про-Шары
170 subscribers

Экономия гелия при надувании шаров из латекса

22 November 2017

/

Экономия гелия при надувании шаров из латекса

Предварительная растяжка шаров воздухом

Повышенное давление

Давление газа внутри надутого латексного шара больше атмосферного давления, иначе шар не надуть. Убедиться в том, что газ внутри надутого шара содержится при повышенном давлении, очень просто: достаточно лопнуть надутый шар. Громкий хлопок лопающегося шара демонстрирует нам, насколько давление внутри шара было повышено: чем выше давление в шаре, тем громче хлопок.

Повышенное давление внутри шара необходимо для того, чтобы преодолеть силы упругости стенок шара и придать шару заданную форму. Для создания избыточного давления в шар закачивается гелий в объеме большем, чем геометрический объем надутого шара. Чем больше давление внутри шара, тем большее количество гелия надо потратить, чтобы надуть шар. Верно и наоборот, чем меньше давление внутри надутого шара, тем меньше нам потребуется гелия.

Иными словами, если каким-либо способом удастся уменьшить силы упругости стенок шара, то для надувания шара потребуется меньше гелия. Такой способ есть, он заключается в предварительном растягивании шара воздухом.

Растягивание шара воздухом

Вначале шар надувают компрессором до оптимального размера (без калибровки, разумеется), затем выпускают воздух из шара и только после этого надувают шар гелием. Энергия нагнетаемого воздуха растягивает шар и ориентирует длинные молекулы каучука (глобулы) вдоль плоскости, касательной к поверхности шара. Перегруппировка ориентации молекул приводит к тому, что шар в нужном направлении становится гораздо мягче. Перегруппировка положения молекул относительно друг друга приводит к тому, что растянутый шар (в ненадутом состоянии) имеет большие размеры, чем не растянутый.

Растянутый шар не может самостоятельно вернуться в первоначальное состояние - ему для этого необходима энергия, ну а где же ее взять?

Обычный и растянутый шары
Обычный и растянутый шары
Обычный и растянутый шары

Кстати, если дать шару эту энергию, то он сможет полностью восстановиться. Для этого шар можно погрузить в кипяток, и через недолгое время, шар примет обычную форму, размер и вернет все свои свойства.

Экономия гелия

При надувании гелием растянутого шара, гелий не тратится на растяжение самого шара (это делается воздухом и заранее), но расходуется на наполнение объема шара. Повышенное давление внутри растянутого шара лишь немного превышает атмосферное давление. Предварительно растянутые шары, надутые гелием, лопаются гораздо тише.

Шары GLOBOS PAYASO (Мексика), пастель, размером 12", надутый до диаметра 28 см.

Чтобы надуть такой шар до указанного диаметра, в него потребуется закачать 11,4 л гелия (500 шт. таких шаров из баллона 40 л), а в растянутый шар достаточно будет закачать все лишь 10,4 л гелия, т.е. на литр газа меньше (548 шт. таких же шаров из баллона 40 л). Дополнительные 48 шаров получается надуть из сэкономленного гелия. Экономия - 10%.

Шары BELBAL (Бельгия), пастель, размером 12", надутый до диаметра 27 см.

Чтобы надуть такой шар до указанного диаметра, в него потребуется закачать 12 л гелия (475 шт. таких шаров из баллона 40 л), а в растянутый шар достаточно будет закачать все лишь 10,8 л гелия, т.е. на 1,2 л газа меньше (527 шт. таких же шаров из баллона 40 л). Дополнительные 52 шара получается надуть из сэкономленного гелия. Экономия - 10%.

Шары GEMAR (Италия), металлик, размером 10", надутый до диаметра 22 см.

Чтобы надуть такой шар до указанного диаметра, в него потребуется закачать 7,6 л гелия (750 шт. таких шаров из баллона 40 л), а в растянутый шар достаточно будет закачать все лишь 6,4 л гелия, т.е. на 1,2 л газа меньше (890 шт. таких же шаров из баллона 40 л). Дополнительные 140 шаров получается надуть из сэкономленного гелия. Экономия - 18%.

В общем случае, величина экономии гелия зависит от нескольких факторов: от качества шаров (кто производитель), от типа шаров (металлик, пастель и пр.), от размера шаров; от того, насколько раздуваются шары при растягивании и от того, насколько потом шары надуваются гелием.

По нашему опыту, в среднем, величина экономии гелия составляет около 10 - 15%.

Дополнительная экономия гелия состоит в том, что при растягивании выявляются шары с заводским браком, которые лопаются при надувании бесплатным воздухом, а не гелием.

Надувание больших шаров

Предварительная растяжка воздухом становится необходимой при надувании шаров большого размера: 36", т.е. футовых, метровых, или как их еще называют: "олимпийских шаров". Для надувания такого шара требуются сотни литров гелия. При предварительном надувании воздухом таких шаров выявляется заводской брак, а это уже большая экономия гелия. Так же, экономия гелия в 10 - 15% на таких объемах имеет большой экономический эффект.

Использование гелиево-воздушной смеси

При нормальных условиях, литр гелия весит 0,178 г, а литр воздуха весит 1,293 г, т.е. гелий в семь раз легче воздуха. Поэтому шар, надутый гелием, весит меньше, чем объем воздуха, который этот шар занимает. Окружающий воздух давит на шар и выталкивает его из себя. Чем выше находится шарик - тем меньше воздух давит на гелиевый шар. Поэтому окружающий воздух выталкивает шар именно наверх. Шар с гелием всплывает так же, как всплывает деревяшка, брошенная в воду.

Давление окружающей среды на шар называется подъемной силой (закон Архимеда). Гелиевый шар обладает летучестью, потому что на него действует подъемная (архимедова) сила. Подъемная сила зависит от объема шара – чем больше объем шара, тем больше подъемная сила.

Например, при нормальных условиях, в один обычный шар размером 12", раздутый до оптимального размера (27 см), помещается около 11 литров гелия. Подъемная сила, действующая на шар, составит

12,3 г = 11 х (1,293 – 0,178)

Вес самого шара – около 2 г. Подъемная сила много больше веса шара и поэтому шар взлетает. Более того, он может поднять груз массой около 10 г.

Для экономии гелия шары надувают смесью гелия с воздухом. Например, надуем тот же обычный шар 12" гелиево-воздушной смесью, состоящей из 60% гелия и 40% воздуха. Внутри надутого шара будет находиться 6,6 литров гелия и 4,4 литра воздуха. Подъемная сила, действующая на шар, составит

7,4 г = 6,6 х (1,293 - 0,178 )

Вес самого шара - 2 г, вес воздуха, находящегося внутри шара, 5,6 г = 1,293 х 4,4. В итоге, шар надутый гелиево-воздушной смесью легче объема воздуха, который он занимает, всего на 1,8 г = 7,4 - 5,6. Однако такой шар все равно взлетит.

На практике, шары 12" рекомендуется надувать смесью: 20% воздуха и 80% гелия. Смесью из 40% воздуха и 60% гелия смело можно надувать шары с размером 14" и более. Шары с размерами менее 12" рекомендуется надувать только гелием.

Для смешивания гелия с воздухом существуют специальные насадки - редукторы на баллоны, например CONWIN 81750. Если закрыть оба отверстия воздухозаборников, то шары будут надуваться только гелием. Если закрыть одно из отверстий воздухозаборника, то шары будут надуваться смесью 80% гелия + 20% воздуха. Если оба отверстия воздухозаборников будут открыты, то в шары будет нагнетаться смесь, состоящая из 60% гелия + 40% воздуха.

Так же, чтобы получить внутри шара гелиево-воздушную смесь, можно обойтись без специального редуктора, если использовать специальный способ надувания шаров

Шар частично надувают воздухом, потом, зажав шейку шара, его одевают на баллон и додувают до необходимого размера уже гелием.

Например, надуем шар воздухом до половины желаемого диаметра и потом додуем гелием. В этом случае в шаре окажется гелиево-воздушная смесь, состоящая примерно из 85% гелия + 15% воздуха. Это вполне подходит для надувания шаров размером 12".

Например, надуем шар до трети желаемого диаметра и потом додуем гелием. В этом случае, в шаре окажется гелиево-воздушная смесь, примерно состоящая из 70% гелия + 30% воздуха. Это вполне подходит для надувания шаров размером 14" и более.

Надувание латексных шаров смесью гелия с воздухом, кроме уменьшения подъемной силы, не приводит ни к каким другим эффектам. Шары сохраняют свою форму в течение всего времени жизни, которое тоже не меняется.

***************************************

Автор: Лещанов Сергей

Оглавление публикаций