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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Attrezzatura
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Eccoci con un nuovo articolo sulla attrezzatura subacquea, parlando oggi dell’erogatore, un componente importantissimo che consente al subacqueo di attingere aria o miscela dalla bombola adattando, attraverso due stadi di riduzione, l’alta pressione interna (altrimenti non respirabile) ad una pressione uguale a quella ambientale. Vedremo come.
In altri articoli abbiamo letto la storia degli erogatori (che come dice la parola hanno il compito di erogare la miscela respiratoria) dai primi esperimenti, ai monostadio fino agli odierni bi-stadio che utilizziamo nelle nostre immersioni ricreative. Lascio ora la penna a Luca Cicali che sono sicuro interesserà molti di noi.
schema I stadio bilanciato – autore Pbsouthwood – opera propria File:First stage animation.gif – Wikimedia Commons
Il primo stadio questo sconosciuto
Oggigiorno, per respirare l’aria contenuta nelle bombole disponiamo di erogatori cosiddetti bi-stadio, realizzati con le più moderne tecnologie che forniscono prestazioni di ottimo livello ad un costo contenuto. Oggi ci soffermeremo in maggior dettaglio sulle caratteristiche del primo stadio bilanciato, a pistone o a membrana. Spesso la nostra attenzione è concentrata prevalentemente sul secondo stadio, forse perché lo serriamo tra i denti durante l’immersione e ci sembra essere il solo meritevole di attenzione. Del secondo stadio abbiamo recentemente descritto le caratteristiche prestazionali fondamentali e i parametri che le misurano, unitamente ai test a cui sono sottoposti per la valutazione. Ma il suo funzionamento non sarebbe possibile senza l’opera del primo stadio. Cerchiamo di comprenderne meglio le caratteristiche costruttive e le soluzioni tecniche adottate che ci offrono importanti spunti di riflessione.
In particolare, è interessante comprendere come si sia riusciti a rendere lo sforzo inspiratorio e il flusso di gas disponibile indipendenti dalla profondità e dal livello di pressione della bombola.
Un erogatore bi-stadio svolge una funzione semplice e fondamentale: offre al subacqueo la quantità di gas respiratorio richiesto a qualunque profondità, in modo che egli possa respirare con il minimo sforzo, indipendentemente dal volume di gas ventilato per ogni minuto.
Un primo stadio ideale attua le necessarie riduzioni di pressione in modo indipendente dalla pressione della bombola e dalla pressione ambiente finale, senza oscillazioni di pressione durante le fasi di inspirazione-espirazione, garantendo che entrambe queste fasi avvengano senza sforzo. Inoltre, fa si che il flusso di erogazione si attivi esclusivamente quando il subacqueo inizia ad inspirare e si blocchi al termine dell’inspirazione, impedendo auto-erogazioni o ancora più spiacevoli blocchi.
Proprio per questo l’erogatore viene definito “a domanda”. Per svolgere la sua funzione, l’erogatore bi-stadio deve operare una riduzione della pressione dall’uscita della bombola alla pressione ambiente alla quale il subacqueo si trova. Tuttavia, sia la pressione della bombola con la quale il gas entra nel primo stadio, che quella con la quale fuoriesce dal boccaglio del secondo stadio, sono costantemente variabili.
La prima diminuisce gradualmente per il consumo di gas durante l’immersione, la seconda varia perché la profondità alla quale si respira varia durante l’immersione. Di fatto la riduzione di pressione avviene in due passi successivi: nella prima fase il gas prelevato dalla bombola viene portato ad un valore di pressione inferiore, detta pressione intermedia (inizialmente dai 200 bar di carica a circa 10 bar). Questo compito viene svolto dal primo stadio, solido e massiccio, realizzato generalmente tramite un pezzo unico in ottone cromato e parti interne in acciaio inox, che viene direttamente e saldamente collegato ad un rubinetto della bombola. Nella seconda fase avviene un ulteriore abbassamento della pressione del flusso di gas, dalla pressione intermedia (circa 10 bar) alla pressione ambiente, alla quale il subacqueo sta respirando. Questa funzione viene svolta dal secondo stadio, l’erogatore vero e proprio, che è connesso al primo stadio tramite una frusta di bassa pressione.
La pressione intermedia è uguale alla pressione ambiente più una valore costante, che dipende dalle caratteristiche del primo stadio, e che si chiama pressione di taratura (perché dipende dalla taratura di una apposita molla interna al primo stadio, e dalla conformazione delle sua camere interne).
La pressione di taratura è tipicamente di 10 bar, ma può variare a seconda del modello, mediamente tra 9 e 11 bar.
Riepilogando
La pressione intermedia è sempre pari alla pressione ambiente, variabile in funzione della profondità, più la pressione di taratura, costante. Poiché l’uscita del secondo stadio deve essere a pressione ambiente, la riduzione di pressione che esso deve operare è costante, e pari proprio alla pressione di taratura del primo stadio, sulla quale anch’esso deve essere calibrato. Mentre quindi il primo stadio opera una riduzione di pressione variabile, e la cui entità cambia durante l’immersione per il calo di pressione della bombola e per il variare della profondità, il secondo stadio opera una riduzione di pressione sempre costante, di entità pari alla pressione di taratura del primo stadio. Qualunque sia la profondità alla quale stiamo respirando, troveremo sempre all’interno della frusta di bassa pressione una pressione pari al valore di taratura. Questo ci permette collegare con tranquillità il primo e il secondo stadio con fruste omologate per la bassa pressione.
Supponiamo ad esempio di trovarci ad un profondità di 35 metri, con la pressione di bombola pari a 170 Bar, e un primo stadio con pressione di taratura PT = 10 bar. Avremo:
Pressione ambiente a 35 mt = 4,5 bar; (è la profondità divisa per 10 +1…)
Pressione intermedia = PA + PT ; 4,5 + 10 = 14,5 bar
Riduzione di pressione primo stadio = 170-14,5 = 155,5 bar,
Riduzione di pressione secondo stadio = 14,5 – 4,5 = 10 bar, costante, uguale alla pressione di taratura
Come funziona
Il funzionamento di un primo stadio è abbastanza semplice nel principio ma può diventare piuttosto complesso nelle fasi di progettazione e realizzazione, soprattutto nei casi in cui si vogliano assicurare alte prestazioni. Esso è direttamente connesso all’uscita della bombola, comandata dal rubinetto. L’attacco può essere di tipo DIN, a vite, oppure di tipo INT, a staffa. Il primo tipo è senz’altro preferibile per affidabilità in quanto è praticamente impossibile che l’accoppiamento con la rubinetteria della bombola possa accidentalmente essere compromesso. Esistono attacchi DIN da 200 e da 300 bar che si differenziano principalmente per il numero di filetti (ricavati allungando il cilindro filettato):
DIN 477/13, a 5 filetti, da 200 bar di pressione massima di bombola,
DIN 477/50, a 8 filetti, da 300 bar di pressione massima di bombola.
Primo stadio. Attacchi DIN 200 bar (sinistra) ….. e 300 bar (destra)
Il passo dei due tipi di filettatura è identico, ma il cilindro filettato dell’attacco DIN a 300 bar è più lungo dell’altro, ovvero contiene circa tre filetti in più.
Esso presenta inoltre un condotto interno per il passaggio dell’aria più sottile e più lungo. Anche la rubinetteria della bombola, nel caso delle bombole che possono essere caricate a 300 bar, ha una sede filettata più lunga. Quindi se per errore avvitiamo un DIN 200 bar su una bombola da 300 bar, l’o-ring non riesce a giungere a battuta sul fondo della sede perché il maschio è troppo corto, e quindi il primo stadio non può assicurare la tenuta.
Nota bene
In questo caso, appena aperto il rubinetto della bombola l’aria sfiata rumorosamente da tutte le parti, evidenziando immediatamente l’errore di accoppiamento.
Nel caso invece che un attacco DIN 300 bar sia avvitato su una rubinetteria di bombola a 200 bar, resterà semplicemente un poco al di fuori (due o tre filetti), ma la tenuta da parte dell’o-ring sarà assicurata. Pertanto un attacco a 300 bar di un primo stadio è di fatto da considerare universale. I primi stadi hanno diverse uscite di bassa e alta pressione, il cui numero e disposizione sono un importante elemento di valutazione della rispondenza alle proprie specifiche esigenze.
Anche in questo caso, per garantire la sicurezza, le due filettature sono totalmente incompatibili, per passo e diametro, quest’ultimo maggiore nelle uscite di alta pressione; quindi non è possibile scambiare le fruste e collegare ad esempio il secondo stadio all’uscita di alta pressione.
frusta ad HP (alta pressione)
Le fruste HP sono realizzate con un foro micrometrico centrale, che premette un passaggio dell’aria sufficiente per la lettura della pressione, ma impedisce che in caso di rottura della frusta si abbia un rapido svuotamento della bombola.
I primi stadi di erogazione appartengono a 2 grandi famiglie: erogatori a pistone o a membrana. Nell’erogatore a pistone l’apertura e chiusura della valvola di alta pressione è assicurata da un pistone direttamente a contatto con l’acqua dell’ambiente esterno, mentre l’erogatore a membrana mantiene l’isolamento, grazie proprio all’interposizione di una membrana elastica tra l’ambiente esterno e le parti interne. Per entrambe le famiglie possiamo poi avere primi stadi bilanciati o non bilanciati; questi ultimi tuttavia, oltre a non essere assolutamente consigliabili, sono ormai anche difficili da reperire sul mercato essendo quasi non più prodotti. Il loro unico pregio, rispetto ai più moderni modelli bilanciati, è una affidabilità ineguagliabile. La caratteristica fondamentale del primo stadio bilanciato è di avere una pressione di taratura praticamente indipendente dalla pressione della bombola e dalla pressione ambiente, cioè dalla profondità, caratteristica di fondamentale importanza specialmente in immersioni impegnative.
Il suo principio di funzionamento è piuttosto semplice, ma ci riserviamo di descriverlo nel prossimo articolo.
Fine I parte – continua
Luca Cicali
in anteprima:
Diagramma dei componenti interni di un erogatore con pistone bilanciato. Nel diagramma manca l’O-ring HP nel corpo dell’erogatore attorno al pistone tra la camera d’aria HP e la camera a pressione ambientale (acqua) – autore: https://en.wikipedia.org/wiki/User:Mark.murphy
Diving regulator piston.png – Wikimedia Commons
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ingegnere elettronico e manager d’azienda, è un grande appassionato di subacquea ma non è un professionista del settore. E’ autore di Oltre la curva, un testo di subacquea diventato in breve un best seller per tutti gli appassionati.
