L'analisi dei gas!

Contemporaneamente alla ormai diffusa presa di coscienza che uno dei parametri variabili delle nostre immersioni è rappresentato dalle pressioni parziali dei gas respirati, nasce, tra i più curiosi e appassionati, la voglia di approfondire le conoscenze specifiche in ogni operazione riguardante l’uso e la produzione delle miscele respiratorie utilizzate in subacquea. Alla base del concetto di miscela sta quello di composizione, cioè perfetta conoscenza (o quasi) dei valori in percentuale dei gas componenti. Analizzare è verificare la corrispondenza tra la miscela voluta e quella ottenuta; l’azione successiva è trascriverne la composizione sulla bombola.

Un’analisi dimenticata o un’identificazione frettolosa possono dare origine a seri problemi, quindi, anche se avete appena finito di caricare la macchina e le bombole non analizzate sono negli strati profondi del portabagagli, mettetevi di impegno, consolandovi col fatto che state compiendo una buona azione per voi e per i vostri compagni.

Gli strumenti utilizzati
Gli strumenti utilizzati nelle analisi delle miscele dagli operatori del settore subacqueo sono, per la stragrande maggioranza, di peso e dimensioni ridottissime e il loro uso non richiede una competenza specifica, se non quella fornita nei vari corsi di nitrox o blending. Sono costituiti da due parti fondamentali, il sensore e un lettore elettronico con display, attaccate tra loro o collegate mediante un cavetto. Sebbene nel mondo sportivo subacqueo che utilizza miscele si tenda a usare quasi unicamente un ossimetro (analizzatore di ossigeno), per l’analisi delle miscele più respirate, ora che la comunità dei trimix diver è più matura e in grado di prodursi ternarie con percentuali di ossigeno diverse dalla miscelazione standard con aria, gli analizzatori di elio incominciano a diffondersi come ulteriore strumento di controllo delle proprie analisi. Pur essendo il principio di funzionamento dei due analizzatori completamente differente, il metodo di analisi è molto simile e consiste nel far passare una certa quantità di miscela a pressione ambiente e flusso costante attraverso un sensore che misura la quantità di un singolo gas e invia tale dato a un lettore elettronico con display che ne visualizza il valore, espresso in percentuale.

Il sensore per l’ossigeno
Il sensore per l’ossigeno è del tipo elettrochimico, in grado di produrre corrente elettrica in presenza di questo gas, in maniera proporzionale, o quasi, alla sua quantità. Questo significa che gli strumenti che si basano sullo sfruttamento di tale principio non misurano la percentuale di ossigeno nella miscela, ma la sua quantità assoluta, quindi la sua pressione parziale. Ora sappiamo che solo a pressione atmosferica i due valori di percentuale e pressione parziale coincidono e, quindi, ogni variazione di pressione, da quella normobarica, risulta invalidante per l’analisi. Se proviamo a esporre un ossimetro a pressione assoluta di 2 bar in atmosfera di aria, la lettura al display non sarà 20.8, ma 41.6 (dopo alcuni minuti di esposizione), proprio perché, pur analizzando aria, la pressione parziale dell’ossigeno a due bar è doppia rispetto a quella normobarica. Questo esempio può sembrare eccessivo e poco probabile nel normale lavoro di una ricarica o diving, ma consideriamo le semplici variazioni di pressione atmosferica: ogni sensore, nelle sue caratteristiche, riporta una pressione espressa in millibar di funzionamento ideale (oltre a una temperatura e umidità standard), ogni variazione di tale valore porta a un errore, nella lettura, proporzionale alla variazione stessa. Spesso succede di tarare lo strumento sull’aria di una bombola e poi, una volta staccato il flussimetro ed esposto il sensore all’atmosfera esterna, di vedere diminuire sensibilmente il valore appena misurato. Un regime di basse pressioni può essere la causa di ciò; per questo, a rigor di precisione, conviene accoppiare all’analizzatore un barometro che ci fornisca indicazioni sulla condizione atmosferica ambiente. Anche l’applicazione degli analizzatori di ossigeno, come strumenti di monitoraggio nei sistemi di miscelazione a flusso continuo, è legata a tale caratteristica dei sensori; infatti, se la miscelazione all’interno dei sistemi miscelanti non avvenisse in ambiente rigorosamente normobarico, non sarebbe possibile il controllo del flusso durante la fase di produzione. Si possono notare, invece, delle leggere depressioni all’accensione del compressore, in quanto il passaggio della miscela crea sempre una leggerissima depressione che, comunque, viene sempre corretta in base alle indicazioni del costruttore.

Se la pressione gioca un ruolo fondamentale
Se la pressione gioca un ruolo fondamentale nella precisione di tali strumenti, la temperatura e l’umidità relativa non sono da meno nel volerci confondere con le loro, anche sensibili, influenze. Non per nulla, in un sito americano che tratta l’argomento è scritto che, secondo l’autore, voler essere eccessivamente pignoli con le analisi, può portare a perdere la ragione. Di solito, per compensare le variazioni di temperatura, quasi tutti i sensori sono provvisti di una resistenza Ntc: la sua funzione è quella di compensare gli sbalzi di temperatura a cui può essere esposto il sensore anche semplicemente tenuto nelle mani in fase di analisi; nonostante ciò, quest’ultima, condotta su una bombola appena caricata, ancora calda, dà valori leggermente superiori a quelli che riscontreremo sulla stessa miscela, una volta raffreddata. L’influenza dell’umidità relativa sulla precisione dello strumento viene valutata attorno allo 0.03% per punto percentuale di umidità nell’aria; ciò porta una diminuzione nel valore di lettura dell’ossigeno che, in condizioni estreme, può condurre a errori di una certa rilevanza. Ricordiamo che, per alcuni sensori, vengono fornite delle tabelle che determinano gli ipotetici valori, in percentuale di ossigeno, nelle varie condizioni di temperatura e umidità. Diverso è il principio base di funzionamento dell’analizzatore di elio, che sfrutta la conducibilità termica dei gas, ovvero la loro capacità di “immagazzinare” calore; la modalità di funzionamento consiste in un continuo paragonare il gas da analizzare, che fluisce all’interno del sensore, con un gas campione di conducibilità termica nota. Il tutto avviene in due celle, una delle quali contiene il gas campione, mentre attraverso l’altra passa il gas da analizzare. Le celle sono percorse da sottili filamenti sensibili alle variazioni termiche e in grado di percepire la diversa quantità di calore assorbita dai vari gas. Poiché la temperatura è funzione della resistenza, alla variazione del gas in analisi, o della quantità di esso nella miscela, si ha una variazione di temperatura nei filamenti, con conseguente variazione della resistenza che il circuito elettronico dello strumento traduce in corrente elettrica proporzionale ai cambiamenti dei gas; il tutto viene espresso in percentuale di elio alla lettura finale.

Per questa ragione
Per questa ragione, all’accensione dello strumento avviene una specie di conto alla rovescia di trecento secondi, durante i quali viene raggiunta la temperatura costante di analisi non influenzata da variazioni esterne. Anche utilizzando analizzatori per ossigeno, l’esperienza ci insegna che, in termini di stabilità e di precisione, abbiamo migliori risultati dopo che l’apparecchio rimane acceso per alcuni minuti. Ogni analizzatore ha un suo tempo di risposta, in genere di alcuni secondi (10-20), nei quali i dati visualizzati nel display hanno bisogno di stabilizzarsi. Una variazione costituita da un aumento o da una diminuzione progressiva costante dei valori letti sul display possono indicare un sensore prossimo alla fine e ormai da sostituire. A parte quale sia lo strumento usato, è sempre buona norma non limitarsi a un’unica analisi, cercando di calibrare la macchina ogni qualvolta ci si accinge ad analizzare una miscela prodotta. Esiste, ovviamente, un errore strumentale costante, proprio di ogni ossimetro, la cui influenza si manifesta non tanto nella produzione del nitrox, la cui composizione è di lettura immediata, ma nella produzione di miscele ternarie, nelle quali le altre percentuali in gioco, quelle degli inerti che compongono la miscela, vengono ricavate dal valore dell’ossigeno.

A proposito dei sensori
Il sensore, che nell’analizzatore per ossigeno raggiunge il 30-40% del costo dell’intero strumento, è di solito considerato il punto di debolezza dell’analizzatore stesso, in quanto soggetto a usura e, quindi, a periodica sostituzione, e in quanto elemento determinante nella precisione della misurazione. A seconda del tipo di sensore e del relativo costo, la sua vita è, di solito, stimata tra i dodici mesi e i quattro anni, sebbene la garanzia della casa non superi mai i sei mesi. Ma da un punto di vista operativo, la garanzia ha poca importanza, in quanto il malfunzionamento o addirittura la morte di un sensore può compromettere i programmi di una spedizione o di un lavoro in corso se il ricambio non arriva a strettissimo giro di posta. Anche per questa ragione è consigliato non tanto il sensore di ricambio, ma l’intero analizzatore, che ci darà, cosa di grandissima importanza, la possibilità di fare una media dei valori di analisi, con conseguente aumento della precisione.

Sebbene i sensori arrivino sigillati
Sebbene i sensori arrivino sigillati, il loro processo di decadimento non avviene allo spacchettamento, come si potrebbe credere, ma inizia appena essi escono dalla linea di montaggio, quindi risulta inutile comprare un analizzatore e un sensore di ricambio; conviene, basandosi sulla durata approssimativa data dal costruttore, acquistare il sensore nuovo prima che il vecchio dia segni di logoramento, i cui sintomi sono: instabilità di valori monitorati, incapacità a tenere per più di pochi secondi un valore fisso, bruschi cambiamenti nel valore monitorato. In questi casi è importante l’immediata sostituzione con un nuovo sensore, ricordandosi che quest’ultimo può richiedere (a seconda della tecnologia adottata nell’analizzatore) un periodo di “riscaldamento” di circa 30 minuti.

Da un punto di vista
Da un punto di vista della conservazione del sensore, un ambiente con alto grado di umidità relativa può favorire la durata del sensore (che non significa allungargli la vita, ma semplicemente non accorciargliela), in quanto ne evita la disidratazione. Non è conveniente sigillare il sensore o tenerlo in ambiente privo di ossigeno, in quanto l’elettrolita interno (il KOH idrossido di potassio) tende a cristallizzare in assenza di ossigeno, creando delle superfici che si oppongono alla normale perfusione del gas nel sensore stesso.

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