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Rebreather: quando e perché si potrebbe guastare il sensore O²

Reading Time: 6 minutes

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livello elementare

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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA

parole chiave: Rebreather, sensori O²
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In un articolo precedente abbiamo parlato come si verifica il livello di O nei rebreather. Per la stesura di questi articoli ci siamo avvalsi di un articolo di Dan E. Warkander, MSEE, Ph.D, che abbiamo tradotto e sintetizzato.  Affrontiamo ora un argomento delicato: esistono situazioni in cui i sensori pO² possono smettere di funzionare correttamente.

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Vediamo come e perché può succedere
Tra tutti i sensori quelli di tipo galvanico (cella a combustibile) hanno una durata limitata. Possono durare da pochi mesi a un paio di anni. Sulla base di test empirici (3), possono guastarsi in più di un modo, dal guasto totale (nessun segnale trasmesso) alla, forse più insidiosa, variazione graduale della tensione fino all’impossibilità di generare la lettura corretta ad un’elevata pO². La prima modalità è facile da rilevare, le altre due sono più difficili da rilevare per un subacqueo. A volte un sensore leggerà la tensione prevista nell’aria ambiente e con il 100% di O² ad 1 atmosfera ma potrebbe non essere in grado di generare la variazione corretta (lineare) a 1,3 o 1,5 bar. 

Mancanza di linearità
L’effetto dell’incapacità di un sensore di produrre la tensione corretta con un’elevata pO2 è illustrato nella Figura 4. La linea diritta e interrotta rappresenta ciò che un sensore dovrebbe produrre. La linea rossa mostra l’output di un sensore con il problema.

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Questo sensore si calibrerebbe perfettamente ad 1 bar e consentirebbe il controllo della pO2 fino a circa 1,3 bar. Tuttavia, ad una pO² più elevata, la tensione non è così alta come dovrebbe essere. Questo può essere visto quando la linea rossa si discosta da quella bianca. Ad una pO² di 1,5 bar la tensione è più bassa di 2,4 mV (equivalente a 0,045 bar). Come accennato in precedenza, il rebreather a questo punto sarebbe ingannato ed aggiungerebbe più O² fino a leggere la tensione per cui è impostato (se il set point fosse così alto).

In altre parole, la pO² effettiva sarebbe 1,545 bar, mentre il display indicherebbe 1,5 bar. Se questo sensore si trovasse in un rebreather che rileva un superamento di 2 bar, il display della pO2 dovrebbe leggere solo 1,7 bar. Un sensore con questo tipo di mancanza di linearità avrà una pO² effettiva superiore a quella mostrata dal display della pO².

I test di un tipo di sensore O² (approvato dalla US Navy) hanno mostrato le modalità di guasto suddette (3).

Decompressione
Le figure 1 e 2 del rapporto (3) mostrano gli effetti della decompressione. Alcuni sensori hanno mostrato valori che cambiano rapidamente verso la fine della decompressione o un salto improvviso nel segnale di uscita. Leggono i valori normali dopo alcuni minuti o ore, ma poco dopo si guastano.

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Temperatura
La temperatura letta dal sensore può influenzare la lettura perché la compensazione della temperatura incorporata potrebbe non essere perfetta. La Figura 4 nel rapporto (3) sottostante mostra gli effetti della temperatura per questo particolare modello di sensore. Non è una regola fissa: alcuni sensori aumentano il segnale mentre altri lo diminuiscono al variare della temperatura. Diversi sensori combinati riducono l’influenza della temperatura sull’uscita.

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Sulla base delle misurazioni effettive, la temperatura del gas che esce dallo scrubber di CO² sarà la temperatura dell’assorbente fino a circa 10-40 minuti dall’inizio dell’immersione. A quel punto la temperatura del gas inizia a salire. Il tempo effettivo è variabile e dipende dal lavoro del subacqueo e dalle dimensioni dello scrubber. Lo scrubber di solito aumenta la temperatura del gas da 30 a 40 °C. Secondo l’autore, a seconda della temperatura dell’acqua, la temperatura del gas in uscita dallo scrubber varierà da quasi 0 °C fino a 50 °C (in certi casi anche 60 °C). La temperatura del gas ai sensori di O² dipende da quanto sono lontani dallo scrubber, dalla temperatura dell’acqua e dalla durata dell’immersione. Dovrebbe essere evidente che la sensibilità alla temperatura di un sensore O² può essere critica. Purtroppo non tutti i produttori di sensori forniscono specifiche per l’intervallo di temperature per cui sono progettati e quanto la loro produzione potrebbe cambiare con la temperatura. Alcuni dichiarano semplicemente “compensato” o non forniscono alcuna specifica.

Un errore graduale in un sensore (dovuto alle variazioni di temperatura attorno al sensore) durante un’immersione è illustrato nella Figura 5.

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In questo esempio si presume che il rebreather abbia tre sensori e che possa identificare e rimuovere un sensore esterno dalla sua logica di controllo. Inoltre, si presume che il segnale di uscita per uno (mostrato come una linea bianca) aumenti con la temperatura e che gli altri due non siano influenzati. All’inizio, tutti e tre i sensori si seguono bene l’un l’altro.

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Nel punto A il gas caldo dello scrubber raggiunge i sensori e le loro temperature iniziano a salire. La temperatura sale fino al punto B. Le letture del bianco aumentano e poi si stabilizzano. Le sue letture cambiano allo stesso modo delle altre due, ma rimangono più alte. Dopo un’immersione e quando i sensori si saranno raffreddati, leggeranno tutti allo stesso modo. Un modo per rilevare tali sensori è monitorare le letture di pO² dai sensori durante l’immersione e/o successivamente se il rebreather può registrare le letture.

Altri effetti
Se i sensori di O² sono posizionati in modo tale che ciascuna superficie di rilevamento sia esposta al gas caldo che lascia lo scrubber mentre il lato opposto del sensore e essenzialmente alla temperatura dell’acqua, la differenza di temperatura tra ciascun sensore può arrivare fino a 40 °C. Sarebbe opportuno che il sensore di temperatura all’interno del sensore O² sia posizionato nella posizione per farlo funzionare correttamente. Idealmente, l’intero sensore dovrebbe essere alla stessa temperatura.

In sintesi,  in tutti i rebreather, tranne il rebreather a 100% O², la pO² erogata nel gas deve essere misurata con accuratezza per verificare che rimanga entro i livelli desiderati.

Errori possono essere critici per cui è opportuno effettuare dei test a diverse profondità, a  diverse temperature dell’acqua e diversi carichi di lavoro subacquei.

 

 

articolo estratto dall’originale scritto da Dan Warkander.
Questa immagine ha l'attributo alt vuoto; il nome del file è Dan-Warkander.pngDan Warkander è un ingegnere e fisiologo che ha lavorato con i subacquei e le loro attrezzature per la respirazione per oltre 30 anni per immersioni con aria a 57 msw, immersioni Heliox a 450 msw e immersioni con idrogeno-ossigeno (hydrox) a 120 msw.
Ha condotto oltre 1.000 immersioni sperimentali. 

 

Bibliografia

1: “Equipaggiamento respiratorio – Apparato autonomo per l’immersione con rebreather”, Bruxelles (Belgio): Comitato europeo di normalizzazione; 2013, EN14143:2013 (E).

2: Requisiti minimi di produzione e prestazione della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOOA) per rebreather a gas misto a circuito chiuso, 2005. da http://www.omao.noaa.gov/sites/default/files/documents il 10 gennaio 2017 (file NOAA_CCR_Standards_Final_2005. PDF).

3: Warkander D.E. Test e valutazione senza equipaggio del sensore di ossigeno R-10DN di Teledyne Analytical Instruments per l’uso nell’autorespiratore subacqueo MK 16 Mod 1. U.S. Navy Experimental Diving Unit, Technical Report TR 03-08, 2003. da www.rubicon-foundation.org il 28 novembre 2016 (file ADA448759.pdf).

4. https://www.shearwater.com/monthly-blog-posts/o2-levels-in-a-divers-rebreather/

 

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