sciencetalk

Al jaren heb ik als stokpaardje bandendruk berekenen, maar ook aanverwante onderdelen bestudeerd.

Nu net een temperatuur /bandendruk calculator gemaakt, die ik in de natuurkunde afdeling wel zal presenteren.
Daarin ook de temperatuur voor veranderde druk,en druk voor veranderde temperatuur, voor droge gas-samenstelling in de band, en daar ben ik denk ik de eerste in, voor nat, dus als er voldoende water in de band zit.

Nu wordt er vooral in reclame voor Stikstof-vulling, beweert dat water de velg doet roesten of oxideren, en dat de ijzeren koorden in de band aangetast kunnen worden door het water in de band.

Dat van de velg valt wel mee, je ziet aan de binnenkant van de gaskamer eigenlijk nooit roest, als de band van de velg is.
Maar volgens mij zal het water-molekuul wat door het rubber van de band diffuseert, en zo'n ijzerkoord tegenkomt, niet het zuurstof atoom afstaan aan het ijzer, ijzer staat hoger in de verdringingsreeks dan waterstof.

Daarom wil ik meer weten over de voorwaarden waaronder water ijzer doet roesten, of andere metalen doet oxideren.

Het water in de band gekomen met de luchtvochtigheid, is perfect schoon, en mogelijk pH neutraal. Gassen zouden in het vloeibare water op kunnen lossen, waardoor mogelijk wel ijzer zou kunnen roesten.
Ook kan er een beetje water bij monteren van de band in kunnen komen door het glijmiddel wat gebruikt wordt om de bandhiel soepel op de velgrand te laten glijden.

Je moet maximaal denken aan 5ml water, als gas en vloeistof samen, wat er in een band kan komen.

Hoewel ik geen banden expert ben kom ik toch wel ergens met logica en vooral wat natuurkunde.
Ik lees hier een vraag m.b.t. vocht vanuit vullucht in de autoband.

Dichtheid lucht bij 0^oC = 1,293 kg/^oC bij 1,013 bar
Dichtheid lucht bij 20^oC = 1,204 kg/^oC bij 1,013bar

Allereerst beging ik dat 5ml in mijn ogen wel erg veel water zal zijn, iets wat ik hieronder zal uitleggen.

Het vullen van een band met droog stikstof ga ik gemakshalve er van uit dat er door de water filters bij de leverancier er <1vpm (cm³/m³) aan water in het gasmengsel zit. zoals in dit voorbeeld specificatie van food grade stikstof .

Voor gecompresseerde buitenlucht geldt dat het vocht gehalte van de voeding lucht afhankelijk is van het weer. Om het even eenvoudig te maken ga ik uit van 2 scenario's. Voor mollierdiagram zie link

Winter condities 5^oC met 4g vocht per kg lucht (lees max vocht gehalte van 4g/1,293m³ lucht)
zomer condities 30^oC met 15g vocht per kg lucht (lees max vocht gehalte van 15g/1,204m³ lucht)

Bij een compressie van atmosferisch naar 10 bar betekend dat er maximaal 1/10 van het maximale vochtgehalte in de lucht kan zitten bij de temperatuur. Dus in de winter bij 5^oC kan ik niet meer dan 6,5g/1.293m³ lucht hebben, dus betekend dat in het gecomprimeerde lucht op 10 bar slechts 0,65g/1.293m³ zit. In de zomer kan er iets meer vocht in de lucht zitten met max 20g/1.204m³, dus wordt dat 2g/1.204m³ bij 10 bar.

Het rest van het vocht wordt in de compressor tot condens gecondenseerd en via een drain afgevoerd. Gemakshalve maak ik de aanname (worst case) dat er verder geen vochtafscheider in de compressor zit.

Dan even de aanname dat een autoband post 10 een 5 liter luchtkamer bevat bij 1bara, en wij de band lekker hard oppompen naar 3 barg (dus 4 bara). Dat wilt zeggen dat wij voor de vulling 20liter lucht nodig hebben.

Dus met ons winter lucht, van 0,65g/1.293m³, ofwel 0.65g/1293liter hebben wij met onze 20 liter welgeteld 0.010g vocht in onze band zitten.

Met zomerlucht vulling hebben we iets meer, namelijk 0.033g vocht in de band.

Mocht je perfect afsluitende banden hebben en deze in Augustus gevuld, zal er in december een condensatie ontstaan van welgeteld 0.023gram. ofwel 0.023ml aan gecondenseerd water. En dat water zal tijdens het rijden waarbij de band en daarmee de lucht er in lekker opgewarmd zal deze ook weer verdampen en/of door de centrifugaal krachten van het staal tegen het rubber geslagen worden.

De stikstof is met zijn 0,001g/m³ vocht droger dan de gecomprimeerde lucht, maar de 5ml condens is een factor 250 te hoog in worst case.

In mijn ogen is het oppompen met stikstof van banden een leuke reclame stunt maar ik zie de meerwaarde er niet van in.

Dat verhaal wou ik voor de presentatie van mijn calculator in de natuurkunde afdeling doen. Want valt denk ik onder natuurkunde, hoewel natuurkunde en scheikunde veel overlappingen hebben.

Maar toch hier een simpeler beknopte uitleg.
Ik ga er bij de natte berekeningen vanuit, dat, in een gesloten vat, wat een gemonteerde band op velg is, de luchtvochtigheid altijd naar 100% zal gaan, indien voldoende water aanwezig.
100% luchtvochtigheid betekent dat de partiële waterdruk (als gas) het douwpunt is die bij de temperatuur hoort.
Daar heb ik ooit op natuurkunde forum een tabel voor kunnen downloaden, die ik gebruik in het spreadsheet.

Bekende is kookpunt van water, 100 grC, 1,013bar
Stel 9,0bar overdruk (barg) in de band dan 10,013 bar absolute druk (bara), trek ik partiële waterdruk voor 100C vanaf en reken met de 9bar van de rest van de gassen in de band, bijvoorbeeld naar 20 grC, lineair de nieuwe druk uit, uitgaande van geen vollume verandering, zoals dat in andere calculatoren ook gedaan wordt, en tel daarna de partiëlewaterdruk behorend bij 20 grC ( 0,02338 bar) er weer bij op, en trek de buitenluchtdruk er weer vanaf om de overdruk te geven zoals je die met de drukmeter afleest.

Of dat juist is, zal ik in de natuurkunde afdeling vragen.

Ik heb ook hier al een topic gevonden over roesten van ijzer. Daarin speelt de OH¯ een rol.
Voor de velg niet belangrijk, want die roest in praktijk niet, omdat die goed beschermd is door lak of wat dan ook.
Maar dan is de vraag, diffuseert het water als H2O molekuul door het rubber, of (ook) de OH¯ en H+ ( nog kleinere hoeveelheden)
Want komt een OH¯ molekuul (??) ijzer tegen in de difussie-tocht door het rubber, dan zou die wel in het proces van roesten, samen met zuurstof, kunnen meewerken.

Wil ik ook graag, maar dat valt denk ik ook onder natuurkunde, de diffussiesnelheidsverhoudingen van water, OH¯ en H+, willen weten tov Stikstof.
Deze gassen heb ik al eens vernomen:
Stikstof N2/ 1x
Argon AR / 2x
Zuurstof O2/ 3x
Als je er nog meer weet graag die ook, bijvoorbeeld CO2.

Sorry, ik krijg de cijfertjes op mobiel niet als superscript.

Nog een vraagje. Als water als gas in de band zit, geldt dan ook het zuurgraad verhaal? Dus ook OH¯ en H+ in het gas aanwezig?

jadatis schreef: ↑wo 26 apr 2023, 10:22 Daar heb ik ooit op natuurkunde forum een tabel voor kunnen downloaden, die ik gebruik in het spreadsheet.

Daarvoor vind je hier een heel goede benaderingsformule.

jadatis schreef: ↑wo 26 apr 2023, 10:22 Bekende is kookpunt van water, 100 grC, 1,013bar
Stel 9,0bar overdruk (barg) in de band dan 10,013 bar absolute druk (bara), trek ik partiële waterdruk voor 100C vanaf en reken met de 9bar van de rest van de gassen in de band, bijvoorbeeld naar 20 grC, lineair de nieuwe druk uit, uitgaande van geen vollume verandering, zoals dat in andere calculatoren ook gedaan wordt, en tel daarna de partiëlewaterdruk behorend bij 20 grC ( 0,02338 bar) er weer bij op, en trek de buitenluchtdruk er weer vanaf om de overdruk te geven zoals je die met de drukmeter afleest.

Dat is correct.

Ik heb het spreadsheet aangevuld met een deel 5.
Daarin opgeven band gemonteerd (lege band ook al 1 bar lucht in) en gevuld tot opgegeven druk, in een omgeving met gegeven temperatuur en luchtvochtigheid, en optioneel buitenluchtdruk. Dus max 4 velden invullen.
Dan geeft het de temperatuur in de band, waarbij al het water gas is. Daarboven is gas gewoon een van de gassen in de gas-samenstelling in de band, en dient verder de droge berekening gevolgd te worden.
Dan in 2 delen.

Natuurlijk nog steeds globaal, want reken de druk niet terug naar 0 gr C waarbij 1 mol 22,4 liter ruimte inneemt bij 1 bar ( of moet ik dan 1.013 bar gebruiken)
Maar in de keuken reken ik dan ook de ml water per mol bandinhoud uit, en zag dat ik mij dus, zoals al geschreven hier, flink verrekend had, een factor 10.

Stel 10 bar gevuld bij 35 gr.C en 100% luchtvochigheid.
Een niet te grote band met 1 mol bandinhoud.
Dan 0.61 ml water in de band. En dat is al een overdreven situatie, vrachtwagentje met kleine bandjes, gemonteerd en gevuld in een bandenzaakje midden in het regenwoud( hoe komt ie daar).

jadatis schreef: ↑di 09 mei 2023, 09:47 Natuurlijk nog steeds globaal, want reken de druk niet terug naar 0 gr C waarbij 1 mol 22,4 liter ruimte inneemt bij 1 bar ( of moet ik dan 1.013 bar gebruiken)

1 atmosfeer, dus 1,013 bar.

jadatis schreef: ↑di 09 mei 2023, 09:47 Stel 10 bar gevuld bij 35 gr.C en 100% luchtvochigheid.
Een niet te grote band met 1 mol bandinhoud.
Dan 0.61 ml water in de band. En dat is al een overdreven situatie, vrachtwagentje met kleine bandjes, gemonteerd en gevuld in een bandenzaakje midden in het regenwoud( hoe komt ie daar).

Bij 35 °C (308,15 K) is de verzadigingsdruk van water 0.05623 bar
Totale druk is 10 bar, er zit 1 mol in. Dan heb je 0,005623 mol waterdamp. Dus heb je 0,1012 gram aan waterdamp in de band.

Bij 10bar vullen dus absolute druk 11 bar, dan 0,056 x 11 is ongeveer 0,62 mol water per mol bandinhoud.
1 mol weegt 18 gram x0, 62 is 11 gram dus 11 ml.
Zie dat ik nog eens dat deel moet nakijken, want onze beide berekeningen komen toch weer anders uit.

Ik nam aan dat je 10 bar absoluut bedoelde. Maar met 11 bar (of 10 + 1.013 bar) kom je inderdaad iets hoger uit.
Zolang het damp is zou ik het niet over het volume in gecondenseerde toestand hebben (of dat expliciet erbij zeggen).

Je hebt niet 11 mol maar 1 mol (jouw uitgangspunt). De molfractie is 0,05623 bar/11 bar

Nog even muggenziften: een gram is een hoeveelheid massa m, dat weegt m.g newton.

Heb je er ook rekening mee gehouden dat die band misschien ook leeg loopt? En niet altijd bij dezelfde temperatuur als waarbij die gevuld is. Er kan dus wat water gecondenseerd zijn en achterblijven terwijl de drogere lucht uit de band loopt. Als je dan de band weer oppompt heb je niet alleen de waterdamp in de lucht die al in de band zit en de lucht die je er in pompt maar ook het water dat al in de band zit.

Dat is niet eens zo'n onwaarschijnlijk scenario. De band zal 's nachts als het koeler is misschien net zo snel leeglopen als overdag. Oppompen gebeurt meestal overdag. De mogelijkheid is dus niet denkbeeldig dat je er lucht met veel waterdamp inpompt terwijl er lucht met weinig waterdamp uitstroomt.

Het douwpunt is niet afhankelijk van de luchtdruk. Als je uitgaat van een luchtvochtigheid van 100 % in de buitenlucht en je gaat die lucht samenpersen in de band dan zal daar onvermijdelijk een deel van condenseren. Dat zal bijdragen aan de vochtophoping in de band.
Hoeveel vocht in de band terecht komt zal afhangen van je vulinstallatie. Als je de band vult vanuit een vat waar de lucht onder veel hogere druk in is opgeslagen zal die lucht droger zijn dan de buitenlucht als ie de band in gaat. Zelfs zo droog dat een deel van het condenswater weer gasvormig zal worden. Gebruik je een compressor die direct buitenlucht onder druk brengt en in de band pompt dan zal er waarschijnlijk meer condenswater in de band terecht komen.

Ik kom toch op 11 gram uit, en rekende dat weer terug naar mol 0,71 mol, fout dus.
Maar 1 ml water weegt 1 gram, dus ik kan er toch niet anders dan 11 ml van maken.

Maar 3 bar gevuld bij 20 grC en 70% luchtvochtigheid, komt dan op 1,1668 gram water, en dat is een reëlere situatie.

Deel 5 was meer een bonus, want in praktijk meerdere keren bijvullen en je weet niet onder welke omstandigheden.

Maar voor het begrip is het wel interesant om hier wat meer op door te denken.

Als het kouder is 's nachts dan partiële waterdruk in de band ook laag, 100 % luchtvochtigheid in de band, daarbuiten misschien 60%. Dus dan diffuseert er per saldo water uit de band,
Of vloeibaar water ( die 1 ml) ook uit de band diffuseer, denk ik niet.

Ik heb contact met een Amerkaan, die handelt in offriding artikelen, en zelfs boeken daar over geschreven heeft.
Bij ofroading lage drukken, hij gaf 15 psi gevuld bij 40 degrF op en gaf bij 140 degrF, gemeten met IR gun op dunste stuk bandwang.
Dan 8 tot 10 psi stijging van de druk.
Dit kwam vrijwel overeen met mijn 100% luchtvochtigheid in de band berekening.
Dat zou betekenen, dat door meerdere malen vullen en weer leeg latten lopen, wst in de offroading gebeurt, er echt wel genoeg water in de band kan komen, om bij 140 grF is pakweg 60 grC, de 100% luchtvochtigheid te kunnen halen.

Ook had ik het idee, dat als je warme banden van de rit naar offroading, leeg laat lopen naar die 15 psi, dat je dan stoom uit het ventiel ziet komen.
Partiële waterdruk hoog bij 140 grF in de band, gaat naar de buitenlucht die kouder is, en dus minder water als gas kan bevatten. Dus dan hetzelfde effect als bij een waterketel met kokend water, het waterdamp condenseert iets boven de fluit, en dat zie je als stoom.

jadatis schreef: ↑di 09 mei 2023, 12:30 Maar 1 ml water weegt 1 gram, dus ik kan er toch niet anders dan 11 ml van maken.

Als je het terugrekent naar water, dan klopt dat natuurlijk. Maar in dampvorm heeft het een ander volume.

jadatis schreef: ↑di 09 mei 2023, 12:30 Maar 3 bar gevuld bij 20 grC en 70% luchtvochtigheid, komt dan op 1,1668 gram water, en dat is een reëlere situatie.

Bij 20 °C is de verzadigingsdruk van water 2337 Pa. 70% daarvan is 1636 Pa.
1,1668 gram water(damp) is 0,0648 mol.
Het volume is dan, met \(v=\frac{n.R T}{p}\) 0,0966 m3, 96,6 liter. Hoe kom je aan dat volume?

Ik reken uit hoeveel mol water er als gas en vloeistof in de band komt, dan 1 mol gas is 18 gram is 18 ml water als alles vloeibaar zou zijn.
Want 1 liter water (1000ml)heeft een massa van 1 kg.

Zou dan nog kunnen aangeven, hoeveel daarvan als gas, en hoeveel als vloeistof er dan in zit.

Kun je de berekening laten zien? Want het is me nu niet duidelijk wat je doet, en want de uitgangspunten zijn.
Je begint met lucht van 20 °C. 70% RH, en pompt daarmee een (eerst lege) band op tot 3 bar? Overdruk of absoluut?