Być może substancja ta kojarzy Ci się jedynie z kuchnią molekularną lub tajemniczymi oparami podczas pokazów, jednak to tylko powierzchowne zastosowanie ciekłego azotu. W przemyśle bywa niezastąpiony. Ciekły azot do obróbki metali występuje jako czynnik chłodzący, umożliwiając trudniejsze technologicznie procesy. Ciekły azot w przemyśle obecnie ma już swoje ustalone miejsce.
Czym jest ciekły azot – przypomnienie najważniejszych cech
Ciekły azot to jedna z substancji posiadających ducha naszych czasów. Może być wytworzony w dowolnym miejscu na Ziemi ze względu na swoją dostępność (powietrze, którym oddychasz, to w 79% azot). Produkcja nie jest tak skomplikowana, by prywatny przedsiębiorca nie mógł sobie z nią poradzić, a mimo to uzyskany produkt ma bardzo niską temperaturę (77.36 K, czyli -195.8°C), dzięki czemu szybko znalazł dla siebie mnóstwo zastosowań. Ponadto, z punktu widzenia odbiorcy, ciekły azot jest stosunkowo tani, a zbiorniki, w których daje się go przechowywać, oraz sprzęt ochronny konieczny do bezpiecznego obchodzenia się z nim, dostępne są również na polskim rynku. Oczywiście możesz nabyć go do zabawy i nauki – zobacz nasz wpis o doświadczeniach z nim związanych – jednak to ciekły azot w przemyśle generuje największe zużycie.
Zastosowanie ciekłego azotu w przemyśle – gdzie wykorzystuje się tę substancję?
Skroplony azot i tlen – oba pojawiły się po raz pierwszy w historii na Uniwersytecie Jagiellońskim dzięki pracy polskich naukowców – mają zbliżone temperatury (tlen: 90.19K = -182.96°C). Dlaczego zatem powszechnie używa się azotu, a nie tlenu? Powodów jest kilka. Pierwszym z nich jest już wspomniana powszechność azotu – jego przewaga w powietrzu wyraża się w stosunku przekraczającym 3:1 na niekorzyść tlenu, zatem ekonomiczniej jest korzystać z azotu; ponadto, tlen może się nam jeszcze przydać do oddychania. Po drugie, nie tylko my oddychamy tlenem – również ogień go potrzebuje, więc w przypadku pożaru lepiej jest korzystać z gazu niepodtrzymującego spalania. Po trzecie, azot jest słabo reaktywny, podczas gdy tlen sprzyja korozji (rdza to tlenek żelaza), jak również może powodować zapłon w zetknięciu z niektórymi rozgrzanymi substancjami organicznymi (np. smarem, czy olejem). O ile samym azotem trudno oddychać, o tyle należy nadmienić, że nie jest trujący. Ciekły azot jest zatem wyborem oczywistym. Przyjrzyjmy się konkretnym zastosowaniom ciekłego azotu w przemyśle.
Ciekły azot do obróbki metali – jakość i bezpieczeństwo
Jednym z podstawowych miejsc, w których korzysta się z ciekłego azotu, jest fabryka. Metalowe przedmioty, które znajdują się potem w Twoim posiadaniu, nie są wytwarzane w tak prosty sposób jak plastikowe – konieczna jest obróbka większych elementów, z których wykrawane są precyzyjne części. Kiedy jednak blok metalu jest twardy – jak to ma miejsce w przypadku stali hartowanych i wysokomanganowych lub stopów tytanu – frez, również będący elementem metalowym tylko wzbogaconym dodatkowymi elementami lub po prostu twardszym, ma do wykonania trudniejszą pracę. W wyniku tarcia generowane jest jeszcze więcej ciepła niż zwykle, co jest najczęściej prostą drogą do uszkodzenia narzędzia (lub obrabianego przedmiotu – nadmierne ciepło może prowadzić np. do rozhartowania). Zastosowanie ciekłego azotu do obróbki metali ostudzi atmosferę, przedłużając czas życia Twoich narzędzi, a jednocześnie przyczyni się do powstania bardziej estetycznej i gładszej powierzchni końcowej.
Niebywale silne połączenia dzięki ciekłemu azotowi
Czy ciekły azot w przemyśle to tylko skrawanie? Oczywiście nie – przyjrzyjmy się niestandardowemu sposobowi wykonywania połączeń (tzw. połączenia wciskowe) części metalowych. Wyobraź sobie, że potrzebujesz umieścić na stałe metalowy czop w takim gnieździe. Metale są sprężyste, to prawda, jednak jeśli czop będzie zbyt mały, wypadnie, jeśli zbyt duży – nie zmieści się. Zatem taki na styk? Niestety, nie możesz być pewnym takiego połączenia, choćby ze względu na rozszerzalność termiczną – połączenie obluzuje się w zimie. Idąc jednak tym tropem łatwo znaleźć rozwiązanie: jeśli czop będzie miał odpowiedni rozmiar w bardzo niskiej temperaturze, np. -196°C, wywrze bardzo duże siły na otaczające go ścianki gniazda podczas ogrzewania (te jednak, odpowiednio zaprojektowane, nie pękną podczas rozszerzania przy ogrzewaniu ze względu na własną elastyczność). Ponieważ jednak od siły nacisku zależy siła tarcia, czop będzie praktycznie nieusuwalny – żadna zima nie jest na to dość zimna. W ten sposób mocuje się m.in. koła przekładniowe na wałach.
Ciekły azot w przemyśle budowlanym
Zdarza się, że podczas kopania w ziemi ścianki zsypują się, z jednej strony niwecząc pracę, z drugiej natomiast powodując bałagan i pozbawiając plac estetyki. Wynika to ze zbyt luźnych powiązań w glebie i z pewnością prowadzi do frustracji, często opóźniając prace. Jednym ze sposobów radzenia sobie z tą sytuacją jest wstrzykiwanie w ziemię ciekłego azotu – zamraża on ją, czasowo scalając i w ten sposób stabilizując.
Ciekły azot w przemyśle zbrojeniowym
Oczywiście jeśli coś się przydaje, przydaje się również w wojsku. Przykładem takiej sytuacji jest samonaprowadzający pocisk, taki jak Strela 3. Wykorzystuje on daleką podczerwień (w zakresie mikrofal), czyli – innymi słowy – reaguje na ciepło. Wykonany z PbS detektor znacznie zyskuje na czułości dzięki zastosowaniu chłodzenia ciekłym azotem.
Źródło ciekłego azotu w terenie?
Ciekły azot – do obróbki metali, a może do zamrażania gleby – aby mógł być użyty, nie może po prostu zostać umieszczony w dowolnej beczce. Ze względu na ogromną różnicę temperatur – ponad 200°C względem powietrza – szybko dochodzi do jego odparowania i zostajesz z niczym. Ciekły azot przechowuje się w specjalnych naczyniach (zwanych naczyniami Dewara) o konstrukcji zapewniającej maksymalną izolację termiczną. W ofercie naszego sklepu znajdziesz zbiorniki o pojemności od 1 l do nawet 50 l.