1. עקרון הליבה של ספינות לנשימה: גז עובר, נוזל לא
המרכיב העיקרי של תוחם נושם הוא קרום אוורור מיוחד. הממברנה הזו מכילה אינספור נקבוביות אוורור מיקרוסקופיות, בלתי נראות לעין בלתי מזוינת, עם ממדים שהונדסו במדויק:
בועות מפירוק גז וממולקולות גז נדיפות קטנות מספיק כדי לעבור בחופשיות דרך המיקרונקבוביות הללו, מה שמשוות את הלחץ הפנימי והחיצוני של הבקבוק ומונעת ממנו לבלוט או להתמוטט.
בשל מתח פני השטח, מולקולות נוזלים מתקבצות יחד ליצירת סרט נוזלי מלוכד בלחץ רגיל. הם לא יכולים לעבור דרך המיקרו-נקבים האלה, שהם הרבה יותר קטנים מטיפות נוזלים, ולכן הנוזל ננעל היטב בתוך הבקבוק.
במילים פשוטות, הוא מתפקד כמו-שסתום חד כיווני-המאפשר לאוויר ולעודפי גז לברוח תוך שמירה על הנוזל, ובכך פותר הן את בעיות הבליטה והדליפה בו זמנית.
2. לגבי דליפה: קורוזיביות וריכוז הנוזל בתוך הבקבוק
בשימוש מעשי מתרחשת דליפת נוזל דרך ציפוי נושם מכיוון שחומר קרום האוורור אינו תואם לנוזל שבתוך הבקבוק. שני גורמי ליבה קובעים אם תתרחש דליפה:
(1) מידת קורוזיביות הנוזל
ממברנות אוורור רגילות מציעות עמידות טובה למים, חומצות חלשות ואלקליות חלשות. עם זאת, כאשר נחשפים לנוזלים מחמצנים חזק (כגון מי חמצן בריכוז- גבוה) או כימיקלים מאכלים, הממברנה תישחק בהדרגה:
מבנה פני השטח של הממברנה ניזוק, מה שגורם למיקרו-נקבוביות להגדיל או להיקרע.
מתח הפנים של הנוזל משתנה עקב תגובות כימיות, מה שמקל על החדירה.
בסופו של דבר, קרום האוורור מאבד את יכולתו לחסום נוזל תוך שהוא מאפשר לגז לעבור, וכתוצאה מכך חלחול ישיר של נוזל.
(2) ריכוז התמיסה בתוך הבקבוק
ריכוזים גבוהים יותר מובילים בדרך כלל לעלייה אקספוננציאלית בקורוזיביות. ניקח מי חמצן כדוגמה:
בריכוז של 3%, מי חמצן בדרגה רפואית- הוא מאכל חלש, וממברנות אוורור רגילות יכולות להתמודד.
עם זאת, בריכוזים תעשייתיים/מזון-מעל 30%, כוח החמצון החזק מזדקן במהירות ומפרק חומרים רגילים של ממברנות פולימר.
באופן דומה, דשנים נוזליים בריכוז- גבוה (כגון תמיסות מרוכזות המכילות כמויות גדולות של מלחים ורכיבים חומציים) יכולים גם לסתום או להרוס את מבנה קרום האוורור באמצעות קורוזיה כימית והתגבשות מלחים, מה שמוביל לדליפה.
3. פתרון: אימוץ התנגדות-קורוזיה- גבוהה,ממברנות פתח זרימת אוויר- גבוהות יותר
כאשר מתמודדים עם נוזלים מאכלים מאוד,-בריכוז גבוה, הפתרון טמון בשדרוג החומר והמבנה של קרום האוורור.
בחירת חומרים בעלי עמידות-קורוזיה- גבוהה
שימוש ב-PTFE שונה, פוליווינילידן פלואוריד (PVDF) או ממברנות פלואורפולימריות בדרגה- גבוהה יותר, בעלות אינרציה כימית חזקה במיוחד ויכולות לעמוד בשחיקה-לטווח ארוך מחומצות חזקות, אלקליות חזקות וחומרים חמצוניים חזקים, מה שפותרים באופן יסודי את בעיית קורוזית הממברנה.
אופטימיזציה של קיבולת זרימת האוויר ומבנה המיקרו-נקבים
ממברנות אוורור עמידות בפני-קורוזיה- גבוהה, תוך שמירה על יכולת חסימת הנוזלים- שלהן, כוללות בדרך כלל קיבולת זרימת אוויר גדולה יותר. המשמעות היא:
גזים הנוצרים בתוך הבקבוק ניתנים לאוורור מהיר יותר, תוך השוואת לחץ פנימי וחיצוני ביעילות.
אפילו במקרים של תגובות גז נמרצות-מייצר תגובות, לחץ יכול להשתחרר במהירות, ולמנוע לחץ פנימי מוגזם מלוציא נוזל החוצה.
סביבת לחץ מאוזנת יותר גם מפחיתה את הלחץ שנושא הממברנה עצמה, ומאריכה את חיי השירות שלה.
מַסְקָנָה
לגבי בעיית הדליפה של כיסויי כובע נושמים: כאשר הנוזל מאכל מאוד ומרוכז מאוד, קרומי אוורור רגילים אכן אינם מתאימים. חיוני לבחור בממברנות אוורור עמידות- בפני קורוזיה- גבוהה שתוכננו במיוחד עבור סביבות כימיות קשות. אלה מציעים לא רק קיבולת זרימת אוויר גדולה יותר והשוואת לחץ מהירה יותר, אלא גם מתנגדים ביסודיות להתקפה כימית ברמת החומר, מה שמבטיח ללא דליפת נוזל וללא בליטת חבילה.
עבור יצרנים של מי חמצן בריכוז גבוה-, דשנים נוזליים או כימיקלים קורוזיביים אחרים, בחירת התוחם הנושם המתאים על סמך המאפיינים הספציפיים של הנוזל היא שלב קריטי בהבטחת בטיחות אריזת המוצר ואיכות עקבית.