchio elevate. È invece trascurabili nelle gomme da strada, la cui 
temperatura resta a valori molto piú bassi.
Ma procediamo con ordine. Partiamo dall'equazione di stato dei gas ideali, 
che è:
P . V = n . R . T
dove:
P   pressione in atm
V   volume in litri
N   numero moli
R   costante (0.082 litri per atm/grado)
T   temperatura in gradi Kelvin.
I gas reali, invece, deviano leggermente da questa equazione, che comunque è 
un'ottima approssimazione per la maggior parte delle esigenze, e presenta il 
vantaggio di una notevole semplicità di calcolo. Volendo calcolare con 
esattezza il comportamento dei gas reali, bisogna ricorrere all'equazione 
corretta secondo Van der Waals, che è:
(P + a . n² / V²) . (V - b) = n . R . T
dove P, n, R e T sono gli stessi di prima, e "a" e "b" sono detti appunto 
coefficienti correttivi di Van der Waals. Questi coefficienti variano da gas 
a gas. Sennonché quello che scopriamo è che tali valori sono:
      per l'azoto:
     a = 1.35 atm * ( l / mole )²
     b = 0.0383 l / mole;
      per l'ossigeno:
     a = 1.32 atm * ( l / mole )²
     b = 0.0322 l / mole;
Come si vede, le differenze dei valori per azoto e ossigeno sono 
trascurabili, e possiamo a buon diritto affermare che le loro variazioni di 
pressione, all'aumentare della temperatura, sono identiche. Tra tutti e due, 
poi, formano il 98% dell'aria che respiriamo: avere solo azoto,  oppure 
azoto e ossigeno, non cambia alcunché. Se cambiamenti ci sono, non sono 
dovuti evidentemente al diverso comportamento di questi due gas, o dalla 
presenza o meno di uno dei due nella miscela gassosa.
L'azoto ha un comportamento piú lineare perché è privo di umidità
Questa è l'unica affermazione sensata che si può fare sull'azoto. Ed è per 
questo che l'azoto trova applicazione nelle competizioni piú estreme, 
laddove il mezzo decimo di bar può far cambiare l'auto da instabile a 
perfetta. Ma non perché l'azoto faccia variare di meno la pressione, 
scaldandosi; ma piuttosto perché senza umidità, gli aumenti di pressione 
dovuti alla temperatura sono piú prevedibili.
Nell'uso quotidiano, ad ogni modo, è un fenomeno assolutamente irrilevante, 
e questo per un motivo unicamente di temperatura. Non dobbiamo dimenticare, 
infatti, che le gomme da competizione raggiungo e superano temperature 
dell'ordine di 130°C; ovviamente sono valori impensabili nelle gomme delle 
nostre auto!
L'umidità atmosferica è acqua allo stato liquido in sospensione. È un 
fenomeno che tutti conosciamo, perché quando ce n'è molta, si manifesta 
sotto forma di nebbia. Gonfiando le gomme con aria comune, ovviamente pompo 
dentro 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.
L'umidità relativa dell'aria indica il rapporto fra la pressione parziale 
del vapor 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 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° 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 F1 è indispensabile togliere l'umidità, per sapere 
a che pressione avremmo le gomme a caldo, mentre sulle nostre auto cambia 
poco o nulla: 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!). Cioè, di quelle 2 atm, 
praticamente nulla è 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 (chiamiamolo "azoto", se volete) 
avranno una pressione di 2.23 atm, secondo la già vista regola isocora dei 
gas (P1/V1=P2/V2). Quelle gonfiate con aria al 75% di umidità relativa, 
saranno invece a 2.23+0.2×0.75=2.38 atm, e non credo che cambi la vita di 
un'automobilista avere 2.38atm piuttosto che 2.23 a caldo. Se poi l'aria 
atmosferica avesse avuto il 40% di umidità relativa, a 60°C sarebbero a 2.3 
atm, e restano tutte differenze pressoché irrisorie. In queste condizioni, 
capiamo come avere 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, mentre quelle con l'aria al 40% sono a 2.56 atm. La 
differenza diventa tangibile.
A 130°C (valori esclusivamente toccati da gomme da competizione) le cose 
cambiano radicalmente. Con aria anidra (azoto, se volete) arrivano a 2.70 
atm, con aria al 40% di umidità sarebbero a 3.5 atm, ma 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, a maggior ragione su auto che passano da pole 
position a metà schieramento per molto meno! Cosí si vede che senza 
conoscere l'esatta umidità dell'aria con la quale ho gonfiato le gomme, non 
ho modo di sapere la pressione che raggiungeranno durante l'utilizzo. 
Eliminare il vapor d'acqua, elimina un grossissimo fattore 
d'imprevedibilità.
Ma allora, l'azoto ha un senso oppure no?
In definitiva si può affermare con cognizione di causa che, sulla vostra 
auto con la quale andate in ufficio ogni giorno o con la quale anche vi 
lanciate sui curvoni autostradali a ruote fischianti, l'azoto è un puro 
capriccio non motivato da alcun fondamento tecnico.
Le variazioni di comportamento rispetto all'aria comune e alle temperature 
raggiunte dalle gomme da strada, sono talmente insignificanti da non 
compensare le scomodità cui l'azoto ci costringe, ovvero dovere 
necessariamente rivolgerci al gommista  per controllare la pressione ed 
eventualmente ripristinarla, piuttosto che poterlo fare presso qualunque 
benzinaio.
Tanto piú che la gomma non viene mai portata sottovuoto, quando viene poi 
gonfiata con l'azoto. Una pressione di 2.5 atmosfere effettive significa 3.5 
atmosfere assolute, di queste 3.5, la pressione atmosferica è comunque 
ineliminabile. Quando vado a sgonfiare completamente il pneumatico per 
gonfiarlo con azoto, in realtà la gomma contiene ancora 1 atmosfera assoluta 
di aria comune, che in nessun modo si elimina.
Rigonfiando con azoto, ottengo in realtà una miscela formata per circa il 
30% da aria comune, e per il 70% da azoto. Pertanto, tutti i problemi creati 
dall'umidità dell'aria, ce li trasciniamo dietro anche gonfiando le gomme 
con l'azoto, sia pure in misura ridotta. Per ottenere un risultato efficace, 
dovrei sgonfiare e rigonfiare con azoto almeno una decina di volte. Poiché 
nessun gommista fa una cosa del genere, il gonfiaggio con azoto si riduce ad 
essere una pura manovra commerciale, senza alcun beneficio effettivo sulla 
guida di tutti i giorni.
L'azoto diventa al contrario indispensabile nelle gomme da competizione, che 
raggiungono alte temperature, per eliminare il parametro di incertezza 
rappresentato dall'umidità atmosferica (variabile di giorno in giorno) che 
renderebbe imprevedibile la pressione raggiunta a caldo.
-- 
Diego (44-166/4x4-MI)

 in sospensione.
Non è neanche tanto vero.
Infatti l'aria viene normalmente compressa ad 8 bar nel serbatoio del 
compressore, e da qui soffiata negli pneumatici a circa 2 bar.
Questo doppio passaggio, per sua natura, comporta una separazione dell'aria 
dall'umidità (che condensa e si deposita sul fondo del serbatoio del 
compressore).
Per cui se c'è differenza tra l'umidità contenuta nell'aria comune e quella 
contenuta nella bombola di azoto, questa è trascurabile, ed eventualmente 
dovuta solo al fatto che il riempimento dei bomboloni di azoto viene fatto 
industrialmente e quindi trasferendo il gas da serbatoi di compressori che 
lavorano a pressione più elevata, o al massimo eseguendo due stadi di 
compressione/espansione.
Diciamocelo... il bello dell'azoto è IL TAPPINO ROSSO. :-)))
-- 
Cinghiale