Introduzione al mondo dei
REBREATHERS

  


Realizzato da: Fabrizio Pirrello

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La presentazione non pretende di essere un’opera completa ma solo una panoramica su un equipaggiamento d’immersione che nel futuro potrebbe entrare a far parte della nostra dotazione di base.

L’impiego del REBREATHER richiede un addestramento specifico e completo ma soprattutto personale altamente professionale.

REBREATHERS: apparato che consente di ri-respirare in parte il gas espirato.

La CO2 contenuta nel gas espirato viene assorbita da un filtrante.
L’ O2 metabolizzato nel processo di respirazione viene rimpiazzato dal sistema “rebreather”.

 Vantaggi del rebreather:

  • Il consumo di gas è indipendente dalla profondità ma è solo legato al carico di lavoro (vero in pieno nei CCR)

  • Ridotti tempi di decompressione legati ad elevata PPO2 (vero in toto solo nei CCR)

  • Scarsa emissione di bolle

  • Respirazione molto vicina al naturale nel sacco polmone

  • Minore disidratazione in immersioni lunghe

  • Minore dispersione di calore attraverso la respirazione

Svantaggi del REBREATHER (rischi):

  • IPOSSIA (gas errato,gas esaurito, sensore guasto, errata calibrazione iniettori, errata procedura di scarico del sistema)

  • IPEROSSIA (eccessiva profondità, sensore o valvole guaste, gas errato)

  • IPERCAPNIA (filtrante esaurito o utilizzo troppo prolungato, errato riempimento)

  • COCKTAIL CAUSTICO (acqua nel sistema per errato montaggio, rottura dei corrugati, errata manovra, abuso nell’impiego)

Comprendiamo cosa è  un REBREATHER esaminando le differenze con un apparato a CIRCUITO APERTO.

Nei “circuiti aperti”, appunto SCUBA, il gas espirato viene disperso nell’ambiente circostante sotto forma di bolle.

Il circuito aperto è un sistema inefficiente perché solo una piccola parte dell’O2 contenuto nella porzione di gas inspirato viene metabolizzato. Ciò comporta un terribile spreco di O2.

Tale spreco appare maggiormente evidente se consideriamo la quantità di gas inspirata al crescere della profondità.


Un REBREATHER è un sistema totalmente differente dal circuito aperto.

Schematicamente abbiamo 3 tipologie di rebreathers:

  • Rebreather a ossigeno

  • Rebreather semi-chiuso (SCR)

  • Rebreather a circuito chiuso (CCR)

Parti comuni a tutti i rebreathers.

Circuito attraverso il quale si respira equipaggiato con un boccaglio. Ovviamente il circuito non può essere rigido altrimenti sarebbe impossibile respirare (provate a respirare in una bottiglia).

Ci sarà quindi una sacca collassabile collegata al circuito per consentire la respirazione (SACCA POLMONE).

La sacca si gonfierà quando avviene l’espirazione e si collasserà quando avviene l’inspirazione. Una struttura in tecnopolimero impedisce alla sacca di collassare totalmente.

Il subacqueo con la respirazione attraverso la sacca produce CO2 metabolizzando O2 e la concentrazione di CO2 aumenta fino a raggiungere livelli pericolosi.

Ecco la necessità di includere nel circuito un canister contenente un materiale filtrante per la CO2 (Sofnolime, Sodasorb, ecc.) che consentirà la rimozione della stessa dalla sacca polmone.

Ma il subacqueo metabolizza O2 e per mantenere un livello di O2 che consenta il mantenimento in vita ovviamente non sarà sufficiente il canister con il filtrante: occorre rimpiazzare l’O2 consumato.

Occorrerà un ulteriore sistema di aggiunta di O2 all’interno del circuito per mantenere in vita il subacqueo.

Per impedire che il subacqueo vada a respirare lo stesso gas espirato, il circuito è concepito per forzare la circolazione del gas in una sola direzione. Pertanto un sistema di valvole di non ritorno sarà presente in prossimità del boccaglio.

La circolazione forzata del gas passa attraverso il canister per il fissaggio della CO2.

Sempre sul boccaglio sarà presente obbligatoriamente una valvola che ne consenta la chiusura per evitare che penetri acqua all’interno del circuito durante la rimozione del boccaglio, prima dell’immersione, e durante le operazioni di bail-out.

La differenza fondamentale tra i vari tipi di rebreathers consiste nella differente modalità di aggiunta del gas nel circuito respiratorio e nel sistema impiegato per monitorare la concentrazione di O2 nella miscela respiratoria.

 

Rebreather a ossigeno.

Oltre agli elementi sopra descritti un rebreather a O2 avrà anche una bombola contenente O2 per rimpiazzare l’O2 consumato.

L’aggiunta di O2 nel circuito avviene attraverso due possibili modalità:

  1. Modalità attiva

  2. Modalità passiva

Modalità attiva.

Una quantità costante di O2 viene iniettato nel circuito. Detta quantità è pre calcolata tenendo conto del tasso medio di consumo del subacqueo.

I limiti del metodo sono:

  1. Troppo O2 nel periodo di basso carico di lavoro e conseguente spreco

  2. Troppo poco O2 nel periodo di elevato carico di lavoro e necessità di intervento manuale da parte del subacqueo per la correzione.

Modalità passiva.

L’aggiunta di O2 all’interno del circuito avviene cercando di correlare l’aggiunta stessa alle necessità del subacqueo attraverso una valvola meccanica che percepisce il collassamento della sacca polmone.

In pratica il subacqueo metabolizza O2 e produce CO2 che viene fissata dal materiale filtrante e quindi la quantità totale di gas all’interno del circuito diminuisce. A tal punto la valvola richiama O2 all’interno del sacco polmone.


I rebreathers a ossigeno sono relativamente semplici poiché non richiedono un sistema di controllo dell’O2.

Tale semplicità comporta anche un limite: limitato range d’impiego per prevenire fenomeni di CNS (in pratica circa 6 metri).

 Per raggiungere più ampi limiti d’impiego (sempre in sicurezza) occorre che il mix di gas contenuto nel circuito sia costituito anche da altri gas diversi dall’O2 (azoto e/o elio).

 Abbiamo allora dei mixed gas rebreathers: SCR (rebreathers a circuito semi-chiuso) e CCR (rebreathers a circuito chiuso).

 

Rebreather a circuito semi-chiuso – SCR

Il gas viene iniettato in modo costante all’interno del circuito indipendentemente dalla profondità.

In pratica una quantità costante di molecole entra nel circuito in un dato periodo di tempo.

Questa quantità di molecole è ovviamente correlata alla FO2 della miscela respiratoria in modo che la concentrazione di O2 all’interno della sacca polmone sia maggiore o uguale al tasso di consumo di O2.


La quantità di gas aggiunta viene impostata attraverso l’installazione di appositi iniettori pre-tarati (in quanto la FO2 della miscela è fissa).

Con l’apparecchio SCR il subacqueo può raggiungere profondità d’impiego maggiori senza incorrere nei rischi di tossicità da O2.

Lo svantaggio è proprio nel sistema di aggiunta a massa costante del gas nel circuito respiratorio. Infatti il subacqueo metabolizza O2 ma non il gas diverso dall’O2 che continuerà ad aumentare in quantità all’interno del sacco polmone. Detto gas in eccesso dovrà essere scaricato all’esterno (per tale motivo il circuito è semi-chiuso). Ma poiché il gas presente all’interno della sacca polmone è quasi uniformemente miscelato, nello scaricare l’eccesso di gas perderemo anche una certa quantità di O2 (e pertanto il sistema presenta comunque un certo grado di inefficienza).

Ulteriore problema connesso alla modalità di aggiunta attiva risiede nel fatto che la FO2 nella sacca polmone è variabile.

Il subacqueo infatti ha un consumo di O2 variabile in funzione del proprio carico di lavoro mentre l’aggiunta di gas nel sistema avviene a massa costante.

Per ridurre il rischio di IPOSSIA, cioè per fare in modo che la concentrazione di O2 nella sacca polmone sia sufficientemente elevata da mantenere in vita il subacqueo, dovremo effettuare un monitoraggio costante della quantità di gas aggiunto nel sacco polmone.

Ed eventualmente dovremo essere preparati ad un intervento correttivo in manuale.

Ma quanto più elevata è la FO2 nel gas aggiunto tanto maggiore dovrà essere rigido il rispetto dei limiti di profondità per evitare il rischio di tossicità da O2 nel periodo di ridotto carico di lavoro.

Inoltre tanto più elevata è la quantità di gas aggiunto nel sacco polmone, minore sarà l’autonomia (e ridotta l’efficienza del sistema).

Un possibile rimedio a tale inefficienza potrebbe essere quello di inserire un sistema per l’aggiunta passiva del gas in modo da andare quanto più vicino possibile al bisogno metabolico del subacqueo. Il metodo più semplice è quello di legare l’iniezione del gas al ritmo respiratorio per minuto (RMV). Alto RMV ed elevata iniezione di gas; basso RMV e bassa iniezione di gas.

In tal modo sarebbe ridotta l’escursione della FO2 nel sacco polmone durante periodi di diverso carico di lavoro.

 

Rebreather a circuito chiuso – CCR

Mentre i rebreathers a circuito semi-chiuso aggiungono O2 insieme ad altri gas i rebreathers a circuito chiuso aggiungono solo O2 per ripristinare il livello necessario per il mantenimento del subacqueo.

Nei CCR abbiamo almeno 2 distinte bombole di cui una contiene solo O2 e l’altra un diverso gas definito DILUENTE. Il diluente potrebbe essere aria, nitrox,heliox,trimix.

Il gas diluente normalmente contiene O2 in una percentuale tale da poter essere respirato alla profondità operativa programmata come se l’immersione avvenisse in circuito aperto.

La bombola del diluente costituisce quindi anche una possibile riserva per il bail-out in emergenza. Il diluente viene impiegato per mantenere il volume del sistema durante le variazioni di profondità quando il volume del gas contenuto nella sacca polmone è compresso.


Mentre la maggior parte degli SCR mantiene una FO2 più o meno costante durante l’immersione, i CCR mantengono una più o meno costante PO2 nel sacco polmone.

Ogni CCR deve necessariamente incorporare dell’elettronica al fine di monitorare la situazione O2 e aggiungere automaticamente O2 quando la PO2 scende al di sotto del livello programmato (set point).

Esaminiamo i vantaggi dei REBREATHERS

 

Efficienza nell’impiego dei gas.

Quando si utilizza un normale sistema a circuito aperto, la maggior parte dell’O2 viene disperso nell’ambiente in quanto nell’atto respiratorio solo una piccola parte dell’O2 inspirato (insieme agli altri gas) viene metabolizzato. Ciò comporta un certo grado di inefficienza.

Tale spreco aumenta all’aumentare della profondità:ad elevate pressioni (elevate profondità) un maggior numero di molecole di gas viene espirato.

Un rebreather invece consente di riutilizzare (sempre in parte) il gas espirato dopo averlo depurato della CO2 e dopo avere ripristinato il livello di O2.

Il massimo dell’efficienza lo raggiungeremo con i CCR e soprattutto alle maggiori profondità (in quanto abbiamo emissione di bolle solo durante la risalita e/o durante lo svuotamento maschera).

Pertanto più alta la profondità maggiore sarà l’efficienza in termini di ottimizzazione dei consumi di gas (solo da questo punto di vista).

Efficienza nella decompressione.

Ciò è totalmente vero solo nei rebreathers a circuito chiuso.

Nei rebreathers a ossigeno le profondità operative sono limitate e pertanto le immersioni sono senza obblighi di decompressione.

Nei rebreathers a circuito semi-chiuso la modalità di aggiunta del gas è tale da mantenere più o meno costante la FO2 durante l’immersione mentre nei rebreathers a circuito chiuso l’aggiunta di O2 è realizzata con una modalità tale da mantenere più o meno costante la PO2 durante l’immersione.

Un rebreather CCR mantiene quindi al massimo possibile livello (in sicurezza) la concentrazione di O2 nel sacco polmone per tutta la durata dell’immersione.

Ciò comporta che la porzione di gas che non è O2 nel sacco polmone viene mantenuta al livello minimo possibile.

Il subacqueo può di conseguenza vedere aumentati i tempi di fondo senza essere penalizzato da lunghe decompressioni.

Questo proprio perché l’immersione avviene con la più elevata PO2 possibile (in sicurezza) e la decompressione stessa viene ad essere migliorata.

La silenziosità.

L’emissione di bolle produce rumore e ciò disturba le forme di vita che saranno meno avvicinabili.

Il vantaggio della silenziosità sarà ovviamente maggiore nei modelli CCR.

Vantaggi molto evidenti per gli operatori che devono effettuare riprese video o fotografiche o che devono studiare il naturale comportamento delle forme di vita oggetto di studio.

E’ ovvio che un rebreather non è destinato ad effettuare battute di pesca (peraltro vietate dalle leggi vigenti).


Svantaggi nell’uso dei rebreathers.

 

Disciplina ed addestramento.

Mentre nell’immersione in circuito aperto se il subacqueo non è particolarmente lontano dai limiti di impiego della miscela respirata, il gas stesso è tale per concentrazione di O2 da essere idoneo al mantenimento in vita, ciò non è sempre vero per i rebreathers (nel rebreather la composizione della miscela può essere dinamica e pertanto la concentrazione di O2 potrebbe non essere tale da consentire il mantenimento in vita del subacqueo durante le varie fasi dell’immersione).

Inoltre nel circuito aperto il presentarsi di un problema legato all’apparato SCUBA risulta subito evidente e pertanto il subacqueo può adottare le opportune correzioni; nel sistema rebreather ciò potrebbe essere riscontrato con maggior ritardo e difficoltà rendendo l’azione correttiva tardiva.

Nel caso specifico dei rebreathers SCR la concentrazione di O2 nel sacco polmone dipende dal carico di lavoro del subacqueo. In alcune circostanze, tipiche di una risalita repentina o di uno sforzo prolungato, la concentrazione di O2 potrebbe essere troppo bassa per il mantenimento in vita del subacqueo (IPOSSIA).

Nel caso dei CCR invece il pericolo viene dall’elettronica che assiste la macchina durante il suo funzionamento.

Come i fotosub bene sanno: elettronica ed acqua vanno poco d’accordo.

Il problema maggiore resta quindi il sistema di controllo e gestione dell’O2 (in tutti i rebreathers).

Purtroppo i fenomeni di IPOSSIA e TOSSICITA’ DA O2 non hanno segnali premonitori tali da lasciare spazio ad azioni correttive prima di un black out.

L’unico rimedio possibile è prevenire: monitorare costantemente la PO2 nel circuito respiratorio continuamente.

SONO PROPRIO I RISCHI RICHIAMATI A RICHIEDERE AL SUBACQUEO CHE INTENDA AVVICINARSI ALLA PRATICA DELL’IMMERSIONE CON REBREATHER UN LIVELLO DI ADDESTRAMENTO E DI DISCIPLINA PARTICOLARMENTE ELEVATO.

  • MASSIMA CURA DEVE ESSERE DEDICATA ALLA MANUTENZIONE DELL’EQUIPAGGIAMENTO.

  • MASSIMA CURA NELLA FASE DEI CONTROLLI PRE-IMMERSIONE.

  • MASSIMA CURA NEL RISPETTARE SCRUPOLOSAMENTE LE REGOLE DELLA PROGRAMMAZIONE DELL’IMMERSIONE.

  • MASSIMA DISCIPLINA NELL’ACQUISIRE TUTTE LE PROCEDURE D’IMMERSIONE CON REBREATHER COME DEGLI AUTOMATISMI.

  • MAI ESSERE CONVINTI DI AVERE RAGGIUNTO IL MASSIMO DELL’ADDESTRAMENTO: 100 ORE D’IMMERSIONE CON UN  REBREATHER SONO ANCORA POCHE PER DEFINIRSI DEGLI ESPERTI.

  • I REBREATHERS SONO DELLE APPARECCHIATURE MOLTO PIU’ COMPLESSE DEGLI APPARATI SCUBA E COME TALI RICHIEDONO INTERVENTI SEMPRE PIU’ SPECIALIZZATI E PROFESSIONALI.

UN ADDESTRAMENTO VALIDO ALL’USO DEL REBREATHER NON PUO’ ESSERE BREVE PER LA COMPLESSITA’ DELLE PROCEDURE E PER LA NECESSARIA ASSIMILAZIONE DELLE NOZIONI LEGATE ALLE LEGGI  DEI GAS ED ALLA FISIOLOGIA DELL’IMMERSIONE.

ANCORA PIU’ CHE CON L’APPARATO A CIRCUITO APERTO CON IL REBREATHER CI SI DEVE IMMERGERE CON LA TESTA.