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livello elementare.
ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Nitrox, attrezzatura
L’importanza di usare attrezzature dedicate per il nitrox
L’uso delle normali attrezzature impiegate con l’aria subisce delle limitazioni nel caso si usino miscele iper-ossigenate. L’ossigeno ad alta pressione è infatti un gas da trattare con cautela, a causa dell’azione chimica che esso esercita sui materiali con cui viene a contatto. L’ossigeno infatti agisce chimicamente come ossidante nelle reazioni di ossido-riduzione. Questo tipo di reazione avviene ad esempio all’interno delle bombole dove l’acciaio si combina con l’ossigeno dell’aria ad alta pressione ossidandosi, e il prodotto di tale ossidazione è ciò che è comunemente chiamata ruggine di ferro. Quando la reazione di ossido-riduzione comporta l’emissione di energia sotto forma di calore, e avviene in modo veloce, essa è una combustione. Se la reazione avviene a velocità particolarmente elevata, si ha una combustione esplosiva, che si contraddistingue inoltre per l’elevata produzione di calore. Tuttavia è ben noto che incendi o esplosioni necessitano di una causa scatenante per verificarsi, tanto è vero che combustibile e comburente non sono considerati sufficienti, da soli, ad attivare la combustione.
Occorre un terzo elemento, la temperatura, per innescare la reazione.
L’insieme dei tre elementi, combustibile, comburente-ossigeno e temperatura è chiamato appunto “triangolo di fuoco”, a significare che la combustione necessita della loro concomitante presenza per attivarsi e sostenersi. Una maggiore percentuale di ossigeno, a parità di altre condizioni, aumenta il rischio di incendio, diminuisce la temperatura necessaria per innescarlo e rende più alta la temperatura delle fiamme.
I migliori candidati per fungere da combustibile sono grassi, oli lubrificanti, guarnizioni, o-rings, materiali plastici, ma in generale qualunque materiale non dichiarato ossigeno-compatibile può essere incendiarsi al contatto con miscele iperossigenate. Quando si tratta ossigeno puro, il rischio di combustione può riguardare perfino i metalli, e una combustione ormai innescata è difficilissima da controllare. L’agente attivante per eccellenza è la temperatura, in particolare una repentina crescita di temperatura.
Essa può verificarsi per varie cause: una compressione troppo rapida della miscela nitrox, una scintilla dovuta a sfregamento accidentale o ad accumulo di cariche elettrostatiche, la perturbazione di un flusso che ne causi il repentino aumento di pressione, a causa ad esempio una improvvisa occlusione o strozzatura nelle tubazioni.
All’interno dei condotti l’ossigeno fluisce infatti con velocità sorprendentemente elevate, potendo generare per attrito l’accumulo di cariche elettrostatiche, capaci di dar luogo ad esplosioni in presenza di residui grassi. Un subacqueo coscienzioso dovrà quindi utilizzare una attrezzatura idonea alle miscele nitrox, al fine di scongiurare i maggiori inconvenienti che attrezzature inadeguate possono causare. Ovviamente l’entità di questi rischi dipende dalla percentuale di ossigeno presente nella miscela utilizzata.
Vediamo dunque come poter classificare le attrezzature nei confronti della compatibilità all’uso con ossigeno ad alta pressione.
Componenti e sistemi “puliti ad ossigeno”
Un componente o sistema è definito “pulito ad ossigeno” quando eventuali elementi contaminanti inadatti all’utilizzo con ossigeno, ovvero ad alta infiammabilità, sono stati rimossi tramite una accurata pulizia condotta secondo modalità ben determinate e utilizzando detergenti specifici. Ciò garantisce che tutti gli agenti contaminanti siano stati rimossi.
Componenti e sistemi “ossigeno-compatibili”
Un componente o sistema è definito “ossigeno-compatibile” quando tutti gli elementi dei quali è costituito sono ossigeno-compatibili, ovvero presentano un basso rischio di combustione in presenza di ossigeno ad alta pressione. Sistemi ossigeno compatibili sono pertanto progettati e realizzati in modo da escludere l’impego di materiali non rispondenti alle caratteristiche descritte in termini di rischio di combustione.
Componenti utilizzabili con ossigeno (ovvero per servizio ossigeno)
Un componente o sistema è utilizzabile con ossigeno quando tutti gli elementi dei quali è costituito sono ossigeno-compatibili e puliti a ossigeno. Nessuna delle due caratteristiche può bastare da sola, in quanto un materiale ossigeno compatibile può contaminarsi, e un materiale pulito ad ossigeno può essere inadatto all’uso con ossigeno se non costituito esclusivamente da componenti ossigeno-compatibili.
La regola del 40%
Quale è la frazione di ossigeno nella miscela oltre la quale è necessario utilizzare componenti per “servizio ossigeno”, ovvero ossigeno compatibili e puliti ad ossigeno?
Nel dare la risposta escludiamo momentaneamente le bombole, per le quali è necessario un discorso a parte. Ci interessiamo quindi degli altri elementi dell’attrezzatura subacquea che possono venire a contatto con la miscela iperossigenata, ovvero primo e secondo stadio di erogazione, ma anche fruste di alta e bassa pressione, manometri, VIS e jacket, valvole e muta stagna.
Fin dall’esordio del Nitrox, durante i primi anni 60, fu largamente accettata ed ancor più adottata la cosiddetta “regola del 40 %”, che stabiliva che miscele con percentuale di ossigeno inferiore al 40% siano utilizzabili con le normali attrezzature subacquee usate con l’aria, senza rischio di combustione e di esplosione. Negli anni successivi l’argomento è stato molto dibattuto, ma sia la maggioranza delle case costruttrici, e sia soprattutto grandi organizzazioni come la NOAA, la Marina degli Stati Uniti d’America e il National Institute of Safety and Health, affermano ormai da molti anni che la regola del 40% è attendibile e praticabile. Il 40% di ossigeno nella miscela Nitrox è quindi oggi comunemente accettato come limite massimo al di sotto del quale non è necessario utilizzare attrezzature specificamente progettate per utilizzo con ossigeno, salvo eventuale specifica prescrizione diversa da parte del costruttore. Al di sopra del 40% di ossigeno, qualunque ne sia la percentuale, occorre invece usare attrezzature progettate e concepite per l’utilizzo con ossigeno puro, ovvero ad un tempo ossigeno compatibili e pulite ad ossigeno.
subacqueo si appresta per un’immersione in grotta con attrezzatura Nitrox – autore non noto NITROX cave diver.jpg – Wikimedia Commons
Passiamo adesso alle bombole
Anche in questo caso la regola del 40% continua a valere, ma essa non risulta rispettata da tutti i metodi di ricarica di una bombola con miscela Nitrox. Esistono infatti metodi di ricarica che, anche per una concentrazione finale inferiore al 40%, prevedono l’ingresso di ossigeno puro per una certa fase del processo di ricarica. E’ il caso della ricarica cosiddetta “miscelazione per pressione parziale”.
Vediamo i vari metodi usati per la miscelazione
Miscelazione per travaso
Consiste semplicemente nel travasare una miscela Nitrox già esistente da un contenitore alla bombola di destinazione. Teoricamente è il metodo più semplice ed economico, ma è utilizzabile solo per miscele con prefissata frazione di ossigeno già disponibili, (tipicamente 32% e 36%), e non può naturalmente essere utilizzato se la bombola di destinazione non è vuota e contiene una miscela con una diversa percentuale di ossigeno.
Miscelazione a flusso continuo
In questa modalità ossigeno puro ed aria vengono miscelati nella giusta percentuale tramite un flussometro calibrato, all’interno di un dispositivo chiamato miscelatore Nitrox. La miscelazione viene effettuata a bassa pressione. La miscela ottenuta nelle giuste percentuali è poi compressa e pompata nelle bombole, fino alla pressione di esercizio finale desiderata.
Miscelazione per pressione parziale
E’ un metodo poco costoso ma il più pericoloso perché comporta la gestione e compressione di ossigeno puro. Sulla base della legge di Dalton vengono determinate le pressioni parziali di ossigeno puro ed aria, da pompare nella bombola per ottenere la miscela finale alla pressione finale. Quindi si introduce prima l’ossigeno puro fino alla pressione calcolata, e poi l’aria, fino a raggiungere la pressione totale finale. L’uso di questo metodo impone evidentemente sistemi ed apparecchiature compatibili per l’ossigeno, bombole incluse, qualunque sia la percentuale di ossigeno finale richiesta per la miscela Nitrox.
Miscelazione con sistemi di separazione a membrana
Sono disponibili speciali membrane che riescono a trattenere parte dell’azoto dell’aria che le attraversa, e possono essere utilizzate per ottenere direttamente miscele Nitrox a bassa pressione fino ad una percentuale del 40%. Ovviamente la miscela ottenuta può essere successivamente compressa fino alla pressione di esercizio. Utilizzando aria pre-filtrata questi sistemi non richiedono l’utilizzo di materiali ossigeno compatibili, perché in nessun elemento o stadio del sistema viene utilizzato ossigeno con percentuale superiore al 40%. Quindi, anche se vogliamo utilizzare una miscela Nitrox che contenga meno del 40% di ossigeno, potremmo avere una criticità con le bombole. Se infatti la bombola che utilizziamo viene caricata con il metodo della miscelazione per pressione parziale, essa verrà a contatto con ossigeno puro ad una pressione che dipende dalla frazione di ossigeno finale desiderata, prima che sia effettuata la miscelazione finale con aria.
E questo impone che la bombola sia pulita ad ossigeno e ossigeno compatibile. Quindi se dobbiamo utilizzare bombole per miscele Nitrox con percentuale di ossigeno superiore al 40%, esse devono essere sempre e comunque ossigeno-compatibili e pulite ad ossigeno, mentre se e la percentuale di ossigeno è inferiore al 40%, possiamo utilizzare normali bombole per aria compressa, ma solo se siamo assolutamente sicuri che la ricarica non avverrà con il metodo della miscelazione per pressione parziale.
Naturalmente ciò dovrà essere garantito dal centro di ricarica, che altrimenti non potrà effettuare l’operazione. Naturalmente le bombole dovranno essere vistosamente etichettate per ricordare che contengono una miscela iperossigenata, della quale devono riportare la percentuale di ossigeno e la profondità massima di utilizzo, (MOD), che è funzione della pressione parziale di ossigeno ritenuta tollerabile (tipicamente 1,4 bar).
Luca Cicali
autore e subacqueo
in anteprima tabelle Nitrox – autore Legis
Nitrox tables.JPG – Wikimedia Commons
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.
