¿Por qué los cartuchos de inflado de emergencia están llenos de CO2?

¿Por qué no se llenan de aire ambiente con compresores de aire? ¿No es más barato comprimir el aire ambiente que generar CO2? Si es así, esos cartuchos tendrían dos beneficios:

Más barato de fabricar
Las llantas llenas de CO2 se desinflan por sí mismas mucho más rápido que el aire ambiente, por lo que usar aire significará que, una vez que infla la llanta con un cartucho, no tendrá que volver a inflarla cuando regrese a casa.

— Tooniis
fuente

Sacar el agua del aire normal es una perra y necesita mucho equipo. Revisa cualquier tienda de buceo.

— Aganju

Es técnicamente poco práctico (si no imposible) comprimir una cantidad suficiente de aire regular en un cartucho del tamaño / peso del cartucho de CO2. El CO2 es mucho más compresible que el aire normal.

— Daniel R Hicks

@Aganju: sacar el agua del aire no es realmente tan importante. El problema con el agua es que si las personas que llenan el tanque no cuidan adecuadamente, pueden llenar un tanque con agua en lugar de aire.

— Daniel R Hicks

@DanielRHicks "El CO2 es mucho más compresible que el aire normal" que lo explica todo. Tu comentario debería haber sido una respuesta.

— Tooniis

Se escapará el aire a presión. El CO2 se convierte en líquido en estos recipientes para que no gotee.

— SurpriseDog

Respuestas:

Los cartuchos de carga de CO2 se usan para inflar los neumáticos de las bicicletas porque son un producto común y económico que existe desde la década de 1950. Sus otros usos incluyen accionar pistolas de aire y inflar chalecos salvavidas.

Originalmente fueron desarrollados por la Corporación Crosman y comercializados bajo el nombre de "Powerlet".

Los cartuchos Powerlet están llenos de CO2, presumiblemente porque es el gas más adecuado. Las razones que se me ocurren son:

El CO2 se convierte en un líquido a una presión relativamente baja en comparación con otros gases: los líquidos son mucho más densos que los gases, por lo que una cantidad útil de CO2 puede caber en un recipiente pequeño.
Los contenedores son fáciles y económicos de fabricar para soportar la presión requerida
El CO2 es barato y fácil de fabricar (aunque probablemente no sea muy respetuoso con el medio ambiente).
El CO2 es inerte, no reaccionará con el material del recipiente. No es inflamable, pero calentar un cartucho probablemente no sea una buena idea.

Actualizaciones a mi respuesta, ya que apareció de nuevo en la página principal por alguna razón.

Los cartuchos de CO2 no están llenos de CO2 comprimido, están llenos de CO2 líquido . Eso tiene que hacerse para obtener suficiente material en el cartucho para que sea útil. Sin embargo, el cartucho no está completamente lleno y la presión de gas en el espacio es esencialmente constante (la presión de vapor) siempre que quede algo de CO2 líquido.

No puede poner aire líquido en un cartucho porque está compuesto de nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y CO2, todos los cuales tienen diferentes puntos de ebullición. De hecho, el CO2 se convierte en sólido antes de que el nitrógeno se convierta en líquido.

— Aparato Argenti
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1,2 y 4 son buenas razones, pero ¿es el CO2 más barato que alimentar los compresores de aire para comprimir el aire en los cartuchos?

— Tooniis

Obviamente, el uso del aire atmosférico no es adecuado, ya que no vemos ningún producto de aire presurizado 'enlatado' (piense en latas de gas comprimido para eliminar el polvo de los teclados, que en realidad están llenos de refrigerante), tal vez debería hacer esta pregunta en el intercambio de pila de física sitio.

— Aparato Argenti

También está el problema del vapor de agua en la congelación del aire comprimido cuando el contenedor está despresurizado.

— Mike

FWIW esto dice En casi todos los casos, el dióxido de carbono que se captura y purifica para aplicaciones comerciales se ventearía a la atmósfera en el punto de producción si no se recuperara para el transporte y el uso beneficioso en otros lugares. (Con respecto al punto # 3 entre paréntesis.)

— Mr.Wizard

El CO2 que se convierte en líquido a una presión relativamente baja le da una especie de efecto autorregulador. La presión del gas en la parte superior del líquido permanece estable hasta que el líquido desaparece. Esto no explica directamente por qué se usan para neumáticos, pero explica por qué se usan en pistolas de aire, que es lo que los hizo baratos y abundantes para otros usos.

— Kevin Krumwiede

Creo que encontrará estos artículos informativos:

A temperatura ambiente (por debajo de la temperatura crítica de 31 ° C / 87.8 ° F), una botella de CO ₂ se autorregula en la práctica. Esto no es posible con aire comprimido simple. Necesitaría una botella de "aire de alta presión" más grande, más fuerte y más pesada con un regulador (y su costo y complejidad asociados) para cumplir la misma función.

Esto hace que el CO _{2 sea} mucho más adecuado para un kit de reparación de bicicletas debido a:

talla pequeña
bajo peso
bajo costo
fiabilidad (simplicidad)

Este video de dióxido de carbono supercrítico proporciona una ventana interesante (tanto literal como figurada) en el comportamiento de fase descrito en los artículos anteriores:

— Señor mago
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¿Significa esto que los cartuchos de CO2 no funcionan correctamente por encima de 31 ° C? Esa no es una temperatura muy alta.

— David Richerby

@David Significa que la presión comienza a aumentar sustancialmente alrededor de ese punto. Para inflar los neumáticos, esto no debería ser un problema suponiendo que el inflador en sí está bien diseñado, sin embargo, hay un límite a la temperatura ambiente a la que un cartucho puede estar expuesto de manera segura, lo que creo que se da como 120 ° F (citado en el segundo artículo). También muestra una foto de un cartucho reventado con la leyenda "Powerlet roto por exposición a 180 ° F de temperatura en la prueba del fabricante", por lo que supongo que hay un margen de seguridad saludable incluido en esa especificación de 120 ° F.

— Mr.Wizard

@David Prácticamente hablando, las temperaturas frías probablemente sean más problemáticas ya que el cartucho será muy lento cuando esté frío. Una solución simple sería mantener uno al lado de su cuerpo.

— Mr.Wizard

Sí, en términos prácticos, la exposición a temperaturas superiores a 120 ° F me dañará más que el cartucho. :-D

— David Richerby

@Swifty Into Tri es una organización del Reino Unido y en un día nublado como ese, la temperatura no va a estar por encima de los 25C / 75F, y estos eventos generalmente son por la mañana cuando hace al menos unos pocos grados más. Suponiendo que el video es reciente, la temperatura alcanzó los 33C / 91F hace un par de fines de semana, pero ese fue un día soleado, así que no cuando se tomó el video. El Reino Unido nunca se ha acercado a 120F: el récord es 101F (38C). En pocas palabras, no tengo idea de por qué ese cartucho se disparó, pero no fue calor. (En realidad, la columna de vapor sugiere que se filtró, en lugar de explotar.)

— David Richerby

Esto explica parte de la razón en lo que puede ser demasiados detalles: http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch4/deviation5.html Si va a leer algo de esto, lea el material que comienza después de la tabla que enumera "Constantes de van der Waals para los diversos gases". Calcula que al comprimir CO ₂ de 1 Litro a 0.2 Litros usando la Ley de Gas Ideal (que será casi correcta para el aire) "la presión tendría que incrementarse a 112 atm" pero eso para CO ₂(a 0 ° C) "Sin embargo, la ecuación de van der Waals predice que la presión solo tendrá que aumentar a 52,6 atm". Esto es mucho menos presión para el mismo volumen de gas (a presión atmosférica normal). Piense en los aspectos de seguridad: el contenedor para esto no tendrá que ser tan fuerte (tan costoso) como uno para el mismo estándar. volumen de aire Desde el punto de vista económico y de seguridad, es obvio.

— redrubberball
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