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MANUAL
Pure Tech Agency
GAS BLENDING
Manuale di tecniche di miscelazione dei gas ad
uso respiratorio per l'attività subacquea sportiva
Blending & Mixing
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Modulo 1
Pure Tech Agency
Modulo 1
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BLENDING
Autore:
Giorgio Amadei
[email protected]
[email protected]
Fotografie e disegni:
Giorgio Amadei, laddove non diversamente specificato;
Ringraziamenti:
Graziano Frigeni, per avermi messo a disposizione le sue esperienze di navigato
imprenditore di gas tecnici e subacqueo tecnico;
Marina Amadei, per avermi tenuto sveglio le notti tra un ruttino e una poppata, la notte
porta consiglio;
Bianca Amadei, per aver dormito beatamente tutte le notti nella stanza accanto;
Francesca Bertoli, per la pazienza e la grammatica
A cura del PUBLISHING OFFICE PTA
www.pure-tech-agency.net/IT/PTA/Publishing_Office/index.html
Prima Edizione
11 dicembre 2009
Copyright © 2010 Pure Tech Agency
Via Torino, 28 - 21013 Gallarate (VA) - www.pure-tech-agency.net
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Blending & Mixing
LEGENDA
Leggendo il manuale noterai delle caselle contrassegnate da simboli,
esse ti forniranno preziosi consigli ed informazioni per meglio
comprendere la materia di studio.
ATTENZIONE
FERMATI
E RIFLETTI
RICORDA
IDEA
ESEMPIO
NOTA
identifica un’informazione basilare per la tua
sicurezza
sottolinea e rimarca un concetto chiave
focalizza la tua attenzione su un concetto
esprime un consiglio dettato dall’esperienza
contraddistingue un esercizio, un esempio pratico
fornisce
un’informazione
approfondimento
Blending & Mixing
generale
o
di
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Modulo 1
Pure Tech Agency
INTRODUZIONE
•
•
•
•
Premessa
Introduzione
Scopo del manuale
Significato di Gas Blending: Ruolo e Responsabilità dell’Operatore di Sistemi di
Miscelazione
• Definizione di “sistema”
MODULO 1 - I gas Respirabili per l’attività subacquea
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Informazioni Generali
L’aria
L’ossigeno
I gas inerti
Miscele Binarie
Miscele ternarie
I gas pericolosi
MODULO 2 - Effetti e reazioni dell’ossigeno con i sistemi di
miscelazione e significato di “servizio ad ossigeno”
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
Informazioni Generali
Ossidazione e combustione
Ossigeno compatibilità
Pulizia ad Ossigeno
Servizio ad ossigeno
L’ambiente di lavoro e operativo
Agenti contaminanti
Fonti di innesco
Miscele iperossigenate
Le operazioni di pulizia a ossigeno e verifica
Agenti sgrassanti
Pulizia per mezzo di apparecchio pulitore ad ultrasuoni
Fasi della pulizia ad ossigeno e verifica
Pulizia di tubazioni e fruste
Pulizia delle bombole da immersione, delle rubinetterie e degli erogatori
Schedatura degli interventi ed etichettatura dell'attrezzatura
MODULO 3 - Teoria per le pratica della miscelazione
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
Informazioni generali
Massa, volume, temperatura e pressione
Gas ideali e gas reali
La legge di Avogadro ed il concetto di mole
La legge dei gas perfetti
La legge di Boyle e Mariotte
La legge di Charles
Trasformazione adiabatica o calore di compressione
La Legge di Dalton
Il concetto di frazione di un gas
I gas reali e la Legge di Van Der Waals
Grado di precisione nella preparazione delle miscele - I software
Conclusioni
MODULO 4 - Caratteristiche dell'aria per miscelazione e
metodi di miscelazione
4.1
4.2
Informazioni generali
Caratteristiche dell'aria – grado di purezza
Blending & Mixing
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Modulo 1
Pure Tech Agency
Modulo 1
Pure Tech Agency
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Miscelazione per pressioni parziali
Miscelazione a peso
Metodi di miscelazione automatici
Miscelazione a membrana permeabile
Miscelazione a flusso continuo
MODULO 5 - Apparecchiature per la miscelazione
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
Informazioni Generali
La direttiva PED
Compressore
Bombole di stoccaggio
Banco - Bombole di stoccaggio collegate
Rampa
Pannello manuale di miscelazione per pressioni parziali
Booster
Fruste e tubazioni
Valvole
Tubo miscelatore
Analizzatori
Manometri
Filtri
La logistica della stazione
Progettare la stazione
MODULO 6 - Pratica della miscelazione
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
6.14
6.15
Considerazioni generali
Miscelazione per pressioni parziali
Considerazioni sulla velocità di trasferimento dei gas
Approvvigionamento dei gas
Matematica e miscelazione
Formule per miscele binarie
Formule per miscele ternarie
Heliair
HelEan
Verifica delle miscele
Verifica delle miscele HelEan
Considerazione sugli errori
Applicazioni di una correzione su una miscela
L'etichettatura delle bombole
Il registro di consegna
MODULO 7 - La stazione di ricarica e miscelazione
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7.
Considerazioni generali
Il luogo di lavoro: normativa di riferimento e interlocutori privilegiati
L'operatore e la stazione: quale normativa di riferimento?
La questione della sicurezza
Incendio
Sommario delle raccomandazioni
Trasporto delle bombole su mezzi non dedicati
APPENDICE
Tabelle per miscelazione a peso
Bibliografia e sitografia
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Blending & Mixing
Premessa
Questo saggio è un manuale e come tale costituisce l’ausilio didattico per eccellenza del
corso Gas Blending PTA. Con tutto ciò questo manuale non sostituisce il corso completo, e
non può quindi essere considerato in alcun modo una fonte di apprendimento autonoma e
sufficiente.
Introduzione
Quello che rende l'attività subacquea sportiva tecnica una disciplina assolutamente
particolare, è la necessità di programmare e preparare con accuratezza le miscele
respiratorie. Decidere cosa respirare è una prerogativa sconosciuta alla maggior parte
delle discipline sportive; la subacquea tecnica, invece, ci pone nelle condizioni per le quali
è necessario decidere la composizione del “primo nutrimento”.
Sappiamo che è possibile astenersi dall'alimentarsi per molti giorni, mentre non possiamo
evitare di respirare per un tempo misurabile in poche decine di secondi. Questo ci conduce
a riflettere su quanto ogni singolo respiro, in ambiente subacqueo, non sia mai un atto
casuale, ma premeditato, programmato e controllato.
Gli istanti di separazione tra un respiro e l'altro sono l'attimo fuggente del piacere
dell'immersione, tuttavia possono trasformarsi in una situazione estrema e spesso
irreparabile se la preparazione e la gestione di ciò che viene respirato non viene eseguita
con la dovuta competenza e meticolosità.
Il livello di complessità raggiunto da questo manuale rappresenta un punto di equilibrio
tra necessità di addestramento e capacità di apprendimento. Questo equilibrio non è
statico, ma dinamico, prosegue nel tempo e non può certo ritenersi concluso con la fine di
questo manuale.
Molte nozioni si imparano sul campo, altre si apprendono solamente sotto la guida di uno
specialista, fornitore o installatore di uno specifico apparecchio o sistema.
Il pericolo è sempre in agguato quando si tratta di miscelare gas ad alta pressione e non
bisogna mai dare nulla per scontato.
Scopo del manuale
Questo manuale si rivolge ai futuri Operatori di Sistemi di Miscelazione (OSM), ed offre
le conoscenze di base per essere in grado di allestire una stazione di miscelazione e carica
di gas respirabili per l'attività subacquea sportiva.
I contenuti di questo manuale non riguardano in alcun modo gli argomenti correlati agli
impianti di miscelazione professionale o industriale: questi sono ben più complessi ed
esulano dallo scopo di questo manuale.
Ogni dispositivo e macchinario facente parte di un sistema di miscelazione richiede ed è
corredato da una manualistica dedicata e specifica, contenente dati e prescrizioni ai quali
l’allievo e futuro operatore deve attenersi in modo molto preciso.
In ragione di una costante evoluzione dei sistemi e delle procedure il futuro operatore non
può esimersi dal mantenersi costantemente aggiornato sulle procedure e sulle normative
di riferimento.
Significato di Gas Blending
Ruolo, responsabilità e collocazione professionale
dell'Operatore
Questo corso intende fornire le conoscenze di base per la formazione di Operatori di
Sistemi di Miscelazione (OSM o Blender), professionisti in grado di:
• Gestire le operazioni di una stazione di miscelazione e carica di gas per l'attività
subacquea sportiva
• Gestire una ragionata scelta e collocazione delle apparecchiature necessarie;
Blending & Mixing
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Pure Tech Agency
Modulo 1
Pure Tech Agency
•
•
•
•
•
Eseguire i calcoli per la preparazione delle miscele;
Produrre e distribuire le miscele in modo sicuro ai subacquei;
Verificare e controllare le miscele prodotte;
Saper ricondurre le proprie azioni ad una normativa di riferimento;
GARANTIRE L'ACCURATEZZA DELLE MISCELE E LA SICUREZZA DELLA
STAZIONE
L'Operatore è l'unico incaricato a produrre le miscele di gas e soprattutto a certificare
l'esatto contenuto di una bombola.
La necessità di poter affidare la gestione delle stazioni di ricarica a personale qualificato,
in prospettiva di una sempre maggior diffusione di centri di immersioni tecnica e punti
vendita specializzati, renderà la figura dell'OSM sempre più richiesta.
L'OSM è un professionista nel suo ambito specifico, è colui che deve possedere una visione
globale ed una preparazione multidisciplinare, in grado di stabilire le priorità delle
operazioni, garantire la sicurezza e soprattutto riconoscere quando un evento specifico
richieda il contributo di uno specialista esterno.
Fornire gas idonei alla respirazione in ambiente subacqueo è un lavoro di responsabilità
che ha anche implicazioni giuridiche.
Definizione di “SISTEMA”
Nel testo si troverà spesso il termine “sistema”. Esso definisce “l'unione di due o più
attrezzature per costituire un tutto integrato”. Le attrezzature sono: i recipienti, le
tubazioni, gli accessori di sicurezza, gli accessori a pressione, i costituenti di un qualunque
congegno, i dispositivi aventi una specifica funzione e le apparecchiature che richiedono
l'uso di una qualche forma di energia.
Qualunque oggetto sui cui opera l'OSM è definibile come sistema.
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Blending & Mixing
Indice
Premessa
Introduzione
Scopo del manuale
Significato di Gas Blending
Ruolo, responsabilità e collocazione professionale dell'Operatore
Definizione di “SISTEMA”
9
9
9
9
9
10
MODULO 1
I gas respirabili per l'attività subacquea
Obbiettivi
1.1 Informazioni Generali
1.2 L'aria
1.3 L'ossigeno
1.4 I gas Inerti
1.5 Miscele Binarie (argox, nitrox ed eliox)
1.6 Miscele ternarie (trimix ed heliair)
1.7 I gas pericolosi
13
13
13
13
13
13
14
15
16
16
MODULO 2
Effetti e reazioni dell’ossigeno con i sistemi di miscelazione e significato di
“servizio ad ossigeno”
Obbiettivi
2.1 Informazioni Generali
2.2 Ossidazione e combustione
2.3 Ossigeno compatibilità
2.4 Pulizia ad ossigeno
2.5 Servizio ad ossigeno
2.6 L’ambiente di lavoro
2.7 Agenti contaminanti
2.7.1 Trucioli (Burrs)
2.8 Fonti di innesco
2.9 Miscele iperossigenate
2.10 Le operazioni di pulizia a ossigeno e loro verifica
2.11 Agenti sgrassanti
2.12 Pulizia per mezzo di apparecchio pulitore ad ultrasuoni
2.13 Fasi della pulizia ad ossigeno e verifica
2.14 Pulizia di tubazioni e fruste
2.15 Pulizia delle bombole da immersione, delle rubinetterie e degli erogatori
2.16 Schedatura degli interventi di manutenzione ed etichettatura dell'attrezzatura
19
MODULO 3
Teoria per la pratica della miscelazione
3.1 Informazioni Generali
3.2 Massa, volume, temperatura e pressione
3.3 Gas ideali e gas reali
3.4 La Legge di Avogadro ed il concetto di mole
3.5 La legge dei gas perfetti
3.6 la Legge di Boyle e Mariotte
3.7 La legge di Charles
3.8 Trasformazione adiabatica o calore di compressione
3.9 La Legge di Dalton
3.10 Il concetto di frazione di un gas
3.11 I gas reali e la Legge di Van Der Waals
3.12 Grado di precisione nella preparazione delle miscele - I software
3.13 Conclusioni
41
41
41
41
42
42
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44
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46
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Modulo 1
Pure Tech Agency
MODULO 4
Caratteristiche dell'aria per miscelazioni e metodi di miscelazione
4.1 Informazioni generali
4.2 Caratteristiche dell'aria per miscelazioni – grado di purezza
4.3 Miscelazione per pressioni parziali
4.4 Miscelazione a peso
4.5 Metodi di miscelazione automatici
4.6 Miscelazione a membrana permeabile
4.7 Miscelazione a flusso continuo
55
55
55
55
57
58
60
60
61
MODULO 5
Apparecchiature per la miscelazione
Obbiettivi
5.1 Informazioni Generali
5.2 La direttiva PED
5.3 Compressore
5.4 Bombole di stoccaggio
5.5 Banco - Bombole di stoccaggio collegate
5.6 Rampa
5.7 Pannello manuale di miscelazione per pressioni parziali
5.8 Booster
5.9 Fruste e tubazioni
5.10 Valvole
5.11 Tubo miscelatore
5.12 Analizzatori
5.13 Manometri
5.14 Filtri
5.15 La logistica della stazione
5.16 Progettare la stazione
63
63
63
63
64
65
66
72
72
73
73
73
75
77
77
78
79
79
81
MODULO 6
Pratica della miscelazione
6.1 Considerazioni generali
6.2 Miscelazione per pressioni parziali
6.3 Considerazioni sulla velocità di trasferimento dei gas
6.4 Approvvigionamento dei gas
6.5 Matematica e miscelazione
6.6 Formule per miscele binarie
6.7 Formule per miscele ternarie
6.8 Heliair
6.9 Helean
6.10 Verifica delle miscele
6.11 Verifica delle miscele HelEan
6.12 Considerazioni sugli errori
6.13 Applicazione di una correzione su una miscela
6.14 L'etichettatura delle bombole
6.15 Il registro di consegna
85
85
85
86
87
87
88
90
92
94
96
97
97
98
99
100
101
MODULO 7
La stazione di ricarica e miscelazione
7.1 Considerazioni generali
7.2 Il luogo di lavoro: normativa di riferimento e interlocutori privilegiati
7.3 L'operatore e la stazione: quale normativa di riferimento?
7.4 La questione della sicurezza
7.5 Incendio
7.6 Sommario delle raccomandazioni
7.7 Trasporto delle bombole su mezzi non dedicati
103
103
103
104
105
107
108
109
110
APPENDICE
Tabelle per miscelazione a peso
Bibliografia
Sitografia
113
113
114
114
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Blending & Mixing
MODULO 1
I GAS RESPIRABILI PER L'ATTIVITÀ SUBACQUEA
Obbiettivi
Al termine di questo modulo saremo in grado di:
• Conoscere la natura e la tipologia dei gas e delle miscele di gas respirabili per
l'attività subacquea.
1.1
Informazioni Generali
Una miscela di gas per essere respirabile e adatta a mantenere efficientemente un
essere umano in vita deve ovviamente contenere una certa quantità di ossigeno. L'aria
è una miscela di gas composta per lo più da ossigeno e azoto alla quale il nostro corpo
si è perfettamente adattato in condizioni normobariche. In condizioni iperbariche l'aria
tende a perdere le sue caratteristiche di gas ideale e lascia spazio a miscele di gas di
diversa composizione che meglio si adattano alle esigenze fisiologiche ed operative di un
subacqueo esposto ad elevate pressioni.
Le preparazione di queste miscele di gas è compito esclusivo dell’Operatore di Sistemi di
Miscelazione.
Analizzeremo brevemente alcune delle caratteristiche principali dei gas utilizzati
nell'impiego subacqueo sportivo e le miscele che con essi si possono ottenere.
I gas descritti in questo modulo sono disponibili sul mercato e vengono generalmente
distribuiti contenuti in apposite bombole ad alta pressione.
1.2
L'aria
L’aria è la miscela di gas che avvolge il nostro pianeta ed è composta da:
• azoto (simbolo chimico N2) per il 78,08 %
• ossigeno (simbolo chimico O2) per il 20,95 %
• biossido di carbonio (comunemente chiamata anidride carbonica, simbolo chimico
CO2) per lo 0,03 %
• altri gas per la restante parte.
Ai fini dei calcoli per la preparazione delle miscele si approssima la composizione dell’aria
come segue:
• azoto 79,00 %
• ossigeno 21,00 %
L’aria per uso respiratorio subacqueo sportivo viene “catturata” dall’atmosfera stessa,
compressa ed immessa nelle bombole.
Esistono metodi industriali di preparazione di aria sintetica, composta solamente da azoto ed
ossigeno, le cui sostanziali differenze con l’aria atmosferica sono il grado di purezza ed il costo.
1.3
L'ossigeno
L'ossigeno è l'elemento chimico più diffuso sulla terra: da solo rappresenta poco meno del
50% dell'intera massa del pianeta in percentuali variabili. È presente negli oceani che
ne contengono una percentuale prossima all'87%, nell'aria per il 21% circa (nelle sue due
Blending & Mixing
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Modulo 1
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forme molecolari O2, ossigeno, ed O3, ozono), nelle rocce ed in tutti i composti organici del
carbonio (quindi in tutti gli esseri viventi). L'ossigeno è prodotto in grande quantità dai
processi di fotosintesi ed in forma gassosa risulta essere inodore, incolore ed insapore.
È l'unico gas indispensabile alla vita e viene “somministrato” a tutti gli esseri viventi
tramite la respirazione. La dose di ossigeno vitale per un essere umano deve rispettare
certi parametri di quantità al di sotto dei quali l'ossigeno diventa incapace di sostenere
la vita, mentre al di sopra diventa tossico. Per queste ragioni la calibrazione dell'ossigeno
in una miscela respiratoria deve essere precisa e chiaramente comunicata al subacqueo
utilizzatore della miscela.
L'ossigeno è un potente ossidante, ragion per cui tende a legarsi con moltissimi elementi
formando gli ossidi.
È l'elemento dominante nei fenomeni di combustione ed a determinate condizioni di
pressioni e/o concentrazioni può reagire violentemente con sostanze combustibili dando
origine a reazioni esplosive ed incendiarie.
Esistono alcune classificazioni per l'ossigeno che ne definiscono i parametri di utilizzo:
l’ossigeno classificato come “grado A tipo I” (per uso medicale o aeronautico) è adatto
anche per le immersioni. L’ossigeno di tipo industriale, invece, può contenere tracce di
CO2, acetilene, metano, idrocarburi, solventi o altri contaminanti che nella pratica
dell’attività industriale non hanno nessun rilievo ma possono risultare estremamente
dannosi per l’attività subacquea.
L’ossigeno allo stato gassoso respirabile deve essere puro almeno al 99% e non deve
contenere nessun particolare odore, né contenere vapore acqueo condensato.
Il subacqueo in immersione può esperienziare la sensazione di sapore metallico in
bocca, soprattutto durante i primi istanti di respirazione dopo la presa di contatto
con una decompressiva nitrox in risalita da una immersione profonda. Questa
sensazione, il più delle volte, non è da interpretarsi come un potenziale segnale di
contaminazione della miscela, ma piuttosto come un effetto associato al fenomeno
della narcosi da azoto.
1.4
I gas Inerti
L'azoto
L'azoto in forma molecolare è un gas incolore, inodore ed insapore. Molto raro nella crosta
terrestre è invece presente per il 78,08% nell'atmosfera. L'azoto viene prodotto tramite
distillazione frazionata dell'aria liquida, ha simbolo chimico N2, ed è un gas che in
condizioni standard non reagisce con gli altri elementi. Sebbene non mantenga le funzioni
vitali e quindi non partecipi ai processi metabolici è parte costituente degli amminoacidi
che sono i mattoni delle proteine.
L'azoto non è tossico a pressione ambiente, ma se liberato in ambiente chiuso non
ventilato è in grado di ridurre la concentrazione di ossigeno fino al punto di provocare
ipossia.
Respirato a pressioni elevate, assieme all'ossigeno, produce i ben noti effetti narcotici.
L'elio
L'elio (simbolo chimico He) è un gas incolore, inodore ed insapore ed è il secondo elemento
chimico in ordine di abbondanza nell'universo dopo l'idrogeno. È definito un gas nobile in
quanto non reagisce con gli altri elementi, a meno di non essere esposto a bombardamenti
di elettroni, ed è meno solubile in acqua di qualsiasi altro gas.
Sul nostro pianeta l'elio viene estratto da bacini naturali sotterranei soprattutto nel nord
America ed in alcune regioni dell'Africa, ragion per cui è un gas piuttosto costoso. L'elio,
che migra verso la superficie ed entra nell'atmosfera, tende poi a disperdersi nello spazio
in virtù del suo basso peso molecolare.
14
Blending & Mixing
Una particolarità dell'elio riguarda la sua temperatura di inversione, che descriviamo in
modo semplificato. La maggior parte dei gas compressi che si espandono attraverso un
orifizio si raffreddano. La temperatura di inversione (TI) è la temperatura alla quale un
gas in espansione non cambia più la sua temperatura. Se la temperatura iniziale del gas
è al di sotto della temperatura di inversione massima, il gas si raffredda; se è superiore
invece si riscalda. I gas hanno generalmente la temperatura di inversione massima
al di sopra della temperatura ambiente, mentre l'elio, l'idrogeno ed il neon hanno la
temperatura di inversione molto al di sotto dei 0°C. Pertanto a determinate condizioni di
pressione e temperatura l'elio in espansione si riscalda anziché raffreddarsi, come invece
ci si aspetterebbe.
Il fenomeno appena descritto può manifestarsi anche durante le fasi di carica
(compressione) di miscele di gas contenenti elio in bombole, le quali tenderanno a
raffreddarsi (o a riscaldarsi) in misura minore di quanto ipotizzato.
Anche l'elio non è un gas tossico, ma se disperso in un ambiente poco ventilato potrebbe
indurre a fenomeni di ipossia, anche se la sua volatilità ne rende difficile l'accumulo.
Data la sua “leggerezza molecolare”, tende a sottrarre calore con una certa facilità sia
attraverso la respirazione, sia per contatto cutaneo. Miscelato con l'ossigeno o aggiunto a
miscele ossigeno-azoto viene utilizzato nelle immersioni subacquee molto profonde, poiché
non provoca i fenomeni di narcosi dovuti all'azoto.
Respirato a pressioni molto elevate (oltre i 150 metri di profondità, miscelato con
l'ossigeno), può generare spasmi involontari dei muscoli nei soggetti esposti. Questo
fenomeno è detto sindrome nervosa da alta pressione e si previene aggiungendo una
certa quantità di azoto nella miscela respiratoria.
L'argon
È un gas piuttosto comune, e nonostante sia piuttosto costoso, è solitamente utilizzato in
modeste quantità per gonfiare le mute stagne in virtù della sua struttura molecolare che
lo rende più isolante dell'aria (maggior potere coibente). Viene pertanto trasportato dai
subacquei in immersione per mezzo di bombole di 1 o 2 litri massimo di volume.
Ha elevati effetti narcotici pertanto come gas respirabile viene utilizzato solamente
in fase decompressiva durante le soste più superficiali per diluire la dose altrimenti
eccessiva dell'ossigeno.
L'idrogeno ed il neon
L'idrogeno ed il neon sono dei gas per i quali è richiesta una capacità di gestione e
conoscenza che va oltre i propositi ed i contenuti di questo manuale. Hanno caratteristiche
che li differenziano notevolmente dai gas inerti precedentemente menzionati: la
potenziale esplosività del primo (in presenza di ossigeno), l'elevato costo del secondo e
la difficoltà oggettiva di produrre profili decompressivi adeguati li rendono di fatto
inadatti alle immersioni sportive. L'idrogeno è per di più estremamente leggero e sfugge
facilmente da qualsiasi valvola che non sia a perfetta tenuta.
1.5
Miscele Binarie (argox, nitrox ed eliox)
L'argox
L'argox è una miscela di gas binaria composta da argon e ossigeno. Generalmente la
percentuale di ossigeno in questo tipo di miscele non è mai inferiore all'80%.
Il nitrox
Il nitrox è una miscela di gas binaria composta da azoto e ossigeno in percentuali
variabili. È comunemente
nota come aria iper-ossigenata. Infatti l’ossigeno è
generalmente presente in percentuale superiore a quella presente nell’aria (> 21%).
Al fine di identificare correttamente la percentuale esatta di ossigeno presente in una
miscela nitrox si adotta la denominazione EANx, con X esprimente la percentuale di
ossigeno nella miscela.
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Modulo 1
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Modulo 1
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EAN32 = miscela nitrox contenete il 32% di ossigeno;
EAN50 = miscela nitrox contenente il 50% di ossigeno;
EAN21 = aria.
La dicitura EANx, tramite appositi adesivi, deve essere applicata in modo visibile su
tutte le bombole contenenti nitrox ed indicare sempre la percentuale di ossigeno.
Nelle stazioni di ricarica il nitrox si ottiene generalmente aggiungendo ossigeno all’aria
fino ad ottenere il valore di “X” desiderato.
L’eliox
L’eliox è una miscela di gas binaria composta da Elio e Ossigeno in percentuali variabili.
È ottenibile solamente miscelando elio con ossigeno.
1.6
Miscele ternarie (trimix ed heliair)
Il trimix
Il trimix è una miscela di gas ternaria che contiene ossigeno, azoto ed elio in percentuali
variabili. È sicuramente la miscela maggiormente usata dai subacquei sportivi nelle
immersioni profonde in circuito aperto.
Al fine di identificare correttamente la percentuale esatta di ossigeno, elio ed azoto
presenti in una miscela trimix, si adotta la denominazione trimix seguito da due numeri
separati da una barra. Il primo indica la percentuale di ossigeno, il secondo la percentuale
di elio (la percentuale di azoto si evince per differenza oppure viene indicata per ultima).
Trimix 18/40=
Trimix 14/50=
miscela trimix contenete il 18% di ossigeno ed il 40% di elio
(percentuale di azoto=100-18- 40=42%);
miscela trimix contenete il 14% di ossigeno, il 50% di elio
(percentuale di azoto 36%);
L'heliair e l'helean
L’heliair è una miscela trimix che per comodità viene creata aggiungendo elio all’aria.
Nella pratica della miscelazione, per semplificare le procedure di ottenimento del trimix,
si usa talvolta il procedimento di miscelare elio con aria oppure elio con miscele EANx di
composizione nota. In questo ultimo caso la miscela ottenuta si chiama HelEan.
Una miscela contenete ossigeno, elio e azoto, indipendentemente da come si sia ottenuta,
è sempre bene sia identificata come miscela trimix per evitare fraintendimenti: il termine
trimix, infatti, è quello maggiormente noto alla maggioranza della comunità dei subacquei.
1.7
I gas pericolosi
Tutti gli altri gas non menzionati in questo modulo sono da considerarsi potenzialmente
pericolosi.
Gas estranei possono interferire con il corretto funzionamento metabolico del subacqueo,
oppure risultare immediatamente pericolosi se inalati, e pertanto non devono interferire
con le operazioni di carica.
Tra i vari gas pericolosi è opportuno citare l’Anidride Carbonica altrimenti conosciuta
come biossido di carbonio, CO2. Questo gas è il prodotto di scarto della respirazione
degli organismi viventi e viene abbondantemente emesso dai motori a combustione. Se
respirato in ambiente iperbarico, ovvero in profondità, risulta estremamente pericoloso
in quanto rovina drammaticamente le prestazioni del subacqueo con conseguenze spesso
disastrose. Esso non deve prendere parte nei processi di preparazione delle miscele,
ragion per cui devono essere prese tutte le necessarie precauzioni affinché non avvenga
alcuna contaminazione.
16
Blending & Mixing
L’anidride carbonica non va confusa con il monossido di carbonio (CO) il quale
è un gas prodotto dai motori termici particolarmente inefficienti o arretrati e
generalmente a seguito di combustioni in scarsità d’aria. Il CO è ancora più
pericoloso della CO2. Mentre la CO2, pur generando asfissia, non è velenosa, il CO
è estremamente tossico anche in modeste quantità ed in caso di avvelenamento
da CO è necessario somministrare ossigeno puro all’infortunato e sottoporlo ad un
successivo trattamento iperbarico.
L'ambiente di preparazione delle miscele deve essere pertanto mantenuto costantemente
protetto da fonti di inquinamento quali strade trafficate, motori termici, polveri e
salsedine.
Blending & Mixing
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Modulo 1
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Modulo 1
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Blending & Mixing
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Obbiettivi
• Comprendere l'ossigeno e le sue proprietà
• Conoscere i rischi insiti nell'utilizzo dell'ossigeno
• Conseguire una conoscenza di base relativa al comportamento ed all'idoneità dei
sistemi e dei materiali che operano in presenza di ossigeno
• Comprendere l'importanza ed il significato operativo di “pulizia ad ossigeno”,
“ossigeno compatibilità” e “servizio ad ossigeno”
2.1
Informazioni Generali
Il 27 gennaio 1967 la prima delle missioni del programma di esplorazione lunare
Apollo, che avrebbe portato da li a pochi giorni 3 astronauti in orbita terrestre, finì in
tragedia ancor prima dell'accensione dei motori. Durante un test prevolo, una scintilla
prodotta da una connessione elettrica malamente isolata innescò un incendio all'interno
dell'atmosfera di puro ossigeno dell'astronave. I tre astronauti perirono in pochi secondi.
Persino un ente tecnologicamente avanzato e autorevole come la NASA ha pagato a caro
prezzo il rischio di operare in ambienti ricchi di ossigeno.
Questo triste episodio ci fa capire quanto sia importante conoscere a fondo le proprietà di
questo gas.
Il motore di un aereo a reazione può funzionare finché opera all’interno dell’atmosfera,
mentre cesserebbe di funzionare oltre quelle quote dove la presenza di ossigeno viene a
mancare. I razzi spaziali, oltre al combustibile, devono quindi trasportare un'altrettanto
notevole quantità di comburente (ovvero di ossigeno) per poter funzionare al di fuori
dell’atmosfera. Combustibile e comburente vengono miscelati negli ugelli di scarico dove
una fonte di innesco avvia una “controllata” reazione esplosiva che genera la spinta in
una determinata direzione.
Qualsiasi fenomeno di combustione, sia ad evoluzione lenta sia esplosivo, per avvenire ha
bisogno quindi di 3 elementi contemporaneamente presenti e distinti: un combustibile, un
comburente ed una fonte di innesco. Se manca anche uno soltanto di questi elementi un
fenomeno di combustione non può avvenire. Questa condizione è definita come “triangolo
di fuoco” , un nome il cui significato è inequivocabile
2.1.1 Triangolo di fuoco
Blending & Mixing
19
Modulo 2
MODULO 2
EFFETTI E REAZIONI DELL’OSSIGENO CON I
SISTEMI DI MISCELAZIONE E SIGNIFICATO
DI “SERVIZIO AD OSSIGENO”
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Modulo 2
L’ossigeno è un fenomenale comburente e questo significa che per evitare eventi incendiari
i sistemi che operano in presenza di ossigeno ad alte pressioni o alte concentrazioni non
devono comportarsi come combustibile (un semplice o-ring in gomma) né offrirsi come
fonte di innesco (una piccola scarica di elettricità statica).
2.1.2 Simbolo identificativo delle sostanze comburenti nella UE
Qualsiasi equipaggiamento e qualsiasi macchinario che entra in contatto o opera con
l’ossigeno deve ottemperare a dei parametri definiti come grado di “pulizia/compatibilità
a ossigeno”. Considerato che l’ossigeno ad alte pressioni e miscele di gas aventi alte
percentuali di ossigeno sono onnipresenti nell’immersione tecnica, l’inadempienza verso
queste procedure significa correre seri e prevedibili rischi di esplosione e/o incendio dalle
conseguenze gravi per gli operatori e gli utilizzatori di miscele.
2.2
Ossidazione e combustione
Un’altra proprietà evidente dell’ossigeno è la sua notevole capacità di reagire con
numerosissime altre sostanze avviando un processo chimico definito “ossidazione”.
Questo fenomeno è il responsabile della formazione della ruggine, dell’indurimento delle
guarnizioni in gomma e di molti altri fenomeni. Anche le cellule umane sono soggette ad
ossidazione ed in particolare quelle deputate al meraviglioso e complesso fenomeno della
respirazione.
Un ossidazione rapida è in grado persino di generare un certa quantità di calore che, oltre
un certo livello, potrebbe innescare dei fenomeni cosiddetti di autocombustione.
La combustione è un processo di trasformazione chimica nel quale un combustibile ed un
comburente, reagendo tra loro grazie ad una fonte di innesco, producono energia.
Benché l’ossidazione non sia un fenomeno di per sé pericoloso, i materiali ossidati possono
comportarsi sia come fonte di innesco sia come sostanza combustibile.
La combustione in presenza di ossigeno ad alte pressioni e/o concentrazioni è sempre un
fenomeno di natura violenta e incendiaria.
2.3
Ossigeno compatibilità
Un qualsiasi materiale si dice “ossigeno compatibile” se è in grado di poter rimanere a
contatto e operare sia con ossigeno puro sia con miscele ad alta concentrazione di ossigeno
senza rendersi combustibile.
Sebbene non esistano materiali del tutto ossigeno compatibili (persino il cemento
armato ed i metalli bruciano in presenza di alte concentrazioni di ossigeno), il grado di
compatibilità di un materiale con l’ossigeno dipende primariamente da 2 proprietà del
materiale stesso: dalla sua temperatura di ignizione, altrimenti definita di auto-innesco,
che è la temperatura oltre la quale un materiale si incendia anche in assenza di una fonte
di innesco, e dalla sua capacità di disperdere calore.
Affinché un materiale si possa definire ossigeno compatibile, la sua temperatura di
ignizione deve essere maggiore rispetto alla temperatura raggiungibile da un sistema
durante il suo funzionamento.
20
Blending & Mixing
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Il grafico 2.3.1 illustra le temperature di ignizione di alcuni metalli in funzione della
pressione dell'ossigeno nella quale sono immersi.
Modulo 2
I dati delle tabelle 2.3.1 e 2.3.2 si ricavano grazie a prove di laboratorio la cui
attuazione non è esente da rischi. Inoltre è importante comprendere che alcuni dei
fattori di mitigazione (accorgimenti atti a contenere il pericolo durante i test), le
modalità stesse con cui si predispone il materiale per i test (forma fisica) e numerosi
altri fattori influenzano i dati stessi. I grafici pertanto hanno solamente un valore
indicativo.
2.3.1 Grafico delle temperature di ignizione di alcuni metalli in presenza di ossigeno
La considerazione più importante che emerge dal grafico 2.3.1 è che la temperatura di
auto-innesco dei metalli in elenco, ad eccezione dello zinco, diminuisce all'aumentare della
pressione dell'ossigeno.
Ad un'analisi più approfondita si scoprirà che alcune delle temperature evidenziate
sono ben superiori alla temperatura di fusione dei metalli stessi. Questo non deve
sorprendere perché non devono essere confuse le differenze che stanno dietro i
significati scientifici di fusione e combustione.
Questo fenomeno avviene anche per i materiali non metallici con la sola differenza che
il valore del decremento della temperatura di auto-innesco è compreso in una gamma di
poche centinaia di gradi così come evidenziato nel grafico 2.3.2.
2.3.2 Graperature di ignizione di alcuni materiali non metallici in presenza di ossigeno
Blending & Mixing
21
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Decidere quale materiale sia il più idoneo per un sistema che lavora in presenza di
ossigeno è una questione abbastanza complessa e non può essere risolta semplicemente
affidandosi ai dati dei due grafici. Altri fattori incidono sul grado di idoneità tra i quali
è importante citare: il grado di resistenza del materiale verso gli agenti ossidanti, il
comportamento a seguito di ossidazione, il livello di attitudine al rilascio di burrs (vedi
paragrafo 2.7, “burrs”), la lavorabilità ed altro ancora. La decisione sulla scelta dei
materiali da impiegarsi in un sistema, qualsiasi esso sia, che opera in presenza di ossigeno
deve essere pertanto affidata a personale specializzato nella gestione di tali sistemi.
Modulo 2
Benché gli o-ring in viton siano ampiamente usati, sarebbero da preferire gli o-ring in
nitrile nonostante abbiano una temperatura di ignizione inferiore rispetto a quella del
viton. Il viton quando brucia produce fumi tossici.
L'alluminio, nonostante abbia una temperatura di ignizione elevata, non risulta essere
adatto come materiale per tubazioni preposte al trasporto di ossigeno, laddove è invece
usato per le bombole ad uso subacqueo contenenti miscele con elevate percentuali di
ossigeno.
La tabella qui di seguito indica alcuni materiali definibili come “ossigeno compatibili”
che possono essere usati con una ragionevole sicurezza, purché non contaminati dalla
presenza di altri materiali.
METALLI
Acciaio inossidabile 316L
Lega Monel (nichel-rame) 400
Lega Inconel (nichel-cromo) 600
Rame e leghe del rame (ottone)
NON METALLI
Nylon 11
Viton
Nitrile
Teflon (TFE e PTFE)
È bene ricordare che sebbene i metalli e le leghe elencati in tabella possiedano una
buona resistenza alla corrosione, possono sia essere intaccati da alcuni acidi sia
subire un processo di ossidazione. Gli acidi vengono talvolta impiegati per la pulizia di
alcuni componenti degli erogatori, rubinetterie o altri apparati, mentre l'ossidazione
è un fenomeno inevitabile che deve essere contrastato attraverso una opportuna
manutenzione.
L'acciaio inossidabile, contrariamente al nome che lo contraddistingue, si ossida
facilmente in superficie ricoprendosi di uno strato di ossidi invisibili. Questi ossidi hanno
però la proprietà di protegge il metallo sottostante dalla corrosione. Inoltre l'acciaio
inossidabile ha la caratteristica di essere facilmente pulibile ed ha quindi un ottimo
coefficiente igienico.
Il rame è un altro metallo non eccessivamente costoso spesso impiegato per la costruzione
di sistemi per l'ossigeno (tubi di connessione), tuttavia manifesta una certa tendenza
ad ossidare, talvolta in modo repentino, ragion per cui il suo utilizzo non deve essere
mai dato per scontato e richiede, così come per l'acciaio inossidabile, cautele e pratiche
manutentive determinate dall'architettura e dalla tipologia del sistema di cui fa parte.
Anche il luogo in cui viene allestito un sistema, quale può essere una stazione di
ricarica, influenza molti parametri. La vicinanza del mare rende l'ambiente atmosferico
particolarmente aggressivo nei confronti dei metalli, ragion per cui il programma
manutentivo ed ispettivo dei sistemi che operano in ambienti ritenuti “aggressivi” dovrà
essere particolarmente severo e frequente.
22
Blending & Mixing
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Pulizia ad Ossigeno
Per “pulizia ad ossigeno” ci si riferisce al grado di pulizia del sistema o del componente, o
più specificatamente all’assenza di contaminanti e/o particelle che possano comportarsi
sia come combustibile sia come fonte di innesco. La condizione per cui il grado di pulizia
possa essere definito “certamente adeguato e sufficiente” la si consegue attraverso un vero
e proprio lavoro di ripulitura.
Un sistema o componete una volta pulito ad ossigeno deve rimanere tale fino alla
successiva operazione di ossigeno-pulizia o almeno per un determinato periodo. Bisogna
prestare attenzione alle valvole, agli elementi di connessione, agli ingressi di tubi e
fruste e a tutte quelle parti che possono fungere da trappole per contaminanti. Durante
questo periodo di operatività dobbiamo evitare gli accumuli di contaminanti in zone
localizzate del nostro sistema o componente. Pertanto l’uso di tali sistemi o componenti
richiede un'attenzione ed un impegno maggiore rispetto ai sistemi per i quali non è
richiesta la pulizia ad ossigeno: non vanno quindi lasciati esposti a polveri e sporcizia
in generale. Buste pulite di Nylon possono essere un valido contenitore per conservare
un componente pulito ad ossigeno durante l’inutilizzo. oppure per mantenerlo pulito
in attesa del ri-assemblaggio. È inoltre opportuno non consentire che tali componenti
vengano maneggiati da individui senza che questi non abbiano ricevuto una adeguata
preparazione al riguardo.
2.5
Servizio ad ossigeno
Per servizio ad ossigeno si intende un sistema o componente che sia nel contempo
ossigeno-compatibile e pulito ad ossigeno, e quindi adatto ad essere impiegato in presenza
di ossigeno. Una sola delle due condizioni non è sufficiente.
La messa a servizio ad ossigeno è la condizione per cui gli elementi combustibile ed
innesco vengono rimossi dal triangolo di fuoco.
Una volta che un sistema o componente sono stati portati a servizio ad ossigeno questi
devono essere opportunamente etichettati in maniera tale da essere immediatamente
riconoscibili. È buona norma, laddove possibile, apporre la data di certificazione ad opera
del manutentore dell’avvenuta messa in servizio ad ossigeno.
se un erogatore, una bombola o un qualsiasi equipaggiamento a servizio ad ossigeno
viene utilizzato anche solamente una volta con aria compressa o qualsiasi altro
gas proveniente da un sistema o compressore non a servizio ad ossigeno, tale
equipaggiamento non può essere più considerato idoneo per l’impiego ad ossigeno.
La messa a servizio ad ossigeno di un sistema o componente comporta l'esecuzione delle
seguente azioni di indirizzo generale:
1.
2.
3.
4.
5.
Disassemblare il sistema o componente.
Rimuovere i componenti non ossigeno compatibili dal sistema e sostituirli con
componenti costruiti con materiali ossigeno compatibili in grado di assolvere le
medesime funzioni, con lo stesso grado di efficienza, ed il cui utilizzo è stato
approvato dal fabbricante del sistema.
Eseguire le operazioni di pulizia atte a rimuovere i contaminanti presenti su
TUTTI i componenti del sistema che operano a contatto con l'ossigeno o con
miscele iper-ossigenate. È buona norma pulire anche quei componenti che
si ritiene possano venire a contatto accidentalmente con l'ossigeno per errore
dell'operatore o guasto del sistema.
Assemblare nuovamente il sistema o componente
Assicurare il mantenimento a servizio ad ossigeno del sistema per tutto il
tempo necessario
Blending & Mixing
23
Modulo 2
2.4
Pure Tech Agency
Modulo 2
2.6
L’ambiente di lavoro
L’ambiente di lavoro e gli attrezzi con i quali si opera devono essere mantenuti sempre
ragionevolmente puliti. Questa buona regola dovrebbe comunque essere adottata, nel
limite del possibile, anche per i sistemi che non lavorano a diretto contatto con l’ossigeno
a tutto beneficio della qualità delle miscele e quindi della sicurezza dei subacquei.
La pulizia è sempre una buona cosa, “ma non bisogna diventare isterici”: in ogni caso già
l’assenza di odori di derivazione da idrocarburi in generale, olii e polveri è già un buon
indicatore di come una stazione di ricarica venga tenuta.
Un adeguata ventilazione con aria fresca pulita deve essere sempre garantita ed
eventualmente interrotta (anche chiudendo semplicemente la finestra) ogniqualvolta si
sospetta possano entrare contaminanti dall’esterno soprattutto durante le operazioni di
pulizia.
L’operatore dovrebbe indossare occhiali di protezione ed un camice bianco (meglio quelli in
uso nei laboratori che non rilasciano fibre e fili volatili, e offrono una certa protezione), così da
rivelare eccessive macchie di sporco potenzialmente pericoloso. È consigliato l’uso di guanti di
tipo chirurgico durante le operazioni di pulizia privi di talco o qualsiasi altra polvere.
Le attrezzature di base da avere in dotazione sono:
• Indumenti di protezione
• Pulitore ad ultrasuoni per bagni in acqua, acido o detergenti (possibilmente con
riscaldatore per accelerare i processi di pulizia)
• Vari contenitori di acciaio inox e vetro o plastica per i risciacqui
• Fonte di luce ultravioletta possibilmente direzionabile per le ispezioni post pulizia
• Una piccola torcia
• Set di Pinze (alcune in acciaio inox)
• Attrezzi vari da ferramenta
• Spazzole di varie dimensioni, di cui almeno una in nylon
• Contenitori vari per il contenimento di oggetti e di liquidi, di cui almeno uno
graduato (in acciaio, vetro e/o plastica trasparente)
• Cartine al tornasole
• Carta assorbente e da filtro da laboratorio non pelose
• Grassi lubrificanti ossigeno compatibili
• Acqua demineralizzata e pura
• Adeguata fonte luminosa (meglio se munita di lente di ingrandimento per le
ispezioni)
• Buste e sacchetti in nylon
• Fonte di aria pulita o azoto privi di inquinanti in pressione
• Un piano di lavoro possibilmente di colore chiaro
• Kit di pronto soccorso comprendente sistemi per il trattamento di ustioni e
scottature
Questa lista non contiene tutti gli attrezzi utili per un servizio di manutenzione globale.
È opportuno per questi riferirsi ai set di attrezzi previsti dai manuali di manutenzione
di qualsiasi apparato, i quali dovrebbero essere mantenuti separati dal resto
dell’attrezzatura e mantenuti puliti.
I sistemi complessi e le attrezzature in generale come bombole, rubinetterie, erogatori
devono essere tenuti adeguatamente protetti dalla polvere e umidità quando non sono
in uso: questa è una buona regola da adottare anche per le attrezzature che non lavorano
con ossigeno puro.
Particolare cura deve essere garantita alle vie di ingresso ed uscita dei gas: queste devono
essere mantenute protette per mezzo di tappi appositi o coperchi (nel caso non esistano di
specifici bisogna autocostruirseli) ogniqualvolta non siano in uso.
24
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2.7
Agenti contaminanti
Gli agenti contaminanti più comuni che possono fungere sia da combustibile sia da
sorgente di innesco sono:
Grassi al silicone
Olii motore, olii per compressori e lubrificanti
Idrocarburi gassosi o condensati
Molti solventi e detergenti
Vernici e alcuni tipi di inchiostro
Cromature soggette ad esfoliazione
Ruggine e polveri di ruggine
Polvere di carbonio e ceneri
Depositi di polveri e polveri in sospensione
Oli per la pelle
Alcuni sigillanti per filettatura delle tubazioni
Saponi e detergenti
Particelle metalliche (polveri da limatura e trucioli metallici)
Prodotti di derivazione da idrocarburi (gomme, plastiche, ecc.)
Modulo 2
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Per agente contaminante si intende non soltanto un corpo o una sostanza estranea,
ma anche qualsiasi materiale non ossigeno compatibile. Esso è da considerarsi come
una contaminazione del sistema e pertanto deve essere rimosso o deve essere messo in
condizione di non nuocere. Tra i contaminanti più pericolosi vi sono tutti quei materiali
di derivazione da idrocarburi: questi sono spesso di piccole dimensioni, per certi
aspetti insospettabili, come un semplice o-ring in gomma, e pertanto devono essere
infallibilmente identificati ed opportunamente sostituiti.
Alcuni contaminanti possono essere anche involontariamente introdotti nelle fasi non
operative o di approntamento di una stazione di ricarica dove la necessità di trattare
ossigeno non viene contemplata. Qualora si presenti la necessità di incominciare a
trattare ossigeno in un ambiente di lavoro già funzionante ma non dedicato, è necessario
prima pulire sia l’ambiente sia i sistemi (bombole comprese) che in esso e con esso
continueranno ad operare (la pulizia dei sistemi e delle attrezzature viene approfondita
nei paragrafi successivi).
Il progetto di una stazione di ricarica per miscele, generalmente, non prevede la
creazione di due ambienti realmente separati uno per l’aria compressa ed uno per le
miscele (soluzione che comunque non sempre porta dei vantaggi). Ne consegue che le
varie operazioni avvengono tutte nello stesso ambiente, ragion per cui l’intera stazione di
ricarica deve adottare tutte le accortezze del caso.
Trucioli (Burrs)
Trucioli e microframmenti metallici e non metallici (in inglese burrs), sono un presenza
estremamente rischiosa. Questi sono creati principalmente da un cattivo impiego di
attrezzi da taglio, oppure durante operazioni che comportano frizione tra metalli. Persino
l’uso di specilli da dentista per la rimozione di o-ring potrebbe causare il distacco di
trucioli dalle sedi finanche rovinare le filettature.
Operazioni quali il taglio delle tubazioni preposte al trasporto di gas, il serraggio delle
connessioni dotate di filettatura, solo per citare due esempi, devono quindi essere eseguite
con tutte le precauzioni del caso.
Se tali particelle sono presenti, un sistema NON può ritenersi a servizio ad ossigeno
nonostante sia composto da materiali ossigeno-compatibili e pulito.
Questi trucioli possono rivelarsi estremamente pericolosi per le seguenti ragioni:
Blending & Mixing
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Modulo 2
• Ostruiscono gli orifizi, e questo potrebbe creare shock pressori con innalzamento
delle temperature oltre i limiti di tollerabilità del sistema
• Possono impedire la corretta chiusura delle valvole
• Il loro impatto con le superfici interne di tubazioni, intersezioni, valvole,
fruste, ecc potrebbe dissipare localmente sufficiente energia da generare una
combustione sia sulle particelle stesse sia sulla zona colpita.
Una normale pulizia con spazzole o panni dedicati potrebbe non essere sufficiente e lo
strofinio potrebbe generare sufficiente elettricità statica tale da fare aderire i trucioli al
pezzo oggetto della pulizia.
Si rendono quindi necessarie pratiche di pulizia ulteriori in grado di rimuovere queste
particelle quali ad esempio getti di aria compressa oppure azoto (non contaminati da
idrocarburi), operazioni di spurgo con vapore pressurizzato o pompando ad alta pressione
il liquido pulente lungo le condutture.
2.8
Fonti di innesco
Le conseguenze di un innesco in un impianto che lavora in presenza di ossigeno sono sempre
disastrose. Capire come un innesco possa avvenire e prevedere una condizione di potenziale rischio
durante la vita operativa di una stazione di ricarica sono tra i compiti fondamentali dell'OSM.
Le più comuni fonti di innesco in una stazione di ricarica sono dovute ai seguenti fenomeni:
• Impatto meccanico: quando un oggetto impatta contro un altro, l'energia
assorbita si trasforma in calore, talvolta sufficiente per innescare la combustione
del materiale nella zona dell'impatto.
• Impatto di particelle (burrs): vedi paragrafo precedente.
• Attrito: lo sfregamento tra due materiali solidi, quale quello generato da valvole
bloccate, violenta manipolazione di un componente, frizione eccessiva tra elementi
di un sistema, potrebbe generare sufficiente calore da innescare combustione.
• Flusso sonico (riscaldamento per compressione adiabatica): quando l’ossigeno
(o qualsiasi altro gas) passa bruscamente da una condizione di alta pressione a
una condizione di bassa pressione, con rapporto di pressione maggiore di 2, ovvero
la pressione maggiore è almeno il doppio di quella minore, attraversando un orifizio
(come quando ad esempio si apre improvvisamente una valvola), a valle dell’orifizio
l'ossigeno raggiunge velocità soniche, cioè di circa 1.200 km/h (questo è un fenomeno
ampiamente descritto nei libri di fisica). L'elevata velocità creatasi è in grado di
comprimere le particelle del gas contro un'eventuale ostruzione (come potrebbe essere
una valvola o un regolatore di flusso chiusi) generando calore sufficiente a raggiungere
il punto di auto-innesco sia dei contaminanti eventualmente presenti (burrs e corpi
estranei in genere) sia dei materiali con cui è fatto il sistema stesso.
2.8.1 Flusso sonico: schema della catena degli eventi
26
Blending & Mixing
Si dice adiabatico un evento nel corso del quale il gas non scambia calore con il mezzo
ambiente in cui è contenuto, ovvero l'energia termica non viene ceduta in ragione di
una trasformazione talmente rapida da non lasciare il tempo al calore di dissiparsi.
L’ossigeno è quindi in grado di raggiungere la temperatura di ignizione del materiale
di contenimento a seguito, per esempio, dell'azionamento di una valvola a sfera che si
apre completamente con solo ¼ di giro, ovvero comportandosi come un orifizio che si
apre e si chiude in modo molto repentino.
In ogni caso anche aprendo rapidamente qualsiasi tipo di valvola in un sistema ad
ossigeno la cui estremità a valle sia chiusa, si possono produrre gli stessi effetti. La
combinazione di temperatura e pressione elevate è in grado di provocare un’esplosione.
La compressione adiabatica è la principale causa della scarica di energia ai danni di
un riduttore di ossigeno (o di qualsiasi altra ostruzione), laddove l'innesco avviene
dapprima a livello molecolare, tale per cui la combustione che ne consegue si espande
poi rapidamente (meno di 0,5 secondi) fino a consumare tutto il materiale combustibile
disponibile.
Autorevoli studi condotti da enti quali la NASA e l'EIGA (European Industrial Gases
Association - Associazione Europea dei Gas Industriali) descrivono come questi
eventi siano ciò che differenzia un fuoco alimentato/generato dall’ossigeno da uno
alimentato dall’aria. Gli stessi enti nei loro manuali operativi descrivono i metodi e
gli accorgimenti grazie ai quali si possono ridurre le probabilità che si verifichi una
compressione adiabatica. In termini generali più una tubazione è stretta e lunga,
maggiore è la possibilità che si verifichi una compressione adiabatica durante una
rapida pressurizzazione. Come regola generale i riduttori per l'ossigeno dovrebbero
essere dotati di un filtro antipolvere (generalmente in ottone) o alternativamente
prevedere l'installazione di uno di questi a monte del riduttore.
Shock pressori singoli o ripetuti: calore generato da compressione adiabatica.
Eccessiva velocità del gas nelle condutture o nei componenti di un sistema.
Contaminazione con materiali che si offrono come fonte di innesco o combustibile.
Esposizione a fiamme libere, sigarette, motori a combustione, fonti di calore in
genere.
• Scintille elettriche o da elettricità statica.
•
•
•
•
Le istruzioni relative all'appropriata gestione dei sistemi che operano con l'ossigeno,
e le procedure di mitigazione/eliminazione del rischio ad esso connesso, non sono di
ovvia o facile reperibilità e spesso sono contenute in manuali in lingua inglese. Queste
informazioni specifiche si possono talvolta trovare presso le aziende che progettano
e costruiscono impianti che operano con l'ossigeno oppure sono fornite dagli stessi
commercianti di sistemi o componentistica di sistemi.
La complessità dell'argomento e la varietà dei sistemi impongono
una conoscenza specifica e delle accortezze che non possono essere
esaustivamente contenute in questo manuale, pertanto si raccomanda
all'operatore di approfondire caso per caso le relative procedure di
sicurezza e di gestione.
L'EIGA, così come altri enti o associazioni del settore, mette a disposizione sul proprio
sito internet dei documenti in inglese molto utili, tra i quali si consiglia la lettura e
comprensione del documento titolato “i sistemi di tubazioni per l'ossigeno”. Questo
documento è consultabile all'indirizzo internet:
http://www.eiga.org/fileadmin/docs_pubs/Doc%2013%2002%20E.pdf
Blending & Mixing
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2.9
Miscele iperossigenate
Oltre ai sistemi che lavorano con ossigeno puro, anche le apparecchiature che operano con miscele
iperossigenate necessitano le medesime attenzioni e preparazioni precedentemente esposte.
Le varie agenzie di addestramento talvolta non concordano su quale sia il limite di
percentuale di ossigeno oltre il quale la miscela di gas deve essere gestita come fosse
ossigeno puro.
Il NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration statunitense) ha valutato
che i sistemi che operano con miscele di gas contenenti fino al 40% di ossigeno non
richiedono speciali trattamenti di pulizia o bonifica.
Ciononostante, se la preparazione di una miscela contenete ossigeno, qualsiasi sia
la sua percentuale, comporta il manovrare singolarmente i vari gas, l'intero sistema
deve essere a servizio ad ossigeno. Ovvero, se per caricare una miscela binaria introduco
nella bombola separatamente ossigeno puro, aria e/o elio (indipendentemente dall'ordine con
cui vengono immessi), sia il sistema di immissione dell'ossigeno, sia il sistema di immissione
dell'aria (compressore) o dell'elio (rampa), devono essere a servizio ad ossigeno. Questa regola
di sicurezza deve essere applicata anche per qualunque miscela ternaria.
2.10 Le operazioni di pulizia a ossigeno e loro
verifica
Le operazioni di pulizia devono essere eseguite con la massima cura, così come le
operazioni di verifica e controllo finali. A parte le operazioni di pulizia preliminari atte
a rimuovere i depositi maggiormente visibili e consistenti di sporcizia, da eseguirsi
con stracci non pelosi o carta da laboratorio pulita, ed i processi di pulizia meccanica
(sabbiatura) eseguibili solo nei centri specializzati, possiamo suddividere i vari metodi
operativi in due macro-tipologie, ognuna con i suoi pro e contro:
Pulizia per mezzo di apparecchio
pulitore ad ultrasuoni
Pro
Contro
Pulizia per mezzo di agenti sgrassanti
(solventi, detergenti, acidi e soluzioni alcaline)
• Minimale uso di sostanze chimiche
• Relativa semplicità d'uso e logistica
• Minimale attrezzatura necessaria
• Investimento iniziale
• Vulnerabilità degli elementi cromati
(le cromature tendono a subire una
precoce esfoliazione con conseguente
formazione di burrs)
• Investimento iniziale
Impatto ambientale delle sostanze
chimiche eventualmente utilizzate
nel processo
• Massimale uso di sostanze chimiche
• Elevato impatto ambientale
I solventi e gli acidi producono delle
esalazioni tossiche (evitare analazioni) e
sono ustionanti per contatto (utilizzare
strumenti protettivi ed indossare
indumenti e guanti protettivi)
• Gli eventuali residui di agenti sgrassanti
sono combustibili, pertanto la verifica
della pulizia deve essere estremamente
meticolosa
Non si devono usare composti chimici o biochimico di qualsiasi natura che non
siano stati specificatamente dichiarati idonei dal produttore all'impiego in presenza
di ossigeno e che non siano incompatibili con i componenti da pulire.
28
Blending & Mixing
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È sopratutto la confidenza dell'operatore nei confronti dell'uno o dell'altro metodo a far
decidere in un senso o nell'altro. Un laboratorio per la messa a servizio ad ossigeno di
un qualsiasi sistema dovrebbe essere dotato di strumenti di entrambe le tipologie
bilanciando la prevalenza dell'una sull'altra a seconda degli elementi che si intende
sottoporre a pulizia, della frequenza e dell'impatto ambientale.
Tutti i prodotti chimici utilizzati durante le operazioni di pulizie devono essere smaltiti
nei contenitori appositi disponibili nelle stazioni municipali di conferimento e riciclaggio
dei rifiuti.
2.11 Agenti sgrassanti
Un agente sgrassante è una soluzione pulente che per essere efficace deve essere un
solvente del contaminante da rimuovere.
Per l'utilizzo degli agenti sgrassanti bisogna pertanto attenersi alle specifiche modalità di
utilizzo indicate dal fabbricante. Le prestazioni, il comportamento e gli eventuali effetti
indesiderati di queste sostanze variano in funzione della temperatura di utilizzo e del
tempo di esposizione con l'elemento da pulire. Nel caso in cui questi aspetti non siano
indicati chiaramente sulle etichette o sul manuale d'uso, è necessario chiedere lumi al
rivenditore del prodotto.
Gli agenti sgrassanti possono essere grossolanamente distinti in due categorie a seconda
del tipo prevalente di esposizione alla soluzione pulente dell'elemento da sottoporre a
pulizia: per frizione e strofinio oppure per immersione. Quelli appartenenti alla prima
categoria sono l'acqua ed i detergenti, alla seconda le soluzioni alcaline, gli acidi ed i
solventi.
L'acqua
L'acqua è uno sgrassante naturale ed ovviamente non è di per se impattante
sull'ambiente. Lo diventa quando vengono disciolti in essa gli elementi contaminanti.
I tempi necessari affinché l'acqua possa svolgere un'azione sgrassante efficace sono
molto lunghi pertanto la si usa in forma di vapore a spruzzo, oppure depurata calda e/o
pressurizzata (in forma di getti di varie dimensioni) per eliminare grasso, olio e detriti.
Il costo delle apparecchiature in grado riscaldare, nebulizzare e spruzzare l'acqua tende a
far optare verso altri tipi di metodologie di pulizia.
I detergenti
I componenti attivi di un detergente sono i tensioattivi, i quali sono composti organici in
grado di abbassare la tensione superficiale dell'acqua con cui vengono miscelati. Questo
incrementa la capacità di bagnare le superfici con cui vengono a contatto e di rimuovere
la sporcizia, i grassi e le particelle in modo molto più rapido di quanto non faccia l'acqua
pura.
Esistono diversi tipi di tensioattivi (anionici, cationici, nonionici e anfoteri) e la
predominanza dell'uno sull'altro determina la specificità di un detergente verso un tipo
di sporco o grasso. Sono le stesse case produttrici ad indicare per quali scopi specifici
un detergente è più o meno adatto o quanto sia ampio il suo campo di utilizzo. Alcuni
detergenti funzionano meglio in acqua calda (anche oltre 90°C), altri sono efficaci anche a
temperatura ambiente: è buona norma attenersi alle specifiche fornite dal fabbricante.
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29
Modulo 2
Prima di utilizzare qualsiasi composto chimico è necessario comprendere le
informazioni sulla sicurezza personale, l'impatto ambientale e le modalità di utilizzo
fornite dal fabbricante (tutte informazioni che devono essere visibili sull'etichetta di
qualsiasi prodotto). Inoltre bisogna prendere le necessarie azioni di autoprotezione
della pelle, degli occhi e della respirazione. Nei negozi di antinfortunistica è
possibile trovare indumenti, guanti, occhiali, mascherine e strumenti protettivi
adatti a qualsiasi tipo di lavoro.
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Modulo 2
Il risciacquo dei componenti deve essere eseguito con estrema cura essendo i residui
di detergente combustibili e che pertanto si comportano come agenti contaminanti di
un sistema.
Le soluzioni alcaline
Le soluzioni alcaline sono sostanze basiche (altrimenti dette “caustiche”) che possiedono
proprietà corrosive a danno principalmente delle sostanze organiche. Sono solubili in
acqua e permettono di eliminare i residui difficili di sporcizia. I prodotti per la pulizia
dei forni da cucina reperibili nei supermercati sono un esempio di agente pulente basico.
Questi prodotti devono infatti essere in grado di rimuovere lo sporco di natura organica
del forno (residui di cibi carbonizzati e no) senza danneggiare i metalli con cui sono fatti
i forni stessi. È bene sapere però che non tutte le soluzioni alcaline sono adatte: talune
contenente fosfati, benché abbondantemente usate in passato, sono state eliminate perché
lasciano residui polverosi pericolosi e sono estremamente inquinanti.
La scelta di un prodotto deve avvenire esclusivamente sulla base delle informazioni
reperibili sul mercato dei prodotti specializzati. Queste informazioni devono essere
disponibili sulle etichette del prodotto e devono descrivere le modalità di utilizzo, le
idoneità specifiche nei confronti dei materiali (metallici e non metallici) che si intende
trattare ed il suo grado di tossicità.
Le soluzioni alcaline sono sostanze pericolose se inalate, o anche semplicemente per
contatto sulla pelle e sugli occhi, pertanto devono essere maneggiate con la massima cura
e con le necessarie protezioni individuali.
Gli acidi
Gli acidi sono sostanze chimiche che hanno un'elevata capacità corrosiva in grado di
eliminare la ruggine, le parti ossidate ed il calcare. La scelta e l'uso di queste sostanze
devono essere particolarmente oculati in quanto possono risultare talmente aggressivi da
arrecare danno ai metalli stessi.
Alcuni acidi infatti non possono essere utilizzati perché eccessivamente aggressivi nei
confronti dei metalli in genere, altri possono essere giustamente usati con alcuni metalli
e non metalli purché vengano rispettate le modalità di utilizzo specificate dal produttore.
Il comune aceto usato in cucina è una sostanza acida che funziona egregiamente sul
calcare, le ossidazioni superficiali ed ha un impatto trascurabile sui metalli.
Tra i vari prodotti disponibili sul mercato possiamo distinguere quelli a base di:
• Acido fosforico: sono adatti a quasi tutti i metalli purché contengano un
inibitore compatibile con l'ossigeno;
• Acido cloridrico: inadatti per gli acciai inossidabili;
• Acido nitrico: adatti per alluminio, rame ed alcune leghe. Dona lucentezza ma
non possiede elevate capacità sgrassanti;
• Acido citrico: buoni agenti di pulizia.
Questi prodotti devono contenere degli inibitori chimici compatibili con l'ossigeno e
pertanto ci si deve attenere alle specifiche e ai campi di utilizzo forniti dal fabbricante.
I solventi
Le esalazioni di alcuni solventi sono esplosive ed estremamente dannose per l'ambiente
in generale e l'ozono in particolare pertanto devono essere scelti con particolare cura.
I solventi a base di idroclorofluorocarbonio dovrebbero essere ormai già tutti ritirati dal
commercio proprio in ragione della loro pericolosità e danno ambientale.
I solventi a base di idrofluoroetere, benché siano risultati poco compatibili con viton e
teflon, sembrano essere un accettabile alternativa per la pulizia di componenti che
lavorano con ossigeno allo stato gassoso.
30
Blending & Mixing
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Il principio di funzionamento degli ultrasuoni per la pulitura consiste nella creazione
di onde ad alta frequenza in una vasca contenente acqua con l'aggiunta di soluzioni
chimiche o biochimiche (agenti sgrassanti) a determinate concentrazioni e tipologia, a
seconda di quale elemento si intenda pulire. La scelta delle soluzioni chimiche, così come
le loro modalità di utilizzo, viene indicata dal fabbricante.
Sulle pareti o sul fondo di una vasca in acciaio inox vengono applicati dei trasduttori PZT
(piezoelettrici-elettrostrittivi), i quali vengono fatti vibrare alla frequenza di 33.000 Hz. e oltre.
Le onde di vibrazione così prodotte si propagano uniformemente in tutto il volume
della vasca e sulla superficie dei pezzi da pulire. Queste vibrazioni formano onde di
compressione e di decompressione che danno origine a microbollicine (cavitazione) le
quali implodono raggiungendo pressioni dell'ordine di centinaia di bar. Questo fenomeno è
in grado di svolgere un'azione meccanica di asportazione dello sporco a livello molecolare.
Le operazioni di seguito descritte sono la procedura base per una corretta pulizia di un
componente.
1.
2.
3.
4.
5.
Smontare i vari componenti dell’apparato da sottoporre a pulizia avendo cura
di seguire o annotare il corretto diagramma/schema di assemblaggio;
Selezionare e raggruppare inizialmente i soli componenti che lavorano in
presenza di ossigeno;
Utilizzare il pulitore ad ultrasuoni (in accordo con le specifiche e le modalità
indicate dal fornitore) ripetendo la procedura se necessario;
Risciacquare le parti con acqua (meglio se pura o distillata) anche più volte se
necessario (assicurarsi di rimuovere gli eventuali residui di agente pulente);
Asciugare le parti con getti di aria pulita (non contaminata da idrocarburi e
secca) oppure azoto puro allo stato gassoso e carta assorbente non pelosa.
Un vero e proprio prelavaggio non è strettamente necessario (salvo la rimozione
meccanica, o mediante risciacquo, di accumuli evidenti di contaminati) mentre è fattibile,
così come descritto nel punto 3, ripetere la pulizia con il pulitore ad ultrasuoni.
Questi apparecchi sono reperibili dai fornitori di apparecchiature per laboratorio e sono
preferibili i modelli dotati di riscaldatore. Saranno i fornitori stessi a spiegare in dettaglio
il funzionamento di questo apparecchio, quali prodotti chimici con esso utilizzare (ed in
quale diluizione) e per quanto tempo (generalmente i materiali non metallici non devono
essere lasciati in immersione per più di 10 minuti).
Sebbene esistano dettagliate procedure di controllo della pulizia, coadiuvate da tabelle
minuziose indicanti i vari gradi di sporcizia (e quindi di pulizia) di un corpo o liquido,
queste procedure, generalmente, devono assicurare che non vi siano rimaste anche tracce
dei composti chimici impiegati per le operazioni di pulizia. Utilizzando un pulitore ad
ultrasuoni l'uso di sostanze chimiche viene ridotto al minimo, pertanto uno scrupoloso
controllo visuale eseguito anche per mezzo di luce ultravioletta può rivelarsi sufficiente.
2.13 Fasi della pulizia ad ossigeno e verifica
Le varie fasi della pulizia possono essere sintetizzate come segue:
1.
Smontare i vari componenti dell’apparato da sottoporre a pulizia ed eliminare
con una spazzola o straccio i contaminanti più visibili, preferibilmente
immergendo gli stessi in un bagno di acqua calda. Per eliminare i residui di
ossidazione superficiale si può benissimo utilizzare aceto bianco (sostanza acida
poco aggressiva, efficace ed a basso impatto ambientale);
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31
Modulo 2
2.12 Pulizia per mezzo di apparecchio pulitore
ad ultrasuoni
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2.
3.
Modulo 2
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Proseguire la fase di pulizia strofinando ed immergendo i componenti in acqua
calda con l'eventuale aggiunta di un detergente e sciacquare approfonditamente
finché le superfici non risultino pulite ad un'ispezione visiva con luce bianca
(solare);
Effettuare la pulizia finale, preferibilmente utilizzando un apparecchio pulitore
ad ultrasuoni o in alternativa un agente sgrassante;
Prima che i componenti asciughino, sciacquare almeno due volte con acqua
pura demineralizzata calda (almeno 40°C) nella quale non deve rimanere
traccia di olii o schiume sulla superficie. Esaminata alla luce bianca l'acqua del
risciacquo non deve contenere nessuna particella in sospensione. Sarebbe buona
norma controllare il PH (valore esprimente l'acidità o basicità di una sostanza)
dell'acqua di risciacquo per mezzo di cartine tornasole (reagenti chimici in
vendita nei negozi di prodotti chimici). Il valore del PH dovrebbe risultare vicino
a 7 (valore che corrisponde ad una condizione di neutralità, tipica dell'acqua
pura a 25°C). L'acqua di risciacquo agitata in un contenitore pulito non deve
formare schiuma o bollicine nel qual caso ripetere la prova ed eventualmente
ripetere le operazioni dal punto 3;
Ripetere il risciacquo con acqua calda pura prima dell'asciugatura finale da
effettuarsi per mezzo di getti di aria pulita e secca (priva di umidità) o azoto
puro (non contaminati da idrocarburi, vedi modulo 4 purezza dell’aria) o carta
assorbente da laboratorio non pelosa. L'asciugatura può anche venir effettuata
collocando gli elementi metallici in un forno a 60°C;
Osservare i componenti puliti sotto una luce nera ultravioletta per alcuni
minuti: molti oli e grassi sono fluorescenti (anche se è bene ricordare che molti
degli olii usati nei compressori non lo sono), pertanto se si rilevasse la presenza
di oli grassi, particelle, fibre e corpi estranei ripetere le operazioni di pulizia;
Pulire le superfici trattate con carta da laboratorio non pelosa o stracci non
pelosi al fine di rilevare la presenza di elementi contaminanti. Eseguire
un'ispezione visiva approfondita, meglio se con l'ausilio di una lente di
ingrandimento, della carta utilizzata sia esponendola alla luce ultravioletta sia
alla luce solare;
Ispezione visiva finale sul componente. Non alitare sulle superfici pulite;
Riporre il componente pulito in luogo o contenitore idoneo ad evitare la
ricontaminazione fino al momento della destinazione di utilizzo finale.
Il PH è l'unità di misura del grado di acidità o basicità di una soluzione acquosa.
Esso è determinabile per mezzo di sostanze reagenti chiamate cartine tornasole le
quali cambiano colore (verso il rosso o verso il blu) a seconda che vengano a contatto
rispettivamente con sostanze acide o basiche.
2.14 Pulizia di tubazioni e fruste
Prima di procedere con la pulizia di un sistema ad ossigeno, quale può essere il circuito
di trasferimento dei gas alle bombole composto da valvole, fruste e tubazioni, è necessario
scollegare tutti i componenti del sistema.
Bisogna mettere da parte tutti i componenti che possono danneggiarsi durante le
operazioni di pulizia (manometri, strumenti elettronici, ecc), togliere le valvole, i filtri e
tutti quei componenti che potrebbero interrompere il flusso di lavaggio e che richiedono
una pulizia secondo normale procedura.
A questo punto si può far scorrere all'interno dei tratti di sistema pronti per la pulizia la
soluzione di spurgo pulente idonea (a seconda che si tratti di tubazioni metalliche o fruste
in altro materiale) ed in seguito risciacquare fino a quando non si rivelerà più la presenza
di contaminanti nel liquido di risciacquo. L'asciugatura avviene immettendo aria o azoto
puri compressi dentro le tubazioni.
32
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L'aria o l'acqua compressa possono provocare ferite gravi finanche a penetrare nei
tessuti superficiali e nel sangue.
Bombole
Benché la pulizia delle bombole di stoccaggio e per immersione venga effettuata dai
grossi centri di ricarica autorizzati, gli unici in grado di svolgere lavori di manutenzione,
controllo e collaudo, potrebbe capitare di dover pulire le bombole da immersione.
È sempre preferibile lasciare questa incombenza ai centri specializzati (è più economico e
sicuro), ma se ciò non fosse possibile, si adottano le seguenti procedure:
• Smontare completamente la rubinetteria, o-ring e parti non in metallo e metterli
da parte;
• Rimuovere ogni traccia di lubrificante dalla filettatura con attrezzo in plastica,
spazzola di nylon o panno non peloso;
• Eseguire un'ispezione visiva all’interno (con apposita fonte di illuminazione) e
se vi è presenza di corrosione superficiale, questa va rimossa con operazione di
sabbiatura e pertanto deve essere mandata ad un centro specializzato;
2.15.1 Operatore esegue controllo visivo per mezzo di sonda dotata di cavo flessibile,
estremità luminosa, telecamera e schermo LCD.
ì• Se non viene rilevata presenza di corrosione la bombola deve essere pulita al
suo interno con un agente sgrassante. Per la scelta di questi prodotti è meglio
seguire le indicazioni fornite dal fabbricante del prodotto pulente o dal fornitore/
fabbricante della bombola stessa (NON USARE TRICLOROETANO: ha la
tendenza a penetrare nelle pareti della bombola ed a liberarsi nuovamente
appena la bombola viene portata in pressione). Può essere utile effettuare un
prelavaggio per mezzo di un getto di vapore. Le operazioni di pulizia vanno
ripetute finché non si notino più variazioni di colore (presenza di sporcizia e
particelle) della soluzione pulente usata;
• Risciacquare accuratamente la bombola con acqua pulita, possibilmente calda,
più volte ed asciugarla capovolta con aria compressa (pulita e secca) o azoto (i
centri specializzati utilizzano uno strumento chiamato “essiccatore”);
• Ispezionare visivamente l’interno per verificarne l’avvenuta pulizia;
• Montare la rubinetteria (a servizio ad ossigeno) e mettere in pressione la bombola
a qualche decina di bar con aria. Aprendo i rubinetti controllare se sia presente
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33
Modulo 2
2.15 Pulizia delle bombole da immersione, delle
rubinetterie e degli erogatori
Modulo 2
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odore di solvente. In caso affermativo ripetere l’operazione di messa in pressione
più volte finché l’odore non sarà scomparso (è preferibile comunque ripetere
l’operazione di risciacquo e successive);
• Nel caso in cui non venga immediatamente rimontata la rubinetteria sigillare
l'apertura con un tappo apposito (in commercio sono disponibili tappi per bombole
subacquee muniti di comparto contenente granuli assorbenti dell'umidità),
oppure una pellicola in plastica fissata con del nastro adesivo evitando di passarlo
sull'apertura della bombola. È comunque preferibile tener sempre montata la
rubinetteria e mantenere una certa pressione positiva all'interno della bombola
stessa (anche solamente pochi bar). Questo accorgimento sarebbe da adottare
sempre perché ostacola l'ingresso dell'umidità all'interno della bombola,
soprattutto durante lunghi periodi di inutilizzo.
Rubinetterie
Le rubinetterie delle bombole da immersione possono essere pulite utilizzando le
procedure già descritte. Le guarnizioni, i componenti non metallici ed i lubrificanti
eventualmente utilizzati che vengono a contatto con l'ossigeno devono essere sostituiti
con componentistica ossigeno compatibile fornita o approvata dal fabbricante.
2.15.2 Rubinetto disassemblato
È di fondamentale importanza conoscere e saper riconoscere con esattezza il tipo di
filettatura del gambo del rubinetto e se questa concorda con quella della bombola. In
ragione delle elevate pressioni di esercizio delle bombole, l'accoppiamento tra rubinetto e
bombola deve avvenire solo tra filettature identiche.
2.15.3 Filettatura (http://it.wikipedia.org/wiki/Filettatura)
34
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Al fine di evitare errori nell'assemblaggio rubinetto/bombola l'UNI (Ente Nazionale
Italiano di Unificazione) ha adottato le norme ISO (Organizzazione Internazionale per la
Normazione) e CEN (Comitato Europeo di Standardizzazione) con le quali si è fissata la
corretta filettatura delle bombole. La normativa di riferimento è la UNI EN 144-1:2000 e
successiva UNI EN 144-1:2006.
La dicitura completa per individuare le caratteristiche di una filettatura metrica ISO
è costituita da:
•
•
•
•
•
la norma di riferimento;
il diametro nominale;
il passo (riportato soltanto nel caso di passo fine);
la lunghezza in mm della parte filettata;
la classe del materiale.
UNI 5737 M6 X 0.75 X 40 – 8.8
• UNI 5737 è la norma di riferimento adottata nel caso in questione;
• M6 è l'indicazione ISO del diametro nominale in mm (la lettera M è esclusiva ed
indicativa del tipo di filettatura metrica ISO);
• X 0.75 rappresenta l'indicazione del passo di filettatura;
• X 40 indica la lunghezza in mm della parte filettata;
• 8.8 indica la classe del materiale, in particolare: il primo numero rappresenta il
carico a rottura del materiale (x100 MPa, quindi in questo caso pari a 800MPa);
il secondo numero rappresenta il carico di snervamento del materiale (x10 in
percentuale rispetto al carico di rottura, nel caso specifico pari a 640Mpa).
Solitamente le rubinetterie per bombole sub sono contraddistinte solamente dalla dicitura
M25x2, ovvero indicante il diametro ed il passo.
L'adozione di questa norma non ha completamente eliminato tutti i rischi connessi con il
montaggio delle rubinetterie sulle bombole: vediamo perché.
In passato il filetto abitualmente utilizzato per le bombole subacquee era il ¾GAS (3/4
di pollice). Questo filetto è stato progressivamente sostituito dall’attuale M25x2. Mentre
il vecchio ¾GAS non può essere avvitato su una bombola con filetto M25x2 è possibile
riuscire a fare il contrario ottenendo un accoppiamento illusorio. Per arrivare a fine corsa
di questo fallace accoppiamento è necessario fare forza con un mazzuolo (cosa che può
sembrare normale a chi non ha esperienza pratica) con ulteriore danno alla filettatura.
Le conseguenze di una tale disattenzione sono disastrose e provocano l'espulsione
violentissima del rubinetto da una bombola in pressione. Le nuove norme prevedono
infatti la totale eliminazione del vecchio filetto ¾GAS non oltre il 2010.
Bisogna prestare molta attenzione durante il montaggio delle rubinetterie al fine di
evitare che la frizione prodotta sulle filettature liberi particelle metalliche (burrs)
che costituiscono, come già descritto precedentemente, un grave pericolo. Un tempo si
spargeva piccole quantità di grasso ossigeno compatibile in queste zone in maniera tale
da contenere sia la formazione di queste particelle, sia a rallentare la corrosione nel
punto di contatto tra bombola e rubinetteria. Oggi si sconsiglia questa pratica in ragione
del fatto che si è visto che minime quantità di grasso possono essere inalate durante il
normale utilizzo della bombola, e le filettature, se correttamente pulite e concordanti, si
avvitano in modo scorrevole e regolare tale da non necessitare l'aggiunta di alcun grasso.
Una volta completato il montaggio di una bombola essa deve essere ulteriormente
controllata al fine di riscontrare eventuali perdite. Questi controlli possono essere
effettuati monitorando l'andamento del valore della pressione nel tempo (riempiendo la
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Modulo 2
l'UNI è un'associazione riconosciuta dallo stato italiano che svolge attività normativa
in tutti i settori industriali. Tra i suoi compiti principali ha quello di “facilitare la
comunicazione unificando terminologia, simboli, codici ed interfacce”.
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Modulo 2
bombola con azoto puro o aria non contaminata per una durata di diverse ore), oppure
tramite immersione in acqua pulita o tramite appositi spray che rilevano la presenza di
perdite di gas. Ovviamente questi spray devono essere ossigeno compatibili.
Erogatori
I componenti di un erogatore possono essere puliti utilizzando una normale procedura,
ma si rimanda ad un manuale dedicato e ad un corso specifico l’approfondimento di
queste pratiche. L’erogatore è un “sistema di supporto alla vita” e come tale richiede la
massima cura. Le approssimazioni non sono ammesse.
È buona norma utilizzare erogatori dall'architettura semplice (e di provata affidabilità)
quando questi devono essere messi a servizio ad ossigeno: meno parti lavorano a contatto
con l'ossigeno minore è il rischio di innesco e combustione. Inoltre tali erogatori si
puliscono con maggior facilità e frequenza.
36
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2.15.4 Esploso di primo stadio
a pistone non bilanciato.
Questa tipologia di erogatore è
contraddistinta da un'architettura
semplice e affidabile. In questo
esploso è possibile individuare sia
la connessione a staffa (4) sia DIN
(13). (Scubapro Mk2).
2.15.5 Esploso di un primo stadio a membrana bilanciato ad alte
prestazioni. È evidente la complessità generale dell'architettura
e l'elevato numero di componenti in ragione degli usi estremi per
i quali è stato concepito. (Poseidon).
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37
Modulo 2
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Modulo 2
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Come si può benissimo notare osservando le immagini 2.15.4 e 2.15.5, la complessità di un
erogatore varia considerevolmente a seconda del modello. Le miscele iperossigenate vengono
utilizzate durante le fasi meno profonde di un immersione, e l'ossigeno puro soltanto pochi
metri sotto la superficie. Questo consente l'utilizzo di erogatori che non richiedono prestazioni
da “prima pagina”, ma che siano semplici, affidabili e di facile manutenzione.
Al fine di ottenere una corretta messa a servizio ad ossigeno è necessario verificare se la
casa costruttrice del modello che si intende utilizzare mette a disposizione i relativi kit di
trasformazione ossigeno compatibili. Questi kit, generalmente, contengono i componenti
non metallici che vengono a contatto con l'ossigeno. Nel caso in cui non siano disponibili
i componenti sostitutivi in materiale ossigeno compatibile approvati dal fabbricante, è
necessario passare ad un altro modello di erogatore.
Bisogna infine verificare sempre sui libretti di istruzioni sia dell'erogatore sia del
composto chimico pulente che si intende utilizzare, se le parti da sottoporre a lavaggio ed
il composto pulente sono compatibili tra di loro.
2.15.6 Esploso di secondo stadio (Scubapro R290)
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La schedatura e la catalogazione degli interventi di manutenzione è necessaria ed ha la
duplice funzione sia di fissare la storia manutentiva di un componente, sia come verifica
avente valore giuridico per evitare eventuali responsabilità verso terzi. Ogni operatore è
pertanto tenuto a redigere un registro di manutenzione dei sistemi con i quali ha operato.
Le indicazioni minime da annotare sul registro sono le seguenti:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Codice di archiviazione
Nome Operatore
Descrizione attrezzatura
Identificativo
Nome del proprietario
Data di ricevimento
Condizioni iniziali dell'attrezzatura
Prossima manutenzione programmata
Validazione e data dell'avvenuta messa a servizio a ossigeno
Modalità di consegna del componente (dentro involucro di protezione oppure
rimontato sul resto del sistema)
• Firma di consegna del cliente per accettazione e data
L'attrezzatura che sia stata messa a servizio ad ossigeno deve essere opportunamente
etichettata almeno fino alla consegna di questa all'utilizzatore finale.
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2.16 Schedatura degli interventi di manutenzione
ed etichettatura dell'attrezzatura
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MODULO 3
TEORIA PER LA PRATICA DELLA MISCELAZIONE
Al termine di questo modulo saremo in grado di:
3.1
Informazioni Generali
Possedere alcune conoscenze scientifiche di base consente all'operatore di prendere le
decisioni con cognizione di causa a tutto vantaggio della precisione e della sicurezza.
Nella pratica della miscelazione non è infrequente imbattersi in circostanze che non
possono essere risolte con l'ausilio di tabelle o computer e che richiedono una minima
competenza di calcolo.
La complessità dei fenomeni riguardanti la fisica dei gas richiederebbe una trattazione
ben più approfondita, precisa e complessa che va ben oltre lo scopo di questo manuale.
Le leggi della fisica di seguito esposte sono pertanto una grossolana semplificazione di
quanto realmente enunciato da queste leggi, ma sufficiente per comprendere i fenomeni
che ci interessano.
Quando parliamo di gas ci riferiamo ad uno stato della materia nel quale gli atomi e le
molecole sono sostanzialmente liberi di muoversi in ogni direzione. Questa libertà è il
grattacapo giornaliero dell'Operatore di Sistemi di Miscelazione il cui compito principale
è appunto quello di confinare e regolare questa libertà entro parametri ben precisi.
3.2
Massa, volume, temperatura e pressione
Massa, volume, temperatura e pressione sono tutte proprietà della materia, gas inclusi.
Massa: è una dimensione fisica della materia e ne definisce la quantità espressa in
chilogrammi (kg).
Volume: è una dimensione della materia che definisce lo spazio occupato da un solido,
liquido o gas. I solidi ed i liquidi sono dotati di volume proprio, mentre i gas tendono ad
occupare il volume del recipiente dove sono contenuti. Il volume si esprime generalmente
in litri (l) o metri cubi (m³).
Temperatura: è una dimensione fisica che definisce il grado di calore di un corpo o di
una sostanza. Le unità di misura, o più precisamente, le scale della temperatura più
usate sono:
• Per le misurazioni consuetudinarie il grado Celsius (ºC – zero gradi Celsius
corrispondono alla temperatura di solidificazione dell'acqua);
• Per la descrizione dei fenomeni fisici e chimici il grado Kelvin (K - la temperatura
di solidificazione dell'acqua in gradi Kelvin è di 273,16 K).
La conversione tra gradi Kelvin e Celsius è espressa dalla seguente formula:
x K = (x - 273,16) ºC
Blending & Mixing
41
Modulo 3
• Comprendere le informazioni scientifiche di base relative al comportamento
termodinamico dei gas
• Conoscere le proprietà che caratterizzano i gas
• Acquisire le basi matematiche necessarie per calcolare i parametri di miscelazione
dei gas
• Conoscere i limiti applicativi ed il grado di precisione del calcolo aritmetico
manuale
• Comprendere l'importanza degli strumenti di calcolo informatizzato
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Esempi equivalenze:
273,16 K
0K
300 K
=
=
=
0 ºC
-273,16 ºC
26,84 ºC
Modulo 3
Pressione: è definita come la forza per unità di superficie, ed è la forza che esercitano i
fluidi (liquidi e gas) sui corpi con cui vengono a contatto. Con una certa approssimazione
e riferendoci ai gas possiamo dire che la pressione è la rappresentazione dell'energia
cinetica delle particelle di un gas: valori alti di pressione indicano valori alti di energia
cinetica.
Esistono diversi sistemi di misurazione per esprimere la pressione dei gas. Quelli che più
comunemente vengono utilizzati nella pratica delle operazioni di ricarica sono:
•
•
•
•
atmosfere (atm)
chilogrammi su centimetro quadrato (kg/cm²)
bar (bar)
libbre su pollice quadrato (psi)
Le conversioni tra le varie unità di misura sono sintetizzate nella seguente tabella.
1 atm
1 kg/cm²
1 bar
3.3
=
=
=
1 kg/cm²
1.013 bar
14.5083 psi
Gas ideali e gas reali
I gas ideali sono una semplificazione della realtà grazie alla quale è possibile creare un
modello semplificato utile per la comprensione dei comportamenti dei gas reali.
Questo modello semplificato, definito come “modello dei gas ideali”, ci permette anche
di operare sui gas, ovvero di eseguire le operazioni di miscelazione e carica, con relativa
facilità ed accettabile grado di precisione.
Il modello dei gas ideali descrive i gas come segue:
• Possiamo pensare gli atomi e le molecole che compongono qualunque gas come
punti talmente piccoli da avere una dimensione trascurabile;
• Questi punti si muovono in modo casuale in tutte le direzioni e tra di loro non si
esercita nessuna forza;
• Quando questi punti si urtano tra di loro, o urtano la parete del recipiente che li
contiene, rimbalzano senza dissipare energia;
• A parità di pressione e temperatura, volumi uguali di gas diversi contengono un
numero uguale di molecole.
È però importante conoscere i limiti di questo modello semplificato per essere in grado
di capire in quali condizioni questo modello non è più affidabile e quali accorgimenti
dobbiamo adottare per conseguire i nostri scopi con sufficiente precisione.
3.4
La Legge di Avogadro ed il concetto di mole
Il fisico Amedeo Avogadro ebbe una felice intuizione: “volumi uguali di gas diversi, nelle
stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole”.
Avogadro espresse la massa molecolare di un gas in Grammomolecole. La
grammomolecola è detta comunemente mole o numero di Avogadro (n) ed è una unità di
misura che definisce un numero preciso di molecole e precisamente 6,02x10²³ molecole
42
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(un numero grandissimo).
Una mole di ossigeno contiene 6,02x10²³ molecole di ossigeno. Una mole di elio contiene
6,02x10²³ molecole di elio e così via.
La mole è in sostanza una unità di misura con la quale siamo in grado di esprimere la
massa di un gas e quindi il suo peso.
Dato che la massa atomica e molecolare degli atomi e delle molecole dei gas è nota, ed è in
relazione con n (vedi tabella 3.4.1), è possibile calcolare i valori combinati delle proprietà
dei gas (massa, volume, pressione e temperatura). Come? lo vediamo nei prossimi
paragrafi.
Massa di una mole
(grammomole)
Gas
31,9988
28,0134
4,0026
39,948
28,8
Modulo 3
Ossigeno(O2)
Azoto (N2)
Elio (He)
Argon (Ar)
Aria secca
Tab. 3.4.1. Massa molecolare dei gas in uso nell'attività subacquea
3.5
La legge dei gas perfetti
La legge dei gas perfetti è la traduzione matematica del modello dei gas ideali e si
esprime attraverso la seguente relazione:
P·V=n·R·T
da cui
V = (n · R · T) / P
da cui
n = (P · V) / (R · T)
dove
P
Pressione
V
Volume
n
Numero di Moli (massa)
R
Costante dei gas ideali: rappresenta il lavoro che 1 mole di gas compie quando
si espande alla pressione P costante di 1 atmosfera in seguito ad un aumento
di temperatura di 1 K. R mette in relazione pressione, temperatura e volume
ed il suo valore, che viene ricavato empiricamente, dipende dall'unità di misura
considerata. Per ogni unità di misura corrisponde un numero noto (per comodità
di calcolo ed in coerenza con le unità di misura adottate nel testo utilizziamo il
valore di 8,21·10¯² l atm K-1 1 mol--1 )
T
Temperatura del gas in gradi Kelvin.
Esempi applicativi delle legge.
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43
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Esempio 1.
Calcoliamo il volume di una mole di ossigeno e di una mole di azoto in condizioni di
temperatura e pressione standard (ovvero 273,16 K e 1 atm). Adottiamo la formula
V=(n·R·T)/P:
Ossigeno: V=(1 · 8,21·10¯² · 273,16) / 1 = 22,4 l (litri)
Azoto:
V=(1 · 8,21·10¯² · 273,16) / 1 = 22,4 l (litri)
Questi due risultati non sono altro che un aspetto della legge di Avogadro e precisamente
dimostrano che una mole di un qualunque gas ideale occupa un volume di 22,4 litri.
Esempio 2.
Modulo 3
Vogliamo calcolare il peso dell'ossigeno contenuto in una bombola di 10 litri caricata a
150 atm a temperatura ambiente. Assumendo come temperatura ambiente 293 K (che
corrispondo a circa 20 ºC)
Calcoliamo prima il numero di moli adottando la formula n=(P·V)/(R·T):
n = (150 x 10)/( 8,21·10¯² x 293) = 62,3 moli di Ossigeno
dato che una mole di Ossigeno ha una massa di 32 grammi (vedi tabella 3.4.1),
moltiplicando 32 x 62,3 otteniamo 1.993,6 grammi di ossigeno, corrispondenti a 1,99 kg.
Se eseguissimo lo stesso calcolo per l'elio o per l'aria non avremmo bisogno di ricalcolare
il numero di moli di elio o aria contenuti nella bombola. A parità di volume e pressione,
come enunciato dalla Legge di Avogadro, otterremo per tutti e 3 i gas (ossigeno, elio e
aria) lo stesso numero di moli. Pertanto, in questo caso, basta moltiplicare il numero di
moli precedentemente ottenuto per i grammomole del gas corrispondente per ottenere la
massa di ciascun gas.
Quello che nel senso comune è identificato come peso è in realtà la massa di un corpo,
mentre il peso, in realtà, esprime la forza che una massa esercita in un determinato
punto.
Non è affatto ovvio applicare la legge dei gas perfetti nella pratica della miscelazione,
soprattutto per la difficoltà oggettiva di determinare con precisione matematica i valori di
pressione e temperatura. Il contenuto di questo paragrafo è stato sviluppato soprattutto
per offrire una base di cognizione scientifica nella verifica mentale delle operazioni che
l'Operatore andrà a compiere.
3.6
la Legge di Boyle e Mariotte
La legge di Boyle e Mariotte afferma che “a temperatura costante il prodotto della
pressione di un gas ideale per il volume che esso occupa è costante”, ovvero che in
condizioni di temperatura costante la pressione di un gas è inversamente proporzionale
al suo volume.
La legge di Boyle e Mariotte potrebbe essere definita come un caso particolare della legge
dei gas perfetti che analizza il rapporto tra pressione e volume escludendo temperatura e
massa.
In termini matematici si esprime come segue:
P1 x V1 = P2 x V2 = K (costante)
44
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Esempi applicativi.
Esempio1.
Si vuole calcolare il volume di gas a pressione atmosferica contenuto in una bombola da
18 litri caricata a 200 atm.
P1
=
200 atm
V1
=
18 litri
P2
=
1 atm
V2
=
?
V2 = (P1 x V1)/P2 = (200 x 18)/1 = 3.600 litri.
Si vuole calcolare il massimo volume di gas trasferibile, per mezzo di una frusta di
travaso, da una bombola di 40 litri (V1) caricata a 200 bar (P1 iniziale) ad una bombola di
12 litri vuota (V2).
La risoluzione di questo esercizio richiede qualche passaggio in più.
P1 iniziale
=
200 atm
V1
=
40 litri
P2 iniziale
=
0 atm
V2
=
12 litri
P1 finale = P2 finale =
1,99 kg
Le bombole messe a sistema per mezzo di una frusta di connessione hanno un volume
complessivo di 52 litri, pertanto gli 8.000 (200 x 40) litri contenuti in P1 si diffonderanno
in questo maggior volume disponibile e la pressione del sistema si ridurrà a circa 154 atm
(8.000/52).
Il volume di gas contenuto in V2 sarà di circa 1.846 litri (154 x 12).
Le operazioni eseguite vengono schematizzate nella tabella seguente.
P1 x V1
200 x 40
=
=
P finale x V sistema
(154 x 12 ) + (154 x 40)
=
154 x 52
Esempio 3.
Dobbiamo collegare una bombola da 40 litri caricata a 160 atm ad una bombola da 15
litri. Si vuole calcolare a quale pressione dobbiamo caricare la bombola da 15 litri affinché
la pressione di equilibrio sia di 130 atm.
P1 iniziale
V1
P2 iniziale
V2
P1 finale = P2 finale =
=
=
=
=
130 atm
160 atm
40 litri
?
15 litri
Calcoliamo prima qual'è il volume di gas che deve avere il sistema (V1+V2) per generare
la pressione di 130 atm, ovvero il volume di equalizzazione.
Veq = (40 + 15) x 130 = 7.150 litri
Calcoliamo il volume di gas iniziale in P1:
Vgas1 iniziale = 40 x 160 = 6.400 litri
Dato che il volume di equalizzazione è di 7.150 litri ed il volume disponibile in V1 è di
6.400 litri, la differenza di 750 litri dovrà essere fornita da V2. La pressione necessaria
affinché V2 contenga 750 litri è la soluzione del nostro problema e precisamente:
P2 iniziale = 750 / 15 = 50 atm
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45
Modulo 3
Esempio2.
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Questi esercizi descrivono matematicamente l'atteggiamento mentale più comune in
questo genere di operazioni: riportare il volume di un gas contenuto in una bombola a
pressione ambiente
Modulo 3
3.7
La legge di Charles
La legge di Charles afferma che “a volume costante esiste un rapporto di proporzionalità
diretta tra temperatura e pressione” di un gas, ovvero all'aumentare o diminuire della
temperatura la pressione aumenta o diminuisce di un fattore costante. Questo fattore è
uguale a circa 1/273, ovvero ad un incremento o diminuzione della temperatura di 1 ºC la
pressione aumenta o diminuisce di circa 1/273 della pressione iniziale, e questo vale per
tutti i gas.
La legge di Charles ha validità anche quando ad essere costante è la pressione, ed infatti
afferma che “in condizioni di pressione costante il volume di un gas aumenta linearmente
con l'aumentare della temperatura”.
Tutto questo significa che due bombole identiche contenenti la stessa quantità del
medesimo gas collocate in ambienti con temperature diverse, hanno valori di pressione
diversi. La bombola collocata in ambiente con temperatura superiore avrà una lettura
della pressione superiore. Di quanto? Calcolare le variazioni di pressione in funzione
della temperatura è piuttosto complesso e richiederebbe un procedimento analitico
eccessivamente complicato. Inoltre esprimere matematicamente questa legge non
aumenta il grado di comprensione dei suoi effetti relativamente alle attività di
miscelazione. Bisogna però essere consapevoli che variazioni della temperatura dell'ordine
di una ventina di gradi comportano variazioni nella lettura della pressione di circa il 10%
ed eccezionalmente anche del 20%.
3.8
Trasformazione adiabatica o calore di
compressione
I gas che subiscono un'espansione adiabatica si raffreddano; al contrario, se vengono
compressi, si riscaldano.
Ciò avviene perché il gas, espandendosi, compie lavoro, a spese della sua energia
interna. Al contrario, durante una compressione, il lavoro fatto sul gas ne aumenta
l'energia interna. Poiché l'energia interna del gas è direttamente proporzionale alla sua
temperatura assoluta, quando esso si espande la temperatura diminuisce e aumenta
quando viene compresso. Approssimando possiamo dire che parte dell'energia meccanica
utilizzata per comprimere un gas per portarlo da una bassa ad una alta pressione, si
trasforma in calore.
Durante le operazioni riempimento di una bombola, quindi, il gas immesso si riscalda,
inizialmente in modo molto rapido, poi tende a stabilizzarsi fino a quando poco prima
della fine della carica inizia a raffreddarsi.
Alcuni testi descrivono come la temperatura del gas durante una carica, cresce in
modo sostanzialmente esponenziale, “dove l'85% circa dell'aumento complessivo
della temperatura avviene nei primi 10-15 secondi dall'inizio della carica”. Questa
affermazione però non tiene conto delle condizioni oggettive che cambiano di volta
in volta durante una miscelazione. Fattori quali il volume delle bombole, il rateo di
flusso e le condizioni ambientali influiscono sugli andamenti della temperatura del
gas. Quello che si può certamente affermare è che durante le operazioni di carica il
gas aumenta di temperatura spesso in modo molto evidente.
46
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Modulo 3
Soltanto alcune ore dopo la fine della carica il gas all'interno della bombola avrà
raggiunto, eguagliandola, la temperatura ambiente e solo allora potremo verificarne la
pressione.
La maggior parte delle operazioni di miscelazione si eseguono monitorando gli andamenti
pressori dei gas che vengono trasferiti da una bombola all'altra e quasi tutte queste
operazioni generano calore.
Il calore sulla superficie esterna di una bombola durante o alla fine di una carica, è
decisamente più basso rispetto al calore del gas all'interno della bombola. È per questa
ragione che non bisogna fidarsi troppo della valutazione soggettiva che si esegue al tatto
per verificare l'avvenuta diminuzione della temperatura, se non sono trascorse almeno
alcune ore di “riposo” dalla fine della carica.
3.8.1 Andamento della temperatura tra l'interno di una bombola e
l'ambiente esterno alla fine di una carica.
In estate, quando la temperatura ambiente è ai massimi, sarebbe meglio eseguire le
operazioni di miscelazione con intervalli di diverse ore tra una carica e la successiva.
Se le pareti della bombola fossero composte da un materiale isolante, il tempo che il gas al
suo interno impiegherebbe per eguagliare la temperatura esterna sarebbe estremamente
lungo. Il metallo usato per le bombole è fortunatamente un buon conduttore, pertanto
una bombola calda immersa in acqua impiega molto meno tempo a dissipare il proprio
calore interno in virtù del fatto che l'acqua disperde calore venti volte più velocemente
dell'aria. Benché sia una pratica in disuso per l'oggettiva difficoltà logistica che comporta,
l'accortezza di immergere le bombole in acqua fresca durante le operazioni di carica ha
una certa utilità per accelerare le operazioni di miscelazione. Se si usa questa accortezza
è obbligatorio mantenere l'acqua ragionevolmente pulita e cambiarla spesso.
3.9 La Legge di Dalton
La legge di Dalton afferma che “la pressione totale esercitata da una miscela di gas
ideali è uguale alla somma delle pressioni parziali che sarebbero esercitate dai gas che la
compongono se occupassero da soli tutto il volume a disposizione”.
In termini matematici si esprime come segue:
Ptot = Pp1 + Pp2 + Pp3 + ... + Ppn
È molto importante capire intimamente il significato di questa legge per la pratica della
miscelazione. La legge di Dalton è l'unica che offre delle basi matematiche semplici e
concretamente utili per l'operatore.
Immaginiamo di avere due bombole di egual capacità una contenente ossigeno a 10 atm
(PO2) e l'altra contenete azoto a 10 atm (PN2).
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47
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Avremo:
PO2
PN2
=
=
10 atm
10 atm
Eseguiamo le misurazioni delle pressioni con il manometro e leggendo la lettura di 10
atm in entrambe le bombole possiamo trarre due conclusioni:
Modulo 3
1.
2.
La pressione di azoto in PO2 è ovviamente zero perché l'azoto è assente
La pressione di ossigeno in PN2 è ovviamente zero perché l'ossigeno è assente
Ora mettiamo in comunicazione le due bombole e apriamo la valvola di connessione.
L'ossigeno contenuto in una delle due bombole si diffonderà nell'altra e così farà l'azoto;
dopo un certo tempo i due gas saranno ben mescolati. Il sistema che noi abbiamo adesso
è unico, non ci sono più due bombole separate, bensì un bibombola avente capacità doppia
contenente Ean50. Misuriamo la pressione all'interno del “sistema bibombola” e noteremo
che non è cambiata, è sempre di 10 atm.
Esaminiamo la situazione dal punto di vista dell'azoto: Il volume iniziale dove era
contenuto l'azoto era esattamente la metà del volume attuale (inizialmente monobombola
adesso bibombola) quindi applicando la legge di Boyle e Mariotte avremo:
PN2 iniziale
PN2 finale
VN2 iniziale
VN2 finale
=
=
=
=
10 atm
?
V
2V
PN2 iniziale x VN2 iniziale = PN2 finale x VN2 finale
sostituiamo i termini noti e calcoliamo l'incognita
10 x V = PN2 finale x 2V
PN2 finale = (10 x V) / 2V = 10 / 2 = 5 atm
Quanto sopra descritto vale anche per l'ossigeno (al lettore la verifica dei passaggi),
pertanto avremo
PO2 finale = 5 atm
Dato che la pressione del nostro sistema/bibombola risultava essere sempre di 10 atm
possiamo dedurre che questo valore sia dovuto alla somma delle singole pressioni di
ciascun gas, ovvero:
P bibombola = PN2 finale + PO2 finale = 5 + 5 = 10 atm
ovvero
Ptot = Pp1 + Pp2
la legge di Dalton appunto.
pressione parziale
p
sia dell'azoto sia
Nel nostro bibombola la pressione di 5 atm è la p
dell'ossigeno componenti la nostra miscela Ean50.
3.10 Il concetto di frazione di un gas
g
Se dividiamo la pressione parziale di un gas per la pressione totale della miscela
otteniamo la sua frazione.
Pp / Ptot = ƒ
48
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La frazione è un numero che può variare da 0 (quando quel gas non c'è nella miscela), a 1
(se tutto la miscela è costituita solo da quel gas). La frazione di un gas esprime il valore
percentuale indicante la presenza di un gas all'interno di una miscela e non è influenzata
dalla pressione. La sommatoria delle frazioni dei singoli gas componenti una miscela è
sempre uguale ad 1, ovvero al 100%. In termini matematici si esprime come segue:
ƒgas1 + ƒgas2 + … + ƒgasn = 1
Pp = ƒ x Ptot
Le formule relative al valore della frazione e alla legge di Dalton sono molto utili nella
pratica della miscelazione e sono talvolta utilizzate associando le une alle altre.
La legge di Dalton può infatti essere espressa dalla seguente formula:
Ptot = (ƒgas1 x Ptot) + (ƒgas2 x Ptot) + … + (ƒgasn x Ptot)
A titolo di esempio vengono indicate nella seguente tabella la frazione, la pressione
parziale e le formule ad esse associate di due miscele di gas a determinata pressione.
Pressione
Totale
Nome
gas
Ptot
Ptot = Pp1
+ Pp2 + ...
Ean38
180
Trimix16/40
220
Frazione
Ossigeno
Frazione
Azoto
Frazione
Elio
fO2
fN2
fHe
Pressione Pressione Pressione
Parziale
Parziale
Parziale
Ossigeno
Azoto
Elio
PpO2
PpN2
PpHe
ƒ = Pp / Ptot
38%=0,38
16%=0,16
62%=0,62
44%=0,44
Pp = ƒ x Ptot
0
40%=0,40
68
35
112
97
0
88
3.11 I gas reali e la Legge di Van Der Waals
Abbiamo detto che la legge dei gas perfetti è una semplificazione, o per meglio dire,
una modellizzazione della realtà grazie alla quale è possibile descrivere e prevedere il
comportamento termodinamico dei gas. Secondo questo modello gli atomi e le molecole
(particelle) che compongono un qualunque gas hanno una dimensione trascurabile e tra
di loro non si esercita nessuna forza.
Secondo questo modello sarebbe teoricamente possibile comprimere un gas
indefinitamente fino ad un volume tendente a zero ed osservare la variazione di pressione
così come previsto dalla Legge di Boyle e Mariotte.
Nella realtà questo non può avvenire soprattutto per due ragioni:
• le particelle che compongono un gas sono dotate di dimensione propria benché
piccolissima
• l'energia di interazione tra le particelle non è trascurabile.
Il comportamento termodinamico dei gas reali, quindi, si discosta da quello dei gas ideali,
ovvero non segue esattamente la legge dei gas perfetti. La legge di Van der Waals è una
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49
Modulo 3
Le frazioni dei gas di una miscela pronta per la consegna, rappresentano il dato di
maggior interesse ed importanza per il subacqueo e devono essere pertanto sempre
chiaramente apposte sulla bombola. È il subacqueo che ordina all'operatore le frazioni
dei singoli gas, e la pressione finale delle bombole (generalmente 200 atm), ragion per
cui frazione e pressione totale sono sovente i termini noti dai quali ricavare le pressioni
parziali dei singoli gas.
La formula da adottare è la seguente:
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legge fisica che descrive in modo molto più accurato il comportamento dei gas reali.
Questa legge è di fatto un'estensione della legge dei gas perfetti, rispetto alla quale
consente una migliore precisione di calcolo e previsione.
Van Der Waals ha introdotto un fattore di “correzione” denominato “Z” all'interno
della equazione dei gas perfetti. Il valore di Z è definito “fattore di comprimibilità” ed
è determinato empiricamente attraverso complesse procedure di calcolo che tengono
conto sia dell'intensità delle forze attrattive tra le particelle, sia il volume proprio delle
particelle stesse. Il valore di Z non è un valore costante e dipende dal tipo di gas (quindi
dalle dimensioni delle sue particelle e dalle forze di interazione), dalla temperatura e
persino dal volume del contenitore del gas. Si comprende benissimo come la complessità
delle procedure di calcolo, che devono tener conto di tutti questi fattori, sia ben aldilà
della nostra capacità di calcolo. La legge di Van Der Waals, in forma semplificata, si
esprime matematicamente come segue
P·V=Z·n·R·T
da cui
n = (P · V) / Z (R · T)
Da questa seconda equazione si evince chiaramente che la massa effettiva di un gas (n
numero di moli) è influenzata da Z: se Z è maggiore di 1 la massa sarà inferiore rispetto
alla previsione dei gas perfetti, se Z è minore di 1, sarà maggiore.
Nelle condizioni in cui generalmente opera una stazione di ricarica per miscele subacquee, i
valori di Z possono variare approssimativamente da un minimo di 0,96 ad un massimo di 1,25.
Per consentire una maggior comprensione del fattore di comprimibilità dei gas
comunemente usati nelle stazioni di ricarica, si riportano alcuni grafici.
Grafico 1: Valori di Z dell'elio, azoto e ossigeno a 26 gradi Celsius
50
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Modulo 3
Grafico 2: Valori di Z dell'elio, azoto e ossigeni a 200 bar di pressione
Grafico 3: Valori di Z dell'aria a 3 diverse temperature
p
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Quello che si evince da questi grafici è che il valore di Z dipende non soltanto dalla natura
del gas (quindi dalla dimensione delle particelle e dalle loro interazioni), ma anche dalla
temperatura.
Nel grafico n. 3 relativo all'aria, notiamo come fino a pressioni di poco superiori i 100 bar,
a temperatura di 25 gradi, il valore di Z è minore di 1. Questo significa che la lettura del
manometro ci darà un indicazione leggermente in difetto rispetto alla quantità effettiva
di gas, mentre oltre i 150 bar le letture saranno in eccesso (a 200 bar abbiamo un errore
di lettura di circa il 3%, a 300 bar di circa il 10%).
Il fattore di comprimibilità, in parole semplici, ci da la misura della differenza che c'è tra
la lettura della pressione e la quantità effettiva della massa di un gas. Questa differenza
è quasi sempre in eccesso (ovvero pressione indicante una quantità superiore rispetto al
reale) e comporta un errore sulle frazioni delle miscele valutabile fino al 10% per il nitrox
e fino al 15% per il trimix.
3.12 Grado di precisione nella preparazione
delle miscele - I software
Per ottenere una miscela di composizione certa è necessario immettere nella bombola una
quantità precisa, ovvero massa, ovvero numero di particelle, di ossigeno, azoto e/o elio. La
pressione è una proprietà dei gas facile e agevole da misurare tuttavia, oltre ad essere
un metodo di misura indiretto, abbiamo visto come il fattore di comprimibilità Z influisca
sulla massa dei gas a determinate pressioni e temperature.
Per conseguire un'accurata miscelazione, utilizzando la pressione come parametro di
riferimento, siamo quindi costretti a ritoccare la pressione finale di carica di elio, ossigeno
e aria di una certa quantità. L'ampiezza di questa correzione non è determinabile con gli
strumenti di calcolo a nostra disposizione, e per un certo tempo è stata “aggiustata” con
sufficiente accuratezza dall'esperienza e capacità di valutazione dagli operatori che, nel
tempo, dopo tentativi ed errori, hanno imparato l'arte della miscelazione “fatta in casa”.
Oggi sono disponibili degli strumenti con i quali pervenire ad un più che adeguato, ed in
alcuni casi elevato, grado di precisione nella preparazione delle miscele.
Questi strumenti sono:
Software
Esistono dei software appositamente sviluppati per eseguire i calcoli relativi alle varie
operazioni di miscelazione effettuabili nelle stazioni di ricarica per immersioni sportive.
Questi software utilizzano algoritmi molto precisi che si basano sulla legge di Van Der Waals.
Benché anche questi software non possano tener conto sia delle variazioni delle condizioni
di temperatura in cui opera il nostro sistema, sia della dimensione delle bombole
coinvolte, essi sono estremamente precisi e consentono un elevato grado di flessibilità.
Grazie a questi software non è più nemmeno necessario svuotare le bombole che devono
essere sottoposte alle operazione di miscelazione e carica. Ovviamente la composizione
e pressione del gas eventualmente presente nella bombola devono essere noti e
compatibili con la miscela che vogliamo ottenere (gli stessi software avvisano le eventuali
incompatibilità), in maniera tale da consentire le operazioni di rabbocco.
Sostanzialmente all'operatore è richiesto principalmente di assicurare un corretto
raffrescamento delle bombole prima delle operazioni di verifica della pressione e prima di
passare alla fase successiva di una ricarica.
Eccezionalmente è possibile imbattersi in software che utilizzano algoritmi che si basano
su altre e più aggiornate teorie del comportamento cinetico e termodinamico dei gas
(algoritmo di Redlich-Kwong o alternativamente algoritmo di Peng-Robinson). Questi
software offrono gradi di precisione irrealizzabili in una stazione di ricarica per miscele
subacquee, pertanto il loro utilizzo è relegato ai centri di ricarica industriali.
52
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Ai seguenti indirizzi internet è possibile ottenere due validi software per il calcolo delle
pressioni di miscelazione:
http://www.gap-software.com/download/gap-multibank.html
http://www.hlplanner.com/blender.htm
Tabelle compensate
Esistono da tempo delle tabelle per la preparazione di miscele binarie e ternarie che
forniscono i valori delle pressioni di carica dei singoli gas per ogni valore di pressione
finale voluta. Generalmente queste tabelle riportano dei dati calcolati sulla base della
legge dei gas ideali e pertanto non sono precise quanto un software.
È opportuno quindi dotarsi di “tabelle compensate”, ovvero tabelle che tengano conto del
comportamento dei gas reali. Utilizzando i software a nostra disposizione ed impostando
i parametri di calcolo in accordo con le condizioni di esercizio del nostro sistema di
miscelazione, è possibile predisporre delle tabelle compensate. Queste tabelle autoprodotte non possono tener conto del fattore temperatura, e benché in una certa misura
la precisione finale è ancora determinata dalla capacità di valutazione e correzione
dell'operatore, esse sono un accettabile compromesso e consentono una notevole
precisione.
Pressione intermedia compensata in bar di ossigeno da immettere in bombola vuota
prima del riempimento finale con aria
Pressione finale
Ean32
Ean36
Ean40
Ean50
230
32
43
54
82
200
29
39
49
73
180
27
36
45
67
3.12.1 Tabella per la preparazione per pressioni parziali di nitrox realizzata con HLPLANNER.
Sistemi automatici di miscelazione
Questi sistemi consentono di ottenere le miscele in modo molto preciso e sono costituiti da
sofisticate apparecchiature a controllo informatizzato che utilizzano algoritmi derivanti
dalla legge di Van Der Waals. Una descrizione più approfondita viene fornita nel prossimo
modulo.
3.13 Conclusioni
La presa di coscienza delle difficoltà connesse al conseguimento di un accurato grado di
precisione dei calcoli alla nostra portata, non deve scoraggiarci dal farli. Le possibilità
di previsione offerte dalle leggi di Dalton e di Boyle e Mariotte sono comunque utili e
ci consentono di eseguire le operazioni del caso avendo ben in mente i limiti applicativi.
È ben più importante eseguire le operazioni di miscelazione con la dovuta cura ed
esperienza che avere il modello più aggiornato di software per miscelazione.
Blending & Mixing
53
Modulo 3
L'enorme diffusione dei computer, palmari e persino di telefoni portatili sempre più
sofisticati permette l'uso di questi software praticamente ovunque. Questo ha reso di fatto
inutile l'uso delle tabelle di miscelazione tradizionali.
Modulo 3
Pure Tech Agency
54
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
MODULO 4
CARATTERISTICHE DELL'ARIA PER MISCELAZIONI E
METODI DI MISCELAZIONE
Al termine di questo modulo saremo in grado di:
• Conoscere e valutare il grado di idoneità dell'aria per la preparazione di miscele
respiratorie
• Conoscere i principali metodi di miscelazione
• Valutare i pro ed i contro di ogni metodologia di miscelazione in relazione alle
nostre esigenze operative
Informazioni generali
La preparazione di una miscela di gas ad uso respiratorio subacqueo deve essere eseguita
con la massima attenzione possibile in ragione dei già accennati effetti fisiologici dei gas
respirati ad alta pressione, della difficoltà di determinare con precisione le quantità dei
gas da miscelare e del rischio connesso all'operare con ossigeno puro.
Il coefficiente di diffusione dei gas ad alta pressione ed alta temperatura è molto alto,
ragion per cui, nelle bombole comunemente usate dai subacquei, la miscela diventa
omogenea in pochi secondi. Con tutto ciò è comunque bene lasciare le bombole coricate
soprattutto durante le operazioni di immissioni dell'elio ed è preferibile lasciarle
comunque coricate fino al momento dell'utilizzo. Un tempo si usava far rotolare le bombole
di trimix per un certo tempo come ultimo accorgimento prima dell'utilizzo, ma l'impiego di
bibombola uniti da un connessione ha reso questa pratica oltremodo impossibile oltre che
sostanzialmente inutile. Miscele non omogenee possono capitare in bombole molto snelle,
o molto grandi, a pressioni di 300 bar ed a distanza di molto tempo dalla preparazione.
Non bisogna mai avere fretta di consegnare una miscela perché i controlli eseguiti a
distanza di tempo consentono un margine di attendibilità e sicurezza superiore. Le
operazioni di miscelazione e carica devono essere eseguite con la giusta calma, in
sicurezza ed avendo sotto controllo istante per istante tutte le fasi della preparazione.
4.2
Caratteristiche dell'aria per miscelazioni –
grado di purezza
L'aria che si utilizza nelle operazioni di miscelazione deve ottemperare a certi parametri
di purezza. Questo non significa necessariamente che l'aria catturata dal compressore
sia o non sia idonea, piuttosto bisogna spostare l'attenzione sui criteri operativi e sui
comportamenti del sistema di compressione e miscelazione quando aria e ossigeno
vengono a contatto.
L'aria che prende parte ai processi di miscelazione deve possedere dei valori di purezza
definiti dai limiti indicati nella tabella 4.2.1.
Idrocarburi condensati
Idrocarburi gassosi
Biossido di carbonio CO2
Monossido di Carbonio CO
Vapore acqueo
0,1 mg/m³
15 ppm
500 ppm
2 ppm
39 ppm
4.2.1 Tabella dei limiti di purezza dell'aria
Blending & Mixing
55
Modulo 4
4.1
Pure Tech Agency
Modulo 4
Questi dati sono il risultato del lavoro congiunto di varie didattiche per immersioni
tecniche e uffici governativi di varie nazioni risalente ai primi anni '90. Oggi è
possibile conseguire livelli di purezza superiori sia grazie all'inserimento nel sistema
di miscelazione di filtri addizionali (oltre quelli di base), sia grazie all'evoluzione delle
moderne apparecchiature disponibili ed a pratiche manutentive scrupolose.
Analizziamo in dettaglio gli effetti delle due famiglie principali di contaminanti: gli
idrocarburi ed il vapore acqueo.
Gli idrocarburi rappresentano un pericolo per i danni fisiologici che innescano se respirati
in ambiente iperbarico, ma soprattutto come potenziale fonte di innesco in ambienti ricchi
di ossigeno. Questi due rischi sono legati tra loro: se a seguito di un repentino aumento
pressorio e/o flusso sonico avviene un rapido innalzamento della temperatura in un punto
del sistema, questo può generare sufficiente calore da bruciare le particelle eventualmente
presenti di idrocarburi. Questa combustione, inevitabilmente, produrrà una certa
quantità di CO2 e CO che finirà per essere immessa nelle bombole. La catena di eventi
potrebbe proseguire: la combustione alzerebbe ulteriormente la temperatura localmente
fino al punto di innescare l'accensione della parte di sistema coinvolto (tubazioni, fruste,
valvole ecc). Le conseguenze di tutto ciò sarebbero catastrofiche.
Privare l'aria del vapore acqueo è un compito che normalmente eseguono i compressori
in modo sufficiente. Benché aria eccessivamente secca non sia desiderabile in quanto
disidraterebbe eccessivamente il subacqueo che la respira, l'aria priva di umidità rende
più difficile la formazione di ghiaccio a seguito di espansione del gas nel primo stadio
di un erogatore. Inoltre un valore basso di umidità contiene il fenomeno dell'ossidazione
all'interno delle bombole.
Assumendo come idonea l'aria atmosferica (benché l'aria stessa non sia priva di
idrocarburi, CO2, CO e particelle estranee di ogni sorta), il sospettato principale in grado
di interferire con il grado di purezza dell'aria è il compressore. Vediamo come.
Minime quantità di olio lubrificante di un compressore trafilano dai cilindri preposti alla
compressione dell'aria e vengono nebulizzate nell'aria compressa. Questi contaminanti
non sono completamente trattenuti dai filtri di qualunque compressore.
In ragione delle condizioni operative possiamo accrescere il grado di purezza dell'aria in
modo incrementale adottando i seguenti accorgimenti:
1° impiego di compressore lubrificato con oli ossigeno compatibili
2° aggiunta di sistemi di filtrazione ridondanti
3° impiego di compressore oil-free
Grazie alla disponibilità di sistemi filtranti addizionali, in aggiunta a quelli già presenti
normalmente in un compressore, è quindi possibile aumentare notevolmente il grado di
protezione del nostro sistema dalle impurità dell'aria. I filtri o sistemi di filtri, vengono
generalmente posizionati a valle del compressore e prima della parte di sistema preposto
alla miscelazione. La loro presenza, accoppiata con i filtri del compressore, conferisce
ridondanza al sistema di filtrazione dell'aria.
Esiste una norma UNI, la EN 12021:2000, che “specifica i requisiti per la qualità
dell'aria compressa fornita per l'uso con autorespiratori a circuito aperto ad aria
compressa e autorespiratori per uso subacqueo a circuito aperto ad aria compressa
(SCUBA), respiratori ad aria compressa alimentati dalla linea e respiratori ad aria
compressa alimentati dalla linea per uso subacqueo, autorespiratori a circuito aperto ad
aria compressa con maschera intera o boccaglio completo o cappuccio per la fuga”. Tale
norma è spesso citata nei manuali a corredo dei compressori. Nella tabella 4.2.2 vengono
riportati alcuni dei valori stabiliti dalla norma:
56
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Olii residui
Biossido di carbonio CO2
Monossido di Carbonio CO
Azoto (%)
Ossigeno (%)
Odori e sapore
0,5 mg/m³
500 ppm
15 ppm
79±1
21±1
Assenti
4.2.2 Tabella dei limiti di purezza dell'aria stabiliti nella norma UNI EN 12021
Comparando i valori delle tabelle 4.2.1 e 4.2.2, si notano alcune differenze in ragione del
fatto che la norma UNI non prevede il coinvolgimento di ossigeno puro. Questo ci deve far
riflettere sull'importanza del grado di purezza dell'aria quando questa viene miscelata
con ossigeno puro. Un normale compressore mantenuto in piena efficienza non è una
condizione sufficiente affinché esso possa essere impiegato per la preparazione di miscele.
Miscelazione per pressioni parziali
È il metodo di miscelazione più utilizzato in assoluto nelle stazioni di ricarica per
immersioni sportive data la sua relativa semplicità di messa in pratica. Questa facilità
deriva dal fatto che il controllo delle operazioni avviene monitorando gli andamenti della
proprietà dei gas più facile da misurare, la pressione.
Questo metodo si basa sulla legge di Dalton: la pressione totale di una miscela di gas
viene raggiunta sommando le singole pressioni parziali di ciascun gas componente.
Sapendo quindi la pressione assoluta finale della nostra bombola, si procede aggiungendo
le quantità (pressione) di ossigeno, aria, nitrox o elio per ottenere la miscela binaria o
ternaria voluta. L'attrezzatura di base è piuttosto semplice ed è composta essenzialmente
da bombole donatrici, bombole riceventi, compressore e sistemi di trasporto dei gas
(tubazioni e fruste), oltreché ovviamente di un paio di manometri.
Le operazioni di miscelazione si svolgono come indicato nella tabella 4.4.1: le frecce
indicano l'ordine con cui, generalmente, vengono immessi i gas nella bombola.
4.3.1 Organigramma delle operazioni di miscelazione per pressioni parziali
Le pressioni di carica si ottengono da apposite tabelle, aritmeticamente oppure affidandosi
ad un software per la miscelazione.
Nonostante le procedure di miscelazione non siano particolarmente complicate, l'accuratezza
della miscela dipende più dalla bravura dell'operatore che dal pregio delle apparecchiature
usate. La pressione è una misura indiretta della quantità di un gas e si è visto come viene
influenzata sia dalla temperatura sia dal grado di compressibilità dei gas. Questi fenomeni
influiscono grandemente sulla lettura della pressione ragione per cui è necessario sia effettuare
delle lunghe pause durante la miscelazione, per dar tempo al sistema di raffreddarsi, sia
eseguire dei controlli a distanza di tempo per verificare l'esattezza finale della miscela ottenuta.
Blending & Mixing
57
Modulo 4
4.3
Pure Tech Agency
Modulo 4
Pro
Equipaggiamento minimo relativamente
semplice e poco costoso
Questa metodologia consente l'uso di
equipaggiamento trasportabile, facilitando
quindi le operazioni in aree remote
Contro
Massimale ruolo dell'operatore nel minimizzare
gli effetti della legge dei gas reali
Il procedimento di miscelazione richiede un certo
tempo
4.3.2 Schema miscelazione per pressioni parziali
4.4
Miscelazione a peso
Con questo metodo si misura il peso dei gas immessi in una bombola per mezzo di una
bilancia di precisione. Ovviamente anche la tara deve essere nota, ovvero il peso esatto
della bombola vuota. Nella pratica comune si esegue aggiungendo ossigeno e/o elio nella
bombola fino a raggiungere il peso voluto, e si rabbocca successivamente con aria. Questo
è un metodo di miscelazione utilizzabile sia per miscele binarie sia per le ternarie.
La bilancia deve essere in grado di misurare pesi piuttosto elevati (dell'ordine di qualche
decina di chili) con livello di precisione fino al decigrammo o superiori. Le uniche in grado
di fornire una tale precisione sono quelle digitali, le quali sono dotate di diverse funzioni
al fine di semplificare le operazioni di calcolo e calibrazione.
4.4.1 Interfaccia di bilancia elettronica di precisione
58
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
Apposite tabelle di conversione, che si basano sul peso molecolare, indicano come
convertire la frazione di ossigeno e/o elio voluti in una miscela, in peso (grammi) e
viceversa.
Per evitare ulteriori calcoli di compensazione è consigliabile svuotare ogni volta
accuratamente la bombola prima di incominciare le operazioni di carica e pesatura (gli
impianti industriali di precisione per fare ciò utilizzano una pompa del vuoto).
L'architettura dei sistemi di miscelazione a peso è del tutto simile a quella dei sistemi per
pressioni parziali, allorché i primi adottano come parametro di misura il peso, mentre i
secondi la pressione.
Il problema principale di questo metodo sta proprio nella precisione della pesata. La
frusta di trasporto del gas e la connessione alla bombola hanno un peso proprio e durante
le operazione di carica la messa in pressione della frusta produce una torsione della
stessa che imprime una certa forza sulla bombola. Queste interferenze rendono inesatta
la misurazione del gas introdotto pertanto la lettura del peso può risultare imprecisa.
Inoltre le bilance in grado di fornire una lettura veramente precisa sono costose a tal
punto da fare preferire un diverso utilizzo dell'investimento necessario per acquistarle.
Questo metodo è generalmente usato solamente in ambito industriale.
Pro
Contro
Pesare è un metodo di misurazione dei gas Grado di precisione della pesata
diretto e preciso
La misura a peso non è influenzata dalla Proporzionalità diretta tra precisione voluta e
temperatura
costo del sistema
4.4.2 Schema miscelazione a peso
Blending & Mixing
59
Modulo 4
Il peso della bombola dichiarato dal fabbricante non è sufficientemente preciso e
deve essere pertanto misurato al grammo. A seguito di operazioni di manutenzione
straordinaria il peso di una bombola deve essere ricontrollato.
Pure Tech Agency
4.5
Metodi di miscelazione automatici
Esistono metodi di miscelazione automatici adatti alle esigenze di una stazione di
ricarica per immersioni sportive. L'automatismo è ottenuto per mezzo di sofisticate
apparecchiature a controllo computerizzato. Queste apparecchiature eseguono le
miscelazioni per pressioni parziali, ma adottano particolari accorgimenti che consentono
di ottenere miscele di gas in modo molto accurato.
Il computer del sistema è collegato ad appositi sensori di temperatura ed il software
è dotato di un complesso modello termodinamico che tiene conto delle variazioni di
temperatura e dei fattori di compressibilità di ogni singolo gas. È il computer che calcola i
profili pressori, regola l'apertura delle valvole e controlla i flussi dei gas. Tutto il processo
è automatizzato, si ottengono miscele molto precise e all'operatore non restano che le
operazioni di connessione, impostazione e verifica.
Se la miscelazione “è il vostro mestiere” un ragionamento sull'opportunità di investire del
denaro in questi sistemi è opportuno.
Pro
Contro
Precisione delle miscele ottenute
Facilità di utilizzo
Modulo 4
4.6
Costo
Minimale ruolo dell'operatore
Miscelazione a membrana permeabile
Questo è un sistema per la produzione di miscele nitrox contenenti fino al 40% di ossigeno
e la sua particolarità sta nel fatto che non utilizza alcun ossigeno. Le miscele si ottengono
per sottrazione di azoto dall'aria.
L'aria viene spinta verso una cartuccia composta da migliaia di membrane fatte di
polimeri che agiscono come setacci in grado di trattenere una precisa quantità di molecole
di azoto. Come l'aria entra nella cartuccia essa viene scissa in due gas: un nitrox iperossigenato ed un nitrox ipo-ossigenato. Le membrane all'interno della cartuccia sono
disposte in modo tale da spingere il nitrox ricco di ossigeno verso le pareti esterne e da li
inviato al compressore e quindi alle bombole, mentre il nitrox ricco di azoto viene spinto
verso la parte terminale della cartuccia e da li espulso. Il meccanismo di regolazione
della percentuale di ossigeno agisce sul flusso in uscita della miscela ipo-ossigenata e
conseguentemente sulla pressione all'interno della cartuccia.
4.6.1 Sezione schematica funzionamento membrana
I primi apparati che impiegavano questo metodo di miscelazione adottavano una struttura
“aperta” dove l'aria pressurizzata (proveniente generalmente da bombole di stoccaggio
o da compressori a bassa pressione), la membrana ed il compressore (che doveva essere
comunque ossigeno compatibile) venivano messi a sistema direttamente in sito.
Oggi sono disponibili sul mercato compressori nitrox (ovvero un unico congegno) che eseguono
questo lavoro autonomamente, e l'operatore non deve far altro che eseguire le operazioni di
connessione delle bombole, impostazione della miscela nitrox e controllo delle miscele ottenute.
60
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
Dato che il nitrox ipo-ossigenato non viene utilizzato come gas respiratorio, l'efficienza
di questi sistemi (la portata) è inversamente proporzionale alla percentuale di ossigeno
voluta. Pertanto potrebbe essere necessario disporre di bombole di stoccaggio per
soddisfare i picchi di richiesta in determinati periodi.
Pro
Contro
Non richiede l'utilizzo di ossigeno ad alte
pressioni
Utilizzando un compressore nitrox la
logistica di carica è identica a quella per
le ricariche ad aria, rendendo il sistema
adatto anche alle imbarcazioni
Semplicità d'uso
All'operatore di un sistema di miscelazione
chiuso (compressore nitrox) non è richiesta
nessuna particolare certificazione
Le membrane sono piuttosto costose così
come i compressori nitrox
Sistema non in grado di produrre miscele
con una percentuale di ossigeno superiore
al 40%
Modulo 4
L'efficienza/portata del sistema
In un sistema di produzione aperto è
necessario disporre di un compressore
a bassa pressione o di un banco aria con
relativo riduttore di pressione
4.6.2 Schema miscelazione a membrana - struttura aperta
4.7
Miscelazione a flusso continuo
Questo sistema consente la produzione di miscele nitrox fino al 40% ed oltre. In questo
sistema l'aria e l'ossigeno vengono miscelati a pressione e temperatura ambiente
all'interno di un apposito “ambiente” confinato denominato “camera di miscelazione” o
“tubo miscelatore”. La miscela ottenuta viene verificata e successivamente inviata ad un
compressore a servizio ad ossigeno per essere compressa nelle bombole.
È un sistema che si presta per la produzione di grandi volumi di miscele nitrox, anche
se per ottenere una grande produzione è necessario un investimento piuttosto alto. La
regolazione ed immissione dell'ossigeno proveniente dalle bombole di stoccaggio nel tubo
di miscelazione avviene per mezzo di un riduttore di pressione e di un flussometro.
La “stabilizzazione” e la verifica della miscela ottenuta a monte del compressore sono
Blending & Mixing
61
Pure Tech Agency
operazioni che richiedono un certo tempo e pertanto una parte dei gas vengono persi. Per
questi motivi risulta piuttosto dispendioso, soprattutto in termini di tempo, soddisfare
la necessità di riempire numerose bombole contenenti nitrox con diverse percentuali
di ossigeno. È molto meglio quindi riempire grosse bombole di stoccaggio con una sola
miscela nitrox (per esempio EAN50) utilizzabile successivamente per preparare,
diluendola con l'aria, miscele nitrox aventi percentuale di ossigeno inferiore (operazione
questa abbastanza rapida ed eseguibile per pressioni parziali) oppure trimix.
Benché sia possibile utilizzare questa tecnica anche per la produzione di miscele Heliair,
questa metodologia è nata espressamente per la produzione di grosse quantità di nitrox.
In anni recenti si sono resi disponibili sul mercato dei “kit” per creare degli impianti di
miscelazione a flusso continuo per modeste produzioni. Le ridotte dimensioni di questi
sistemi e la possibilità di impiegare anche l'elio, hanno consentito il raggiungimento di
una discreta praticità complessiva tale da
renderli commercialmente attrattivi.
Contro
Metodologia nata espressamente per grandi
produzioni di nitrox
Ruolo dell'operatore massimale sui controlli
da eseguirsi durante le operazioni di carica
Modulo 4
Pro
Questa metodologia consente grandi
produzioni di una miscela nitrox
Miscelare i gas a bassa pressione
minimizza gli effetti della legge dei gas
reali
4.7.1 Schema miscelazione a flusso continuo
62
Blending & Mixing
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MODULO 5
APPARECCHIATURE PER LA MISCELAZIONE
Obbiettivi
Al termine di questo modulo saremo in grado di
• Conoscere la tipologia e lo schema di funzionamento delle principali
apparecchiature per miscelazione
• Comprendere lo schema operativo di una stazione di ricarica
• Selezionare le attrezzature minime necessarie per eseguire le operazioni di
miscelazione
5.1
Informazioni Generali
Queste sono solamente alcune delle domande alle quali si devono trovare delle realistiche
risposte prima di progettare una qualsiasi stazione di ricarica. Ovviamente l'architettura
finale della stazione deve per forza di cose definirsi anche sulla base delle risorse disponibili.
L'architettura dei sistemi di miscelazione non ha subito particolari variazioni negli ultimi
anni, mentre le singole apparecchiature e componenti si sono evolute sia in termini di
sicurezza sia di praticità d'uso. È bene tenersi aggiornati sugli ultimi prodotti disponibili
sul mercato perché l'avvento di uno di questi potrebbe risultare di estrema utilità per il
nostro lavoro. Tuttavia, prima di procedere all'acquisto di un dispositivo, è sempre bene
ricordare che una corretta programmazione delle attività di miscelazione è, in termini di
efficienza e redditività, un criterio molto importante al pari di molti dispositivi.
Per poter utilizzare un qualsiasi componente di un sistema è necessario leggere e
comprendere le specifiche tecniche, le procedure d'uso e manutenzione ed i parametri
di utilizzo forniti dal fabbricante. Tutte informazioni che non possono essere contenute
in questo manuale, e pertanto devono essere studiate nelle sedi opportune avendo il
fornitore o installatore delle stesse quale interlocutore privilegiato.
Ovviamente tutte le azioni e tutte le apparecchiature che dovranno operare con l'ossigeno
o con miscele iper-ossigenate dovranno ottemperare a tutte le norme e regole di sicurezza
relative all'uso di ossigeno ad alte pressioni o concentrazioni.
Blending & Mixing
63
Modulo 5
Il livello della complessità del sistema di miscelazione che si intende realizzare, dipende
primariamente da quanto grande e diversificata deve essere la nostra produzione di
gas. Le questioni preliminari di base a cui dobbiamo rispondere prima di allestire una
qualsiasi stazione di ricarica sono le seguenti:
• Quanti mesi all'anno deve essere pienamente operativa la stazione di ricarica?
• Quanti litri/giorno e quali miscele di gas si devono produrre?
• Quando sono previsti i picchi di richiesta di gas?
• Quale tipologia e quantità deve essere garantita?
• È necessario disporre di bombole di stoccaggio contenenti miscele già pronte?
• Quanto devono essere capienti?
• Come deve essere il programma manutentivo della stazione?
• Quale è il luogo prescelto per l'allestimento della stazione?
• È idoneo?
Pure Tech Agency
5.2
La direttiva PED
Modulo 5
La PED 97/23/CE , “Pressure Equipment Directive”, è una direttiva divenuta
obbligatoria in tutta la Comunità Europea dal 30 maggio 2002 e recepita in Italia con
il Decreto Legislativo n° 93/2000.
Essa prevede l'introduzione di istituzioni notificanti incaricate di effettuare la
valutazione di conformità di attrezzature e sistemi a pressione rispetto a dei Requisiti
Essenziali di Sicurezza previsti nelle specifiche e negli allegati della direttiva stessa.
La PED si applica alla progettazione, fabbricazione e valutazione della conformità di
attrezzature e sistemi sottoposti ad una pressione massima ammissibile superiore a
0,5 bar.
“La direttiva ha lo scopo principale di garantire la sicurezza degli apparecchi a
pressione ad essa conformi. Il fabbricante, in particolare, ha l’obbligo di analizzare
tutti i possibili rischi derivanti dalla pressione e, di conseguenza, progettare e costruire
l’attrezzatura tenendo conto della propria analisi. Inoltre la PED ha determinato
il ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri in materia di attrezzature a
pressione ed eliminato gli ostacoli agli scambi in questo settore”.
L'Istituto di Certificazione Europea dei Prodotti Industriali (I.C.E.P.I., http://www.
icepi.com/), è l'organismo autorizzato dalla legge Italiana ad emettere la certificazione
CE di rispondenza della conformità in ambito PED sui materiali e gli equipaggiamenti
utilizzati nelle stazioni di ricarica e miscelazione dei gas per uso subacqueo.
Questo istituto, tra i suoi vari compiti, fornisce i seguenti servizi:
• procedure di rintracciabilità materiali
• approvazione dei materiali
• procedure di costruzione
• qualificazione personale
• analisi tensioni e collaudi meccanici durante prove in pressione;
• ispezioni visive e dimensionali
Una apparecchiatura per poter essere utilizzata deve aver conseguito la
certificazione CE in ambito PED.
Marcatura CE - La Direttiva PED
Direttiva 97/23/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, del 29 maggio 1997,
per il ravvicinamento delle
legislazioni degli Stati membri in materia di attrezzature a pressione.
La direttiva concerne le attrezzature a pressione e gli insiemi la cui pressione massima
ammissibile (PS) è superiore a 0,5 bar. Essa determina gli obiettivi o "requisiti
essenziali" ai quali devono conformarsi, durante la fabbricazione e prima della loro
immissione in commercio, le attrezzature suddette; questi requisiti sostituiscono le
disposizioni nazionali corrispondenti.
Talune disposizioni della direttiva 76/767/CEE del Consiglio concernente il
ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri relative alle disposizioni comuni
agli apparecchi a pressione ed ai metodi di controllo di questi apparecchi (Gazzetta
ufficiale L 262, 27.09.1976) non sono più applicabili a partire dal 29 novembre 1999
per le attrezzature e gli insiemi disciplinati dalla direttiva 97/23/CEE .
Gli organismi europei di normazione stabiliscono norme europee armonizzate in base
ai requisiti essenziali. Tali norme, che non rivestono carattere obbligatorio, saranno
pubblicate nella Gazzetta ufficiale delle Comunità europee.
64
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
• un simbolo grafico comune, le iniziali "CE";
• il numero di identificazione dell'organismo notificato che ha partecipato alla
fase di controllo della produzione;
e ne attesta la conformità alle disposizioni della presente direttiva e alle altre direttive
applicabili concernenti
l'apposizione della marcatura CE.
Su queste attrezzature e sugli insiemi può essere apposta qualsiasi altra marcatura
purché non crei confusione con la marcatura CE.
Gli Stati membri stabiliscono sanzioni qualora essi o gli organismi notificati constatino
l'apposizione indebita della marcatura CE.
Periodo transitorio (29 novembre 1999-29 maggio 2002) durante il quale gli Stati
membri autorizzano l'immissione in commercio di attrezzature a pressione e degli
insiemi conformi alle disposizioni in vigore sul loro territorio; la messa in servizio di
queste attrezzature o di questi insiemi dopo tale data.
La Direttiva PED 97/23 è recepita in Italia con D.L.93 del 25/02/2000.
La Direttiva PED 97/23 è armonizzata con la normativa tedesca per i recipienti in
pressione DRGL 97/23/EG.
5.3
Compressore
Sua maestà il compressore ad alta pressione è una unità completa per la ricarica di
bombole con aria o nitrox in grado di raggiungere pressioni di esercizio comprese tra i 200
ed i 330 bar. L'aria viene catturata dall'atmosfera attraverso un condotto di aspirazione, e
compressa per stadi successivi fino alla pressione programmata. La compressione avviene
per mezzo di un motore radiale solitamente composto da tre o quattro cilindri.
Le parti in movimento del blocco compressore sono lubrificate con oli lubrificanti. Ogni
compressore adotta quindi un sistema dedicato di filtri ed altri accorgimenti affinché l'olio
lubrificante, l'umidità di condensa ed altri contaminanti, anche in quantità minuscole,
non finiscano nelle bombole.
Il compressore deve essere posizionato in una zona areata che deve essere mantenuta
ragionevolmente pulita, mentre il condotto di aspirazione deve essere sistemato in
posizione protetta da fonti di contaminazione dell'aria.
Ne esistono di diversa potenza sia elettrici sia a motore a scoppio, e la scelta tra uno e
l'altro deve essere fatta in base alle necessità specifiche previste.
Blending & Mixing
65
Modulo 5
La valutazione della conformità ai requisiti essenziali delle attrezzature a pressione
si basano sull'approccio modulare descritto nella decisione 93/465/CEE del Consiglio
concernente la valutazione della conformità e le norme per l'apposizione e l'
utilizzazione della marcatura CE di conformità. La valutazione della conformità è
compito degli organismi designati dagli Stati membri conformemente a criteri minimi
di valutazione e che sono stati notificati alla Commissione e agli altri Stati membri.
Le procedure di valutazione sono in funzione del pericolo inerente alle attrezzature
a pressione. Ogni categoria di attrezzature a pressione è accompagnata da una
procedura adeguata o dalla possibilità di scelta tra varie procedure di tenore
equivalente. Per quanto concerne gli insiemi (sistemi n.d.r.), la loro conformità è
oggetto di una procedura globale di valutazione.
Qualora i materiali utilizzati per la fabbricazione delle attrezzature a pressione non
siano stati oggetto di una norma armonizzata, su richiesta di uno o più fabbricanti di
materiali o attrezzature può essere rilasciata un'approvazione europea dei materiali.
Tale documento certifica la conformità dei tipi di materiale con i requisiti essenziali
della presente direttiva. L'elenco di queste approvazioni è pubblicato nella Gazzetta
ufficiale della Comunità europea.
Prima della loro immissione in commercio, le attrezzature a pressione
devono essere munite della marcatura "CE" di conformità, la quale è
costituita da:
Pure Tech Agency
Esiste anche un tipo di compressore che adotta un sistema macchina in grado di
funzionare interamente a secco, ovvero che non impiega oli lubrificanti (oil-free).
Questa tipologia di compressore è piuttosto costosa, ha parametri di utilizzo rigorosi (la
temperatura ambiente in cui è collocato non deve superare certi valori, generalmente 35
C°) e procedure di manutenzione particolarmente scrupolose. Con tutto ciò possiede il
grande vantaggio di poter operare in sicurezza con sistemi che lavorano con l'ossigeno. Il
maggior costo e la relativa delicatezza ne hanno comunque limitato la diffusione.
Nel caso in cui un compressore non oil-free debba essere impiegato in un sistema che
opera con l'ossigeno (miscelazione per pressioni parziali) il lubrificante del motore
deve essere sostituito con olio lubrificante ossigeno compatibile. Inoltre è fortemente
raccomandato aggiungere una batteria di filtri a valle del compressore e prima del
pannello di miscelazione.
È comunque imperativo affidare esclusivamente al manutentore autorizzato dalla casa
madre le operazioni di modifica di un compressore, affinché possa operare in sicurezza
con i sistemi ad ossigeno. Anche la sola sostituzione dell'olio lubrificante, ammesso che
l'architettura della macchina lo consenta, deve essere preventivamente concordata con il
manutentore autorizzato. Egli è l'unico che può certificare e assicurare che le azioni di
modifica previste siano idonee, sufficienti e non compromettano la validità della garanzia.
Alternativamente si deve acquistare un compressore già reso idoneo e certificato dalla
casa costruttrice ad operare in presenza di ossigeno.
Nei sistemi di miscelazione a flusso continuo il compressore deve essere del tipo
oil-free.
Modulo 5
5.4
Bombole di stoccaggio
Le bombole di stoccaggio sono recipienti costituiti da un solo pezzo, in genere di capacità
compresa tra i 5 ed i 50 litri, e hanno pressioni massime di esercizio che variano
solitamente tra i 200 ed i 300 bar.
Sono costituite da diverse parti, così come illustrato nell'immagine 5.4.1.
5.4.1 Bombola di stoccaggio
66
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Pure Tech Agency
Il cappellotto si avvita sul collare filettato proteggendo in questo modo la valvola
di erogazione, che è il punto più debole della bombola, da rotture in caso di urti o
ribaltamenti, pertanto va sempre tenuto nella sua posizione ogniqualvolta si movimenti
la bombola e non deve essere usato come maniglia.
Le bombole non devono essere trascinate né fatte scivolare sul pavimento. La loro
movimentazione, anche per brevi distanze, deve avvenire mediante carrello a mano od
altro opportuno mezzo di trasporto e non devono mai essere abbandonate a contatto
diretto con i raggi del sole.
Caricare una bombola da 40 litri a 200 bar significa confinare al suo interno un
energia paragonabile a quella sviluppabile da un corpo di 1000 kg in caduta libera da
qualche decina di metri di altezza.
Modulo 5
Le bombole di stoccaggio, e tutte le bombole in generale, essendo per l'appunto preposte
al contenimento di gas ad elevatissime pressioni e sottoposte a continui cicli di carico e
scarico, hanno una data di scadenza; vanno pertanto collaudate e sottoposte a revisione
periodica presso centri specializzati, ed il loro codice identificativo viene iscritto nel
registro di collaudo. La data di scadenza, il codice identificativo ed i dati di volume e peso
sono riportati tramite punzonatura sull'ogiva della bombola.
5.4.2 Punzonatura dell'ogiva
Il collaudo delle bombole è regolato da una norma pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n.
25 del 31-01-2001. Il titolo della norma recita:
“MINISTERO DEI TRASPORTI E DELLA NAVIGAZIONE - DECRETO 16 gennaio 2001
Periodicità delle verifiche e revisioni di bombole, tubi, fusti a pressione, incastellature di
bombole e recipienti criogenici.”
Le bombole di stoccaggio contenenti aria, elio, argon, azoto e ossigeno in forma gassosa
hanno una periodicità di 10 anni.
Per le bombole ad uso subacqueo la norma prevede “verifica iniziale dopo 4 anni e
successive ogni 2 anni, per qualsiasi capacità”.
Blending & Mixing
67
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Identificazione della bombola
Il contenuto di una bombola deve essere sempre chiaramente identificabile almeno nei
due modi seguenti:
• La colorazione dell'ogiva deve essere come stabilito dalla normativa vigente così
come indicato nello schema 5.3.2. Il resto del corpo della bombola può essere
dipinto di qualsiasi altro colore purché questo non comporti il pericolo di erronee
interpretazioni.
• Il nome del gas deve essere scritto a chiare lettere e apposto sul corpo della
bombola tramite apposite etichette autoadesive. Sono ammissibili altri sistemi
quali i cartellini di identificazione attaccati alla valvola, oppure scritte indelebili
purché chiaramente visibili e durature.
Il colore sull'ogiva della bombola, così come il nome del gas sul corpo della bombola,
rende identificabile anche da una certa distanza la natura del gas in essa contenuto
e la sua potenziale pericolosità (per questa ragione si deve evitare di usare i cartellini
identificativi nel caso in cui la bombola contenga ossigeno o miscele iper-ossigenate).
Questo si rivela particolarmente importante nelle situazioni di potenziale o reale
emergenza che richiedono un intervento esterno. Le bombole di stoccaggio, in particolare,
devono avere sempre e comunque il colore identificativo sull'ogiva: il solo nome sul
corpo non è sufficiente e non può sostituire la colorazione come da normativa. In caso
di emergenza la scritta sul corpo di un gruppo di bombole molto vicine tra loro risulta
illeggibile.
Il nome del gas serve soprattutto per evitare impropri e pericolosi utilizzi del gas stesso e
viene generalmente apposto sulle bombole per immersione e sulle bombole di stoccaggio
che contengono miscele gassose già pronte (binarie o ternarie).
Modulo 5
Codici di colore identificativi per le bombole
Il decreto legge del Ministero dei Trasporti n. 7 del gennaio 1999 uniforma le colorazioni
distintive delle bombole nei paesi UE applicando quanto stabilito nella norma UNI EN
1089-3 che prevede un sistema di identificazione delle bombole con codici di colore delle
ogive diverso da quello precedentemente usato in Italia.
Il nuovo sistema di identificazione è divenuto obbligatorio per le bombole nuove a partire
dal 10 agosto 1999.
La codifica dei colori secondo la nuova normativa è individuata con la lettera maiuscola
"N" riportata in 2 posizioni diametralmente opposte sull'ogiva. L’uso della lettera N non è
obbligatorio quando il colore dell’ogiva non cambia.
La colorazione dei gas per l'uso subacqueo sportivo non ha subito sostanziali cambiamenti
ad eccezione dell'argon, così come evidenziato nello schema 5.4.3.
68
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5.4.3 Colorazione identificativa dei gas delle ogive
La colorazione dell'ogiva della bombola non identifica soltanto il gas in quanto tale, ma
anche il rischio ad esso associato. La tabella 5.3.3 illustra le 4 principali categorie di
rischio con il rispettivo colore così come da normativa UNI.
verde
rosso
Modulo 5
blu
giallo
5.4.4. Codice colore per categorie di rischio (UNI).
Nome sul corpo della bombola
Come si è detto, il nome del gas o della miscela gassosa viene di solito apposto sul corpo
delle bombole per immersione e sulle bombole di stoccaggio contenenti miscele già pronte.
Le miscele gassose binarie o ternarie possono ovviamente contenere frazioni diverse
dei singoli gas, pertanto anche i dati relativi alle frazioni dei singoli gas componenti
la miscela devono essere apposti sulla bombola in posizione visibile soprattutto per
l'utilizzatore (vedi paragrafo 6.14).
Pressione di esercizio
La pressione di carica di una bombola non dove mai superare la pressione di esercizio
indicata sull'ogiva. Questa regola non deve mai essere infranta nonostante vi sia
l'abitudine diffusa nella comunità dei subacquei di richiedere pressioni di carica di
qualche decina di bar superiori rispetto a quanto stabilito dal fabbricante della bombola.
Lo stress fisico al quale è sottoposta una bombola deriva dai continui cicli di carica e
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69
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scarica, altrimenti definiti come resistenza a fatica. Superare continuamente la pressione
di esercizio significa superare le capacità di resistenza a fatica previste durante il
progetto della bombola. Le conseguenze possono essere assai pericolose e si può incorre in
sanzioni pecuniarie previste delle autorità competenti.
Le pressioni di esercizio sono normate da una direttiva del Ministero dei Trasporti.
Il Decreto Legge 15/2001 fissa delle disposizione in merito alle pressioni massime di
carica delle bombole.
GAZZETTA UFFICIALE N.141 DEL 20 GIUGNO 2001
SUPPLEMENTO ORDINARIO N.154
MINISTERO DEI TRASPORTI E DELLA NAVIGAZIONE
DECRETO 15 MARZO 2001.
PRESSIONE MASSIMA DI CARICA DELLE BOMBOLE DI ARGON,
ARIA,
AZOTO, CRIPTON, ELIO, NEON E OSSIGENO.
Modulo 5
IL DIRETTORE
DELL'UNITA' DI GESTIONE MOTORIZZAZIONE
E SICUREZZA DEL TRASPORTO DEL DIPARTIMENTO DEI TRASPORTI
TERRESTRI
Visto il decreto legislativo 30 aprile 1992, n. 285, e successive modificazioni,
con il quale È stato emanato ...(omissis) …
Visto il decreto del Ministro dei trasporti e della navigazione in data 15 maggio
1997, pubblicato nel supplemento ordinario n. 114 alla GAZZETTA UFFICIALE
della Repubblica italiana del 4 giugno 1997, n. 128, relativo all'attuazione della
direttiva 96/86/CE del Consiglio dell'Unione europea in data 13 dicembre 1996 che
adegua al progresso tecnico la direttiva 94/55/CE e in particolare i marginali
2219 e 2250 che non pongono limiti alle pressioni di carica delle bombole per
gas compressi, e 2212 che stabilisce che i recipienti siano progettati e costruiti
secondo un codice tecnico riconosciuto dall'autorita' competente;
Visto il decreto ministeriale 5 giugno 1971, con il quale si applicano, ai recipienti
di capacita' fino a 1000 litri destinati al trasporto su strada, le prescrizioni
contenute nel decreto ministeriale 12 settembre 1925, e successive serie di
norme integrative;
Visto il decreto ministeriale 7 aprile 1986, con il quale si sono trasposte in
norma nazionale le direttive del Consiglio dell'Unione europea 84/525, 84/526 e
84/527, riguardanti la costruzione di particolari categorie di bombole;
Preso atto delle istanze provenienti sia da costruttori di bombole, sia da alcune
categorie di utenti, perchÈ sia consentito il trasporto e l'uso in Italia di bombole con
pressioni di carica di 300 bar almeno per i gas argon, aria, azoto, cripton, elio,
neon e ossigeno;
Considerato che nella maggior parte dei Paesi europei È gia' consentito per tali
gas il trasporto e l'uso di bombole con pressione di carica 300 bar;
Preso atto del parere favorevole espresso al riguardo dalla Commissione
permanente per le prescrizioni sui recipienti per il trasporto di gas compressi,
liquefatti o disciolti;
Decreta:
70
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Art. 1.
1. La pressione massima di carica ammessa per le bombole dei seguenti gas
compressi: argon (UN 1006), aria (UN 1002), azoto (UN 1066), cripton (UN
1056), elio (UN 1046), neon (UN 1065) e ossigeno (UN 1072) È 300 bar.
2. Le bombole di cui al comma 1 con pressione di carica (pressione effettiva
a 15 gradi C) superiore a 250 bar devono essere progettate, costruite e
sottoposte ad omologazione e verifica iniziale secondo le seguenti norme o
progetti di norme europee:
EN 1964-1 pr bombole fabbricate con acciaio avente carico di resistenza
a trazione minore di 1100 Mpa di cui all'allegato n. 1 (omissis) al presente
verbale;
EN 1964-2 per bombole fabbricate con acciaio avente carico di resistenza a
trazione uguale o superiore a 1100 Mpa di cui all'allegato n. 2 (omissis) al
presente verbale.
Art. 2.
1. Per le bombole con pressione di carica (pressione effettiva a 15 gradi C) superiore
a 250 bar devono essere utilizzate valvole con raccordi di uscita diversi da quelli
delle bombole con pressione di carica fino a 250 bar incluso.
I raccordi di uscita delle valvole per bombole con pressione di carica superiore a
250 fino 300 bar saranno del tipo a doppia matrice secondo ISO 5145, diametro
nominale DN30, come rappresentato nell'Allegato n. 3 (omissis) al presente
verbale, con i seguenti parametri:
Per i gas asfissianti (non infiammabili, non tossici, non ossidanti) FTSC 0170
filettatura destrorsa
Modulo 5
A = 15,9 - B = 20,1
Per l'aria FTSC 1170 filettatura destrorsa
A = 16,6 - B = 19,4
Per l'ossigeno e i gas ossidanti non tossici e non corrosivi FTSC 4170 filettatura destrorsa
A = 17,3 - B = 18,7
2. In deroga al comma 1 precedente le valvole delle bombole per autorespiratori
con pressione di carica superiore a 250 bar e fino a 300 bar devono avere
raccordi di uscita secondo la norma europea EN 144-2. Per l'aria, l'ossigeno
e le miscele
respirabili ossigeno/azoto tali raccordi sono illustrati
nell'Allegato n. 4 (omissis) al presente verbale.
3. Tutte le valvole per bombole con pressione nominale di carica 300 bar devono
portare sul corpo in modo evidente la stampigliatura "300 BAR".
Art. 3.
Sono abrogate le disposizioni del decreto ministeriale 12 settembre 1925, e
successiva serie di norme integrative, in contrasto con gli articoli 1 e 2 precedenti.
Il presente decreto verra' pubblicato nella GAZZETTA UFFICIALE della Repubblica
italiana. Roma, 15 marzo 2001
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71
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5.5
Banco - Bombole di stoccaggio collegate
Per banco si intende una serie di bombole da stoccaggio collegate tra di loro che funziona
come serbatoio o riserva di gas. Il gas presente nel banco viene trasferito alla bombola
ricevente agendo su un apposito circuito di connessione dotato di tubi, fruste, valvole e
manometri denominato rampa.
Generalmente è necessario disporre di almeno 2 banchi per la preparazione delle miscele:
uno contenente ossigeno (per il nitrox) ed uno l'elio (per il trimix).
Eccezionalmente, per soddisfare picchi nella domanda di miscele o per grosse produzioni
giornaliere di aria o nitrox, si possono avere banchi caricati con miscele già pronte. Questi
banchi sono composti da numerose bombole o da bombole eccezionalmente capienti. Il corretto
dimensionamento di questi banchi dipende dalla domanda (certa) che si intende soddisfare.
Alcuni grossi centri di ricarica usano i compressori per caricare i banchi e non le bombole
da immersione. In questo modo il compressore lavora a ritmi costanti nel tempo, con
minor fatica, e le operazioni di carica delle bombole per immersione avvengono con
maggior rapidità direttamente dal banco.
Un banco per miscele dovrebbe essere composto da un numero di bombole la cui capienza
complessiva non sia inferiore ai 200 litri. Solitamente si usano 5 bombole da 40 litri
più una o due di scorta. I banchi per miscele caricati ad ossigeno o elio devono fornire
pressioni di carica relativamente basse, essendo il rabbocco eseguito generalmente
tramite compressore ad aria o nitrox. Pertanto bombole di stoccaggio con pressione di
esercizio di 200 bar possono risultare sufficientemente adeguate.
Lo svuotamento del banco avviene manualmente in modo progressivo e decrescente
agendo in sequenza su tutte le bombole del banco, oppure, nei centri di ricarica più
grandi, viene comandato da una centralina elettronica a controllo informatizzato che apre
e chiude le valvole in accordo con le pressioni delle singole bombole di stoccaggio.
Modulo 5
5.6
Rampa
La rampa è un sistema di tubi, fruste, valvole e manometri appositamente realizzato per
gestire le operazioni di svuotamento di un banco. Il numero di valvole e connessioni è
variabile e dipende dal numero di bombole che compongono un banco al quale ci si vuole
connettere. A seconda delle operazioni che si intende eseguire la rampa può essere dotata
di regolatore di pressione e di una valvola di regolazione per ogni bombola componente
il banco. Una rampa così dotata consente operazioni più complesse che non il semplice
trasferimento di gas alla bombola ricevente.
5.6.1 Sistema composto da
rampa, fruste e 3 bombole
di stoccaggio. La catena,
opportunamente fissata
alla parete, evita la caduta
accidentale delle bombole
72
Blending & Mixing
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5.7
Pannello manuale di miscelazione per
pressioni parziali
Questo dispositivo funge da centralina di connessione tra due o più banchi con la bombola
ricevente. Facilita le operazioni di miscelazione perché evita di dover attaccare e staccare
la bombola ricevente tutte le volte che si cambia il gas da immettere. È munito di varie
valvole e manometri a seconda di quante sono le connessioni previste e gli eventuali
dispositivi di emergenza installati.
5.8
Booster
Il booster, o “amplificatore di pressione”, è un congegno grazie al quale è possibile
trasferire un gas da una bombola donatrice ad una bombola ricevente pompandolo.
In questo modo è possibile trasferire gas tra le due bombole anche quando la bombola
donatrice ha una pressione inferiore rispetto alla bombola ricevente. Questo strumento
evita quindi lo “spreco”, inevitabile, di gas che si ha quando si utilizza il metodo delle
pressioni parziali in quanto, con questo metodo, si ha sempre una rimanenza di gas nelle
bombole donatrici.
Inoltre il booster può rivelarsi utile in aree remote dove non è possibile poter contare su
un numero adeguato di bombole di stoccaggio, ovvero per utilizzare tutto il contenuto
della bombola donatrice durante le operazioni di travaso.
Se si vuole utilizzare ossigeno è necessario disporre di un booster a servizio ad
ossigeno appositamente certificato dalla ditta costruttrice. Approssimazioni o “fai da te”
improvvisato hanno sempre portato a gravi conseguenze, così come l'utilizzo improprio di
compressori in guisa di booster.
Il booster è un dispositivo per il quale il rapporto qualità prezzo è una caratteristica reale:
è meglio diffidare di booster sospettosamente economici.
Fruste e tubazioni
Fruste e tubazioni assolvono entrambi la funzione di trasporto dei gas. La flessibilità delle
prime e la durabilità delle seconde le rendono più o meno adatte all'interno di un sistema
di miscelazione. La tabella 5.8.1 sintetizza i pro e contro delle due soluzioni.
Tubazioni
Fruste
• Stabili una volta piegate e
opportunamente collocate
• Minor costo al metro lineare rispetto
alle fruste, ma maggior costo di
installazione
• Ampia scelta di diametri ed elevata
pressione di esercizio
• Taglio, piegatura ed eventuale
filettatura
richiedono
attrezzi
dedicati ed elevata manualità
• Flessibilità
• Maggior costo, ma non richiedono
attrezzi speciali per l'installazione
• Minore pressione di esercizio rispetto
ai tubi
• Necessitano di ampi raggi di
piegatura
• Sono disponibili sul mercato tipologie
già a servizio ad ossigeno
5.9.1 Sintesi degli elementi di confronto tra tubazioni e fruste
Blending & Mixing
73
Modulo 5
5.9
Pure Tech Agency
Tubazioni
Un sistema di connessioni realizzato in tubi di metallo, una volta messo in opera, offre una
solidità ed una durata altrimenti irrealizzabile con delle fruste. La messa in opera delle
tubazioni richiede però una conoscenza approfondita del materiale impiegato soprattutto
se deve lavorare in presenza di ossigeno. Sono gli spessori del metallo a definire la
massima pressione di esercizio delle tubazioni, ed è necessario disegnare uno schema di
installazione prima di metterle in opera. Sono operazioni che dovrebbero sempre essere
affidate a personale qualificato ed è sempre bene attenersi alle seguenti regole generali:
Modulo 5
• Il metallo per le tubazioni deve essere più morbido di quello impiegato per i giunti
• Per lavorare ad alta pressione le tubazioni devono essere sottoposte a ricottura
(procedimento che elimina i difetti creatisi durante la lavorazione)
• Evitare scalfitture in genere
• Le tubazioni devono rimanere libere, in vista, ma protette dagli urti e
opportunamente fissate al supporto sul quale scorrono soprattutto in prossimità
delle valvole (meglio se fissate anch'esse)
• Interporre una frusta tra tubazione ed equipaggiamento che vibra (compressore)
• Interporre un frusta tra tubazione e banco (per facilitare sostituzioni e
manutenzioni periodiche)
• Predisporre nello schema delle tubature la possibilità di isolarne delle parti
(soprattutto quelle proveniente dai banchi ossigeno)
• I tubi non devono offrirsi come appiglio o gradino
Tra i materiali più indicati per realizzare questo tipo di connessioni in impianti che operano in
presenza di ossigeno, e nei quali sono previste velocità di flusso superiori ai 25 m/s, possiamo
citare: il rame, le leghe a base di rame (ottone e bronzo), il nichel, la lega monel (nichel-rame).
È bene ricordare che la pulizia di questi sistemi è di fondamentale importanza, e che
sezioni fatte di leghe di rame (o altre leghe metalliche sopra citate) dovrebbero essere
inserite nel sistema laddove sono previste velocità di scorrimento dell'ossigeno molto
elevate, shock pressori e/o eventuali impatti di particelle (burrs). È da evitare l'uso di
acciaio inossidabile per le parti interne di tubazioni aventi sezioni particolarmente piccole
nelle quali non si può escludere il verificarsi di una compressione adiabatica e la presenza
di microcorpi estranei combustibili.
Benché i gas non siano causa di fenomeni di elettricità statica, è opportuno connettere il
sistema di tubazioni (e valvole) ad un collegamento a terra. Sono soprattutto le particelle
estranee eventualmente presenti in un sistema a determinare fenomeni di elettricità statica.
Fruste
Esistono 3 tipologie di fruste: termoplastiche, in teflon ed in metallo. La scelta della
tipologia dipende principalmente dalla collocazione all'interno del sistema e dal tipo
prevalente di gas a cui sono destinate.
La tabella 5.9.2 ne sintetizza le caratteristiche principali.
Tipologia
Termoplastiche
Teflon
Flessibili in
metallo
Pressione di
Materiali
esercizio
300 bar e
È formata da un tubo di nylon
oltre
ricoperto da una maglia in fibra
sintetica (vetro o kevlar) a suo
volta ricoperta da poliuretano
200 bar
È formata da un tubo di teflon
circa
avvolto da una maglia in acciaio
inossidabile
200 bar
È formata da un tubo corrugato in
circa
acciaio inossidabile avvolto da un
maglia in acciaio inossidabile
Caratteristiche
Scarsa flessibilità, elevata
durata
Il teflon ha un certo grado di
permeabilità pertanto NON è
indicata per trasportare l'elio.
Buona flessibilità, scarsa
resistenza agli shock pressori
5.9.2 Tabella di sintesi delle caratteristiche delle diverse tipologie di fruste
74
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5.10 Valvole
Le valvole sono uno degli elementi di criticità del sistema in quanto governano il
movimento dei gas.
Esse si dividono in 5 diverse tipologie:
• Isolamento: la valvola è chiusa o aperta e la sua funzione è quella di consentire
o non consentire il flusso di gas;
• Regolazione: la valvola regola la portata del flusso che la attraversa fino al
completo isolamento. Ogni giro della valvola controlla la portata;
• Direzione/Non Ritorno: la valvola consente il flusso in una sola direzione
(valvole di non ritorno);
• Direzione/Diramazione: la valvola seleziona la diramazione dove indirizzare il
flusso di gas, sono generalmente munite di tre o più connessioni;
• Protezione: la valvola protegge il sistema dall'eccesso di pressione
(sovrappressione) e consente il ripristino del funzionamento del sistema quando
la pressione rientra nei parametri programmati. I valori di taratura della
sovrappressione e di ripristino possono essere differenti.
Le valvole possono assolvere ad una o più delle funzioni sopra elencate. Altre
caratteristiche di distinzione tra valvole dello stesso tipo sono:
Il materiale con cui sono fatte
Il rateo di pressione di lavoro
La compatibilità con i materiali con cui sono a contatto
La portata (coefficiente di flusso)
La temperatura di funzionamento
Il costo
Una delle caratteristiche più importanti delle valvole, in particolare per quelle operanti
con l'ossigeno, è il “coefficiente di flusso”. Esso definisce la portata di una valvola (in
condizione di massima apertura) e precisamente indica il numero di metri cubi di acqua che
la attraversano al secondo sotto una differenza di pressione di 1 bar. Le più comuni unità di
misura esprimenti il valore della portata in ambito di sistemi di miscelazione sono:
• Sistema metrico decimale: metri cubi o litri di acqua al secondo (m³/sec; l/sec)
• Sistema imperiale (americano): galloni (USA) al secondo (gal/sec)
Le equivalenze tra queste unità di misura sono indicate nella tabella 5.10.1.
1 m³/sec
1 m³/sec
1 gal/sec
1 gal/sec
=
=
=
=
1.000 l/sec
264,1721 gal/sec
0,003785412 m³/sec
3,785412 l/sec
5.10.1 Equivalenze tra unità di misura della portata
I galloni sono una unità di misura del volume utilizzata nei paesi anglosassoni. I galloni
USA differiscono dai galloni Inglesi così come indicato dalla seguente equivalenza:
1 gal (USA) = 0,8326738 gal (UK) = 3,785412 l
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75
Modulo 5
•
•
•
•
•
•
Pure Tech Agency
Ovviamente le differenze di pressione a cui sono soggette le valvole alle loro estremità in
un sistema di miscelazione possono essere ben maggiori di 1 bar; si comprende benissimo
come la loro effettiva portata sia quindi ben diversa in condizioni reali.
Il coefficiente di flusso è il parametro più importante da tenere in
considerazione nella scelta di una valvola dato che piccoli coefficienti
di flusso riducono notevolmente il rischio che si verifichino flussi sonici
e shock pressori, i quali sono responsabili dei repentini aumenti di
temperatura localizzati all’interno del sistema.
Dato che durante una compressione adiabatica l'85% del calore prodotto si sviluppa nei
primi 10 secondi, ossia nei primi 10 secondi dall'apertura della valvola, si comprende
benissimo come il valore del coefficiente di flusso sia direttamente proporzionale
all'ampiezza dell'incremento di temperatura.
Per queste ragioni si raccomanda l'uso di valvole che abbiano un
coefficiente di flusso inferiore a 0,2 gal/sec (equivalente a 0,7570824 l/sec), in
particolar modo per quelle preposte all'isolamento dell'ossigeno.
Per queste ragioni non bisogna utilizzare valvole a sfera con apertura-chiusura ad 1/4 di
giro nei sistemi di miscelazione (anche quelli che non operano con l'ossigeno) in quanto
hanno un coefficiente di flusso troppo elevato (fino a 10 l/sec).
Le valvole idonee ad essere impiegate con l'ossigeno sono quelle denominate “a spillo”:
queste sono valvole che regolano la portata per mezzo di un otturatore a spillo. Possiedono
la caratteristica di essere precise nella regolazione, garantiscono un'efficace tenuta e
permettono la regolazione ed il mantenimento dei valori di flussostabilità.
Non tutte le valvole a spillo sono però idonee ad operare con l'ossigeno. Per
essere idonee esse devono garantire un comportamento quasi lineare del flusso di gas in
transito, tale che il rateo di aumento del coefficiente di flusso sia inferiore a 0,05 gal/sec
per 1 giro di manopola.
ATTENZIONE I
Modulo 5
REGOLA GENERALE DI SICUREZZA: evitare di aprire e chiudere le valvole
velocemente.
ATTENZIONE II
Valvole di Diramazione: NON utilizzare questo tipo di valvole con ossigeno ad alte
pressioni. Consultarsi con personale specializzato prima di usare questo tipo di
valvole.
Anche l'utilizzo di valvole di protezione e non ritorno è una faccenda abbastanza
complessa. Queste ultime infatti devono essere applicate in sinergia con delle valvole
definite di spurgo, altrimenti, se la pressione di blocco è troppo elevata, si rischia la
formazione di “sacche” di sovrappressione all'interno del sistema.
Come si è visto la comprensione e selezione di una valvola è un processo tutt'altro che
ovvio e deve essere pertanto affidato a personale specializzato. Si è difatti compreso come
la messa a servizio ad ossigeno di una valvola da parte dell'Operatore non è una
condizione sufficiente affinché questa possa essere impiegata in un sistema che
opera con l'ossigeno.
È di fondamentale importanza comprendere approfonditamente il manuale d’uso e le
specifiche tecniche di ogni valvola prima di ogni installazione e per un corretto utilizzo
della stessa una volta messa in opera.
Per la scelta del materiale valgono le medesime considerazioni espresse per le tubazioni
(paragrafo 5.9).
76
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5.11 Tubo miscelatore
È un dispositivo che serve per miscelare 2 gas a pressione ambiente. È lo strumento
che rende possibile la miscelazione a flusso continuo e di norma si applica a monte
dei compressori per fare Nitrox o HelEan. Ogni tubo miscelatore ha una sua portata
che si misura generalmente in litri/ora. È strutturato in maniera tale da consentire
l'applicazione degli analizzatori per l'ossigeno, o per l'elio, con i quali monitorare la
corretta calibrazione dei gas al suo interno.
5.12 Analizzatori
Gli analizzatori per ossigeno ed elio sono strumenti che misurano la pressione parziale di
questi due gas. Se la misurazione avviene a pressione ambiente di 1 bar, la lettura della
pressione parziale corrisponde ovviamente alla frazione di questi gas.
Sono strumenti indispensabili per monitorare il corretto andamento delle procedure di
miscelazione e soprattutto per la verifica finale delle miscele ottenute.
L'analizzatore per ossigeno, altrimenti detto ossimetro, è composto da tre parti principali:
• il sensore: rileva l'ossigeno presente nella miscela a cui è esposto e produce un
segnale elettrico proporzionale alla sua pressione parziale;
• l'amplificatore: amplifica il segnale elettrico;
• il visore: generalmente del tipo a cristalli liquidi, visualizza il dato della
pressione parziale.
• paramagnetici
• elettro-ottici
• elettrochimici
I primi due tipi sono molto accurati ma piuttosto ingombranti, mentre i sensori
elettrochimici sono di piccole dimensioni quindi facili da trasportare. Gli ossimetri
muniti di sensore elettrochimico sono i più comuni anche in virtù del prezzo decisamente
inferiore. La misurazione avviene esponendo il sensore al gas del quale vogliamo sapere
la pressione parziale dell'ossigeno.
Quando si esegue una misurazione è bene misurare prima una miscela di gas di cui si
è assolutamente certi della composizione per verificare l'accuratezza dell'apparecchio. È
quindi necessario allineare la lettura della pressione parziale, tramite apposito comando,
con il dato in nostro possesso prima di effettuare le verifiche sulle miscele. Generalmente
questa procedura, detta di calibrazione, si esegue con l'aria o con l'ossigeno puro. La
procedura di calibrazione può variare a seconda del modello e della tipologia (per alcuni
ossimetri particolarmente complessi la calibrazione avviene in più fasi), pertanto bisogna
riferirsi a quanto specificato nel manuale d'uso e manutenzione dello strumento.
Il sensore elettrochimico ha una durata limitata e pertanto deve essere sostituito
periodicamente così come le batterie dell'amplificatore.
È molto importante essere a conoscenza del grado di precisione dell'analizzatore in
uso durante le operazioni di verifica. Tale dato deve essere indicato nel manuale
d'uso fornito dal fabbricante. Nei sensori elettrochimici, solitamente, il margine di
errore è dell'ordine di ± 1%.
Blending & Mixing
77
Modulo 5
Esistono 3 tipologie di sensori:
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Al fine di ridurre anche piccole distorsioni nella lettura della pressione, alcuni ossimetri
adottano degli accorgimenti per regolare il flusso e conseguentemente la pressione del
gas che investe il sensore durante la lettura. Il manuale d'uso a corredo di ogni ossimetro
dovrebbe indicare quali accorgimenti adotta l'apparecchio in dotazione e quali attenzioni
deve porre l'operatore. Solitamente si dota l'ossimetro di un raccordo apposito in grado di
esporre il sensore alla pressione di 1 bar. Diversamente si usa un flussometro, che è uno
strumento in grado di regolare la quantità di gas in transito in un condotto, ovvero la sua
pressione. Il flussometro verrà quindi regolato per generare la pressione di 1 bar o comunque
una pressione nota necessaria per ricavare il valore esatto della frazione di ossigeno.
5.12.1 Ossimetro
Modulo 5
5.13 Manometri
Il manometro è uno strumento indispensabile con il quale si misura la pressione dei gas. I
manometri di precisione sono abbastanza costosi, e più grande è il loro diametro migliore
sarà la precisione della lettura. Esistono anche manometri digitali in grado di offrire
letture molto precise.
Se il manometro deve lavorare in presenza di ossigeno deve essere certificato a servizio
ad ossigeno direttamente dal fabbricante.
I manometri di precisione devono essere revisionati periodicamente e sottoposti a test di
attendibilità.
5.13.1 Manometro di precisione analogico.
È visibile il codice identificativo e l'etichetta indicante le date dell'avvenuta taratura e di prossima taratura.
78
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
5.14 Filtri
I sistemi filtranti servono per aumentare, o garantire, i valori di purezza dell’aria. La
velocità di flusso del gas che li attraversa deve rispettare certi parametri, altrimenti essi
perdono di efficacia. Solitamente vengono posizionati a valle del compressore e prima
della parte di sistema preposto alla miscelazione. I sistemi filtranti non sopperiscono ai
difetti di un sistema inadeguato, assolvono solamente la funzione di miglioramento del
sistema in relazione alla purezza dell’aria impiegata per la miscelazione. Offrono anche
ridondanza al sistema in caso di malfunzionamento dei filtri del compressore, ma non
possono sostituirsi ad essi.
In buona sostanza è meglio avere un sistema che ottemperi alle regole generali di pulizia
e buon funzionamento che una batteria di filtri “impressionante” a servizio di un sistema
poco affidabile.
5.15 La logistica della stazione
Modulo 5
Le scelte tipologiche e dimensionali della stazione avvengono in base alle condizioni
con cui si prevede di operare. È importante fare delle previsioni anche sul grado di
adattabilità di un apparecchiatura in relazione alle future evoluzioni e/o ampliamenti
della stazione.
Un ulteriore fattore decisionale da tenere in considerazione prima dell'approntamento
di un sistema riguarda la valutazione del suo grado di flessibilità, e quindi di efficienza,
rispetto ai cicli manutentivi che comportano il temporaneo inutilizzo di parti del sistema
stesso.
Ovviamente non c'è una risposta univoca, e la scelta finale deve avvenire anche sulla
base delle novità disponibili sul mercato. Un buon modo per tenersi aggiornati è quello di
rivolgersi direttamente ai fornitori di equipaggiamenti per miscelazione pur sapendo che
tenderanno a favorire le proprie tecnologie e macchine.
Lo schema 5.14.1 indica sommariamente il grado di necessità delle principali
apparecchiature per ogni metodo di miscelazione.
Blending & Mixing
79
Pure Tech Agency
Metodologia di miscelazione
Equipaggiamento
Pressioni parziali
Pressioni
parziali
automatica
Membrana
permeabile
Compressore
Necessario
Necessario
Necessario
Necessario
(del tipo oil free)
Sistema filtrante
addizionale
Opzionale a valle del
compressore
È di solito
incluso nel
progetto del
sistema
Non previsto nei
compressori nitrox
Opzionale
Compressore nitrox
a membrana
Opzionale, sostituisce
la membrana e le
parti di sistema ad
essa connesse
Centralina
elettronica specifica
di miscelazione
Pannello manuale
miscelazione per
pressioni parziali
Necessaria:
governa
l'apertura
delle valvole
e monitora la
temperatura del
sistema
Opzionale: facilità il
monitoraggio delle
miscele in uscita dal
tubo miscelatore
Opzionale
Tubo miscelatore
Necessario
Membrana
Modulo 5
Flusso continuo
Necessario
Banchi ossigeno
Necessario
Necessario
Banchi elio
Necessario
Necessario
Banchi nitrox
Utile per stoccare
Nitrox e produrre
rapidamente HelEan
Opzionale per
stoccaggio
Booster
Opzionale: permette Non necessario
di utilizzare tutto
il contenuto delle
bombole di stoccaggio
Non necessario
Non necessario
Valvole e giunti
Necessario
Necessario
Necessario
Necessario
Rampa
Necessario
Necessario
Opzionale: per
Necessario
caricare più bombole
simultaneamente (ma
in maggior tempo)
Fruste
Necessario
Necessario
Necessario
Necessario
Tubazioni
Opzionale
Opzionale
Opzionale
Opzionale
Non necessario
Necessario
Necessario
Opzionale: stoccaggio Opzionale: stoccaggio
nitrox per soddisfare i nitrox per soddisfare i
picchi di domanda
picchi di domanda
5.15.1 Tabella equipaggiamento per una completa stazione di miscelazione
Non è mai eccessivo rimarcare che tutte le apparecchiature impiegate devono essere
sottoposte a ordinaria e straordinaria manutenzione così come prescritto dai rispettivi
manuali d'uso. Inoltre vanno ispezionati e puliti almeno con regolarità semestrale
i sistemi di connessione e trasporto dei gas. Il fattore comune di tutte le azioni
dell'operatore è quello di evitare, o almeno sfavorire, l'accumulo di sporcizia all'interno
del sistema in uso. Questo non solo migliora la qualità delle miscele, ma contribuisce in
modo determinante al livello di sicurezza complessivo.
Oltre a ciò non ci si deve dimenticare che una parte specifica del nostro sistema deve
essere pulito ad ossigeno così come indicato nello schema 5.15.2.
80
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
Lo schema 5.15.2 evidenzia come i filtri rappresentino una sorta di baluardo oltre il
quale non dovrebbe sfuggire alcun contaminante, sempre che il compressore sia stato
opportunamente predisposto (vedi paragrafo 5.2).
Le apparecchiature in dotazione devono essere usate solamente per lo scopo per il
quale sono state progettate e costruite. Qualsiasi altro uso può comportare un pericolo
non valutabile a priori essendo esterno ai parametri di funzionamento della macchina e
pertanto non previsto nel relativo manuale.
Un altro accorgimento importante impone l'etichettatura di tutti i congegni facenti parte
della stazione: questo per poter redigere un registro dei lavori di manutenzione effettuati
e programmati in modo preciso e dettagliato.
Il modo migliore per decidere quale attrezzature mettere nella “lista della spesa”, è
ridisegnare dettagliatamente lo schema di miscelazione prescelto. In questo schema si
devono inserire TUTTI i componenti e sottosistemi si calcola siano in grado di soddisfare
le nostre esigenze operative. Il livello di dettaglio deve arrivare a definire il volume del
banco, il numero e la tipologia delle valvole, il numero di fruste e tubazioni, la potenza
e tipologia del compressore e così via. Questo metodo si offre anche come “esercizio
di visualizzazione” grazie al quale si è in grado di evidenziare le eventuali carenze, o
eccessive ridondanze, del nostro progetto. Gli schemi di miscelazione del MODULO 4
possono essere usati come modelli.
5.16 Progettare la stazione
Dopo aver selezionato le attrezzature facenti parte della nuova stazione di ricarica, e
prima di iniziare a riempire con esse l'ambiente designato, è necessario disegnare uno
schema progettuale della stazione. Questa lavoro serve per armonizzare lo spazio
disponibile, per massimare la funzionalità logistica, per massimare la sicurezza
(attraverso una ragionata collocazione dei gas) e per determinare se ed in che quantità
dobbiamo disporre di uno specifico materiale.
Le tubazioni, ad esempio, devono essere opportunamente fissate su un supporto il quale
deve essere a suo volta fissato ad una parete o ad una struttura di qualche tipo. Soltanto
disegnando lo schema progettuale possiamo determinare la lunghezza delle tubazioni, il
numero delle piegature ed il numero e tipo di supporti.
L'illustrazione 5.16.1 è un modello estremamente semplificato di schema progettuale con
il quale è però possibile ragionare sui criteri compositivi.
Blending & Mixing
81
Modulo 5
5.15.2 Schema indicante la parte di sistema che deve essere mantenuta pulito ad ossigeno
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5.16.1 Disposizione schematica degli ambienti di una stazione di ricarica
Modulo 5
È pur vero che il più delle volte l'ambiente della stazione è un locale unico, nel qual caso è
opportuno delimitare alcune aree predisponendo dei solidi elementi separatori (generalmente
griglie metalliche) da fissare al suolo. Ogni area viene quindi destinata ad una specifica funzione.
5.16.2 Elementi delimitatori per una corretta logistica della stazione
Analizziamo brevemente, e con il solo scopo di fornire degli elementi di discussione, alcuni
degli equipaggiamenti della tabella 5.15.1 in funzione di una loro appropriata collocazione.
82
Blending & Mixing
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Equipaggiamento
Compressore
Collocazione
Il compressore è generalmente abbastanza rumoroso e deve lavorare in un
ambiente sufficientemente ventilato per potersi raffrescare. Se si dispone
di un locale idoneo ed isolabile dal resto della stazione dove collocare il
compressore, è meglio predisporre in prossimità del pannello di miscelazione
un interruttore remoto per l'accensione e lo spegnimento d'emergenza del
compressore.
Pannello miscelazione In posizione “centrale”, ad un'altezza ergonomica dal suolo. È lo strumento
per pressioni parziali con il quale si governano le operazioni di miscelazione e dovrebbe essere
visibile anche da una certa distanza.
Banco ossigeno
Meglio se posizionato in ambiente separato, ma accessibile, ventilato
e dotato di un'uscita di emergenza diretta. Nel qual caso le operazioni di
svuotamento del banco devono essere regolate da un controllo remoto. Il
comando che aziona la valvola per la chiusura di emergenza del flusso di
ossigeno deve essere collocato in luogo rapidamente raggiungibile e visibile.
Banco elio e nitrox
Posizionati nelle vicinanze del pannello di miscelazione con qualche
distinguo a seconda che si tratti di banco per miscelazione o per stoccaggio.
Modulo 5
Benché progettare una stazione di miscelazione non sia certo il ruolo dell'Operatore, lo è
invece prendere parte al suo sviluppo e installazione.
Blending & Mixing
83
Modulo 5
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84
Blending & Mixing
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MODULO 6
PRATICA DELLA MISCELAZIONE
Al termine di questo modulo saremo in grado di:
• Comprendere le modalità operative dei principali metodi di miscelazione
• Elencare le procedure da attuarsi per eseguire la miscelazione con il metodo delle
pressioni parziali
• Comprendere ed utilizzare le formule matematiche di base per calcolare le
pressioni di carica dei vari gas per miscele binarie e ternarie
• Accrescere la soglia di attenzione verso il rischio di errori
• Eseguire l'etichettatura e registrazione delle miscele ottenute
6.1
Considerazioni generali
Quasi tutti i metodi di miscelazione realizzabili in una stazione di ricarica per miscele
respiratorie subacquee necessitano di apparecchiature specifiche proprie e da queste sono
veicolati.
• Membrana: il riempimento avviene tramite compressore preceduto da dispositivo
filtrante oppure in unico passaggio da compressore nitrox;
• Flusso continuo: il riempimento avviene tramite compressore preceduto da
dispositivo miscelante;
• Pressioni parziali: i gas vengono trasferiti nella bombola ricevente da un sistema
di bombole donatrici e da un compressore. Il parametro di misura è la pressione;
• Miscelazione a peso: il riempimento delle bombole avviene come per il metodo delle
pressioni parziali, ma a differenza di questo il parametro di misura dei gas è il peso;
• Automatizzato: il riempimento delle bombole avviene come per il metodo delle
pressioni parziali ed è gestito da un sistema automatico sostanzialmente autonomo;
La denominazione tecnica corretta per definire la miscelazione a peso è “metodo di
miscelazione gravimetrico”.
Se avessimo la possibilità di indagare approfonditamente la documentazione scientifica
che descrive le procedure dei vari metodi di miscelazione, scopriremmo una materia
estremamente complessa e quella relativa alla miscelazione gravimetrica non fa
eccezione.
Miscelare per pressioni parziali non richiede particolari dispositivi ma solo una certa
capacità di calcolo ed un equipaggiamento di base relativamente semplice. A certe
condizioni non è nemmeno strettamente necessario disporre di un analizzatore per
l'ossigeno o per l'elio, se si è veramente padroni e sicuri delle proprie azioni. Ovviamente
verificare con gli analizzatori la miscela ottenuta è di fondamentale importanza anche
perché è l'atto formale finale di verifica a seguito del quale si consegna la miscela
all'utilizzatore finale che, controfirmando l'apposito registro, accetta la miscela e si
assume i rischi derivanti dal suo utilizzo.
Il metodo delle pressioni parziali è oltremodo importante perché sovente integra tutti
Blending & Mixing
85
Modulo 6
I principi e le procedure che contraddistinguono i primi due metodi in elenco
sono abbastanza semplici e bisogna soprattutto fare riferimento alle specifiche
tecniche ed alle procedure d'uso descritte nei manuali che accompagnano i relativi
dispositivi di miscelazione. Tutti gli altri hanno in comune le medesime procedure
che contraddistinguono il metodo di miscelazione per pressioni parziali, pertanto tali
procedure sono l'argomento principale di questo modulo.
Pure Tech Agency
gli altri sistemi e consente di risolvere situazioni contingenti per le quali è necessario
apportare piccole correzioni ad una miscela.
Nonostante tutti gli sforzi un operatore possa mettere nel proprio lavoro, nella pratica
non esiste la miscela perfetta se non frutto di casualità. I fattori che intervengono sono
variabili; essenziale che il margine di oscillazione tra la mix desiderata e la mix prodotta
sia compreso tra lo 0 e l'1%.
6.2
Miscelazione per pressioni parziali
Questo metodo si esegue come segue:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Modulo 6
10.
11.
12.
13.
14.
Analizzare il gas residuo eventualmente contenuto nella bombola da riempire.
Se si è assolutamente certi del contenuto proseguire nelle operazioni,
altrimenti svuotare la bombola.
Eseguire i calcoli per ottenere le pressioni di immissione dei vari gas
Collegare la bombola alla frusta di carico o al pannello di miscelazione
Aprire lentamente la valvola del primo gas da immettere (ossigeno oppure elio)
e monitorare il manometro della pressione
Raggiunta la pressione calcolata chiudere la valvola (se non si dispone di
pannello di miscelazione dopo aver chiuso la valvola togliere pressione dalla
frusta di immissione e scollegare la bombola)
Consentire il raffrescamento della bombola e controllare la pressione
Aggiungere il secondo gas (elio oppure ossigeno), se necessario, così come
descritto per il primo gas
Consentire il raffrescamento della bombola e controllare la pressione
Verificare le pressioni parziali, ovvero se le frazioni corrispondono a quanto
precedentemente calcolato
Eseguire il rabbocco finale tramite aria o nitrox (da compressore o banco)
Togliere la pressione dalla frusta di immissione e scollegare la bombola
Analizzare il gas e ripetere l'operazione a distanza di tempo
Apporre sulla bombola gli adesivi identificativi del gas
Compilare il registro di carica e farlo controfirmare per presa visione e
assunzione di responsabilità dall'utilizzatore della miscela
I passaggi 7, 8 e 9 sono da eseguirsi solo nel caso in cui si ha la necessità di aggiungere
un secondo gas prima del rabbocco finale. Generalmente per la preparazione di miscele
ternarie si usa immettere prima l'elio e poi l'ossigeno anche se questo significa movimentare
l'ossigeno a pressioni maggiori. L'elio è costoso per cui molti operatori preferiscono svuotare
al massimo possibile i bomboloni di stoccaggio dell'elio.
Grazie all'esperienza acquisita dopo numerose sessioni di pratica è possibile sviluppare la
confidenza necessaria con la quale stabilire se alcuni dei passaggi sopra descritti possono
essere omessi. Questo non significa che siano eccessivamente ridondanti, tutt'altro,
piuttosto si tratta di sviluppare una propria check-list mentale con la quale eseguire le
operazioni con la dovuta correttezza.
In termini di sicurezza generale è sempre bene svuotare completamente la bombola prima
di procedere con le operazioni di miscelazione (sebbene le procedure di calcolo a nostra
disposizione ed i software consentano di evitarlo). Non si può mai essere completamente
certi della composizione di una miscela soprattutto nel caso in cui un uso improprio
abbia in qualche modo introdotto dei contaminanti nella bombola. Inoltre tutte le volte
che eseguiamo la ricarica di una bombola mai utilizzata in precedenza, e della quale non
conosciamo la storia manutentiva, è necessario eseguire preventivamente un'ispezione
visiva del suo interno.
86
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
6.3
Considerazioni sulla velocità di
trasferimento dei gas
Si è parlato più volte della correlazione tra temperatura e pressione dei gas soggetti a
compressione e/o trasferimento ad una bombola. Come forma di prevenzione dal pericolo
derivante da “compressione adiabatica”, fenomeno in grado di produrre un innesco
nei sistemi operanti con l'ossigeno, un tempo si raccomandava di mantenere un rateo
di pressione di carica (ovvero un rateo di trasferimento dei gas) di 5 bar al minuto per
l'ossigeno e di 10 bar al minuto per l'aria (altri testi riportavano valori di 4 bar/min
per l'ossigeno e 40 bar/min per l'aria). In realtà queste valori non sono adeguatamente
corretti al fine di prevenire i rischi derivanti da una compressione adiabatica durante le
fasi di carica. Gli errori sostanziali alla base di questo genere di raccomandazioni sono:
1.
2.
La reale praticabilità del misurare e regolare tali ratei di pressione in tempi
brevi (si provi a pensare all'oggettiva difficoltà di monitorare un rateo di 0,66
bar ogni 10 secondi equivalenti a 4 bar al minuto);
Il rateo di aumento della temperatura nella bombola a seguito di compressione
del gas è massimale nei primi momenti della ricarica e poi rimane
sostanzialmente costante fino alla fine della carica (vedi paragrafo 3.8).
Il fattore da tenere in considerazione è anzitutto il coefficiente di flusso (vedi
considerazioni espresse nel paragrafo 5.10). Unicamente valori bassi di coefficiente di
flusso, soprattutto nella fase iniziale (ovvero all'avvio della carica), servono a limitare il
repentino innalzamento della temperatura e non il rateo di pressione. Tali valori vengono
garantiti solamente grazie all'impiego nel sistema di idonee valvole regolatrici.
Un basso rateo di pressione non garantisce ne determina assolutamente un conseguente basso
rateo di flusso.
Pensiamo, ad esempio, all'oggettiva differenza che c'è nel monitorare le variazioni di
pressione, durante una carica di ossigeno, tra un monobombola da 7 litri rispetto ad un
bibombola da 24 litri a parità di flusso: potremmo essere erroneamente tentati a pensare
che il rateo di carica nella bombola di maggior volume procede entro limiti ritenuti,
falsamente, sicuri.
1.
2.
6.4
Utilizzare compressori di piccola capacità per le operazioni di miscelazione;
Connettere al compressore più bombole contemporaneamente (almeno 4
bombole) ogni volta si preparano miscele nitrox.
Approvvigionamento dei gas
È possibile acquistare l'ossigeno e l'elio dai rivenditori di gas tecnici i quali li forniscono
in bombole di stoccaggio da 40 litri, o inferiori, a 200 bar. Solitamente queste aziende
forniscono diverse tipologie di gas: medicali, alimentari, frigorigeni ed ovviamene per uso
subacqueo e sportivo. Durante l'acquisto è necessario spiegare al rivenditore l'utilizzo che
si intende fare con questi due gas in modo tale che non vi siano fraintendimenti riguardo
al fatto che verranno impiegati in miscele respiratorie.
Relativamente al grado di purezza di elio, argon e ossigeno, essi devono essere puri
almeno al 99%, e per quanto riguarda la presenza di “inquinanti” valgono le medesime
considerazioni fatte per l'aria.
La tabella 6.4.1 riporta, a titolo puramente orientativo, alcuni valori, definibili come
accettabili, indicanti la presenza di sostanze contaminati in una fornitura di ossigeno,
argon ed elio.
Blending & Mixing
87
Modulo 6
In considerazione del fatto che i compressori non offrono la possibilità di regolare il flusso
di carica, e supponendo di non disporre di un sistema a valle del compressore in grado di
regolare il flusso di gas, è possibile adottare due accorgimenti importanti:
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Gas
O2
Ossigeno
(ppm)
Ossigeno
Argon
Elio
20
-
N2
H2O
Azoto Vapore acqueo
(ppm)
(ppm)
20
5
20
5
20
5
CH4
Metano
(ppm)
20
20
CO
CO
(ppm) (ppm)
-
1
1
Ar
Argon
(ppm)
-
6.4.1 Esempio di fornitura di gas aventi presenze ammissibili di impurità.
Elenchi di rivenditori di gas tecnici sono ricercabili come qualsiasi altra categoria
merceologica, quindi talvolta basta consultare le pagine gialle oppure i seguenti indirizzi
internet:
• http://www.federchimica.it/federchimica/repertorio.aspx
• www.assogastecnici.it
È possibile acquistare l'ossigeno in forma liquida. Esso viene venduto generalmente in
contenitori a bassa pressione (non più di una decina di bar) che hanno anche il compito di
mantenere il più possibile la temperatura interna a valori molto bassi (l'ossigeno passa da
liquido a gassoso a -183 °C). A parità di volume di recipiente l'ossigeno liquido contiene un
volume di gas libero, ovvero ad 1 bar, di circa 10-15 volte in più rispetto a quello contenuto
in una bombola tradizionale ad alta pressione.
L'ossigeno liquido essendo disponibile a bassa pressione può essere impiegato solo in un
impianto di miscelazione a flusso continuo. Per utilizzarlo in miscelazioni per pressioni
parziali è necessario disporre di un booster. Sono comunque operazioni che richiedono
una logistica ed una strumentazione costosa per la quale è necessario conseguire una
preparazione specifica. Se ne sconsiglia vivamente l'uso.
È inoltre possibile produrre ossigeno sottraendolo dall'aria per mezzo di un sistema
denominato PSA (Pressure Swing Adsorption). La complessità, il costo ed i rischi
associati a questo sistema vanno ben oltre le possibilità e le necessità di una stazione di
miscelazione per immersioni sportive.
Modulo 6
In particolari condizioni (quali ad esempio la necessità di soddisfare picchi previsti nella
domanda di miscele), è opportuno valutare se auto-produrre o acquistare banchi contenenti
miscele binarie già pronte oppure aria. Disporre di tali riserve velocizza notevolmente la
preparazione di miscele binarie e ternarie anche in ragione del fatto che travasare gas
comporta minori innalzamenti della temperatura del sistema.
6.5
Matematica e miscelazione
Benché i software per il calcolo delle miscele siano in grado di soddisfare quasi tutte le
esigenze di calcolo con grande precisione e rapidità, è opportuno conoscere almeno alcune
formule matematiche. Queste formule non tengono conto della legge di Van der Waals, cosa che
invece i software fanno, ed è probabile che nella pratica non verranno mai usate, ma servono
per comprendere il criterio logico che sta alla base della miscelazione per pressioni parziali.
Supponiamo di voler realizzare una miscela EAN40 risultante dall'immissione in una
bombola vuota di ossigeno e poi aria. La pressione finale voluta sia pari a 230 bar.
Dobbiamo calcolare quanto ossigeno immettere nella bombola prima di eseguire il
rabbocco con aria, la qual cosa non è ovvia. La difficoltà del calcolo è dovuta al fatto
che l'aria è composta da azoto e ossigeno per cui la quantità di ossigeno puro che viene
immessa inizialmente deve tener conto del fatto che altro ossigeno verrà immesso
88
Blending & Mixing
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successivamente. La descrizione aritmetica di tutto ciò può essere espressa come segue:
EAN40 = ossigeno + aria = ossigeno + (ossigeno + azoto)
Facendo un ulteriore ragionamento possiamo scrivere:
La quantità finale di EAN40 nella bombola
(litri bombola, LB) espressa con la legge di
Boyle
LB
=
PxV
La quantità di azoto contenuto nell'EAN40
è uguale a quella contenuto nell'aria (litri
aria, LA) di rabbocco
0,6 LB
=
0,79 LA
La quantità di ossigeno (x) da immettere è
determinata dalla differenza tra la quantità
totale e l'ossigeno contenuto nell'aria
x
=
0,4 LB - 0,21 LA
La parentesi graffa sta ad indicare che si tratta di un sistema a 3 equazioni e che pertanto
come tale può essere risolto. P e V sono i termini noti del nostro problema.
Senza addentrarci nei vari passaggi matematici si perverrà ad una singola equazione
che risolverà il nostro problema, ovvero i bar di ossigeno da immettere in una bombola
successivamente rabboccata con aria per ottenere EAN40.
La formula è la seguente:
PO2 = PF x (fO2 - 0,21) / 0,79
dove
PF
fO2
indica la pressione finale della miscela voluta
indica la frazione di ossigeno finale voluta
La soluzione al nostro problema sarà quindi:
PO2 = 230 x (O,4 - 0,21) / 0,79 = 55,3
Modulo 6
Il ragionamento matematico alla base di questo esempio è analogo a quelli che si
applicano per ogni altra miscela ottenuta per somma di due o più gas di composizione
nota. Ovviamente i calcoli e le equazioni sono più complessi e laboriosi a seconda che si
tratti di miscele binarie o ternarie.
Blending & Mixing
89
Pure Tech Agency
Il livello di complessità delle procedure di calcolo afferenti alla miscelazione gravimetrica
è piuttosto elevato e benché tali procedure abbiano un'impostazione di base simile a
quanto enunciato in questo paragrafo, il procedimento matematico va ben oltre il grado di
approfondimento di questo modulo. Le formule per calcolare la massa di un gas o miscele
di gas, contengono dei fattori matematicamente complessi quali la massa molare e la
costante dei gas; inoltre, se si volesse incorporare nei calcoli il fattore di compressibilità Z,
il livello di complessità matematica risulterebbe oltremodo intricato.
Con tutto ciò non sono di facile reperibilità sia tabelle complete, sia software comprendenti
la miscelazione gravimetrica (i quali sono per lo più destinati agli impianti industriali).
A titolo di pura digressione, per coloro che volessero approfondire l'argomento, si cita la
norma UNI EN ISO 614200-2007, la quale fissa le regole per una corretta miscelazione a
peso.
6.6
Formule per miscele binarie
Heliox
L'Eliox è ottenuto miscelando ossigeno con elio, pertanto la formula da utilizzare è quella di Dalton:
Ptot = PHe + PO2
Nitrox: caso generale
EANX ottenuto miscelando due nitrox (N1 ed N2, con N1 contenete una percentuale di
ossigeno superiore ad N2) in una bombola ricevente contenete un residuo di nitrox (R). Noi
dobbiamo sapere quanto N1 immettere nella bombola prima del rabbocco finale con N2,
per ottenere una voluta miscela EANX finale.
La formula da applicare è la seguente:
PN1 = PI +
Modulo 6
PN1
PI
PF
fO2F
fO2N2
fO2R
fO2N1
90
x (fO2F - fO2N2) - PI x (fO2R - fO2N2)
(fO2N1 - fO2N2)
pressione intermedia da raggiungere immettendo N1 (normalmente O2)
prima del rabbocco finale con N2
pressione iniziale gas residuo nella bombola ricevente
pressione finale voluta
frazione ossigeno finale voluta
frazione ossigeno di N2 usato per rabboccare (normalmente aria)
frazione ossigeno gas residuo in bombola
frazione ossigeno di N1 da aggiungere (normalmente O2)
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Si deve ottenere EAN50 a 200 bar in una bombola contenete un residuo di EAN32 a 50
bar avendo a disposizione EAN80 ed EAN40.
Problema
gas residuo
EAN32
50 bar
+
N1
EAN 80
?
+
N2
EAN 40
?
=
gas finale
EAN 50
200 bar
Formula
PN1 = 50 +
200 x (0,5 - 0,4) - 50 x (0,32 - 0,4)
(0,8 - 0,4)
= 110
Soluzione
gas residuo
EAN32
50 bar
+
N1
EAN 80
60
+
N2
EAN 40
90
=
gas finale
EAN 50
200 bar
Dunque per ottenere EAN50 a 200 bar dovrò in un primo momento aggiungere EAN80
alla bombola contenete 50 bar di EAN32 fino a che il manometro segnerà 110 bar (50+60);
successivamente rabboccherò con EAN40 fino a che il manometro segnerà 200 bar.
Se la formula produce un valore di PN1 inferiore a PI, è ovvio che bisogna cambiare i
parametri di miscelazione scegliendo tra le soluzioni seguenti:
• liberare una certa quantità di gas residuo, ovvero ridurre PI
• aumentare fO2F
• aumentare PF
ricombinare aritmeticamente queste variazioni con esattezza è un pochino laborioso per il
caso generale, meglio affidarsi all'esperienza ed eseguire dei tentativi riducendo PI.
Nitrox (aria + ossigeno)
PO2 = PI +
PO2
PI
PF
fO2F
fO2R
Modulo 6
Miscelare ossigeno e aria è il metodo più efficace ed economico per produrre qualsiasi
miscela Nitrox.
La formula da applicare è la seguente:
PF x (fO2F - 0,21) - PI x (fO2R - 0,21)
0,79
pressione intermedia da raggiungere immettendo ossigeno prima del rabbocco
finale con N2
pressione iniziale gas residuo nella bombola ricevente
pressione finale voluta
frazione ossigeno finale voluta
frazione ossigeno gas residuo in bombola
Blending & Mixing
91
Pure Tech Agency
Si deve ottenere EAN50 a 200 bar in una bombola contenete un residuo di EAN32 a 50
bar usando ossigeno ed aria.
Problema
gas residuo
EAN32
50 bar
02
+
+
?
Aria
=
?
gas finale
EAN 50
200 bar
Formula
PO2 = 50 +
200 x (0,5 - 0,21) - 50 x (0,32 - 0,21)
0,79
= 116
Soluzione
gas residuo
EAN32
50 bar
+
02
+
66
Aria
=
84
gas finale
EAN 50
200 bar
Dunque per ottenere EAN50 a 200 bar dovrò in un primo momento aggiungere ossigeno
alla bombola contenete 50 bar di EAN32 fino a che il manometro segnerà 116 bar (50+66),
successivamente rabboccherò con aria fino a che il manometro segnerà 200 bar.
Nel caso in cui PO2 sia minore di PI occorre liberare un po' di gas residuo fino a quando
PI raggiunge il valore determinato dalla seguente formula:
PI = PF x (fO2F - 0,21) / (fO2R - 0,21)
Così facendo si otterrà la condizione necessaria tale per cui PI ≤ PO2.
Modulo 6
6.7
Formule per miscele ternarie
I calcoli per ottenere miscele ternarie sono ovviamente aritmeticamente più complessi
rispetto a quelli per le binarie. I rischi connessi ad errori di calcolo diventano un fattore
non trascurabile tale per cui è necessario eseguire delle verifiche dei calcoli effettuati.
Queste verifiche richiedono un certo tempo che ovviamente deve essere preventivato
se si eseguono i calcoli senza l'ausilio di un software. In ragione di una necessaria
semplificazione dei calcoli, e considerato che nella pratica di uso comune le miscele trimix
vengono ottenute miscelando ossigeno, elio e aria, le procedure di calcolo esposte in questo
paragrafo sono valide solo per questo tipo di miscelazione.
Ai simboli usati per le formule del nitrox si aggiungono i seguenti:
fO2I
fHeI
fN2I
fO2F
fHeF
fN2F
92
frazione ossigeno iniziale
frazione elio iniziale
frazione azoto iniziale
frazione ossigeno finale voluta
frazione elio finale voluta
frazione di azoto finale voluta
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
PI
PF
pressione iniziale gas residuo nella bombola ricevente
pressione finale voluta
Procedure di calcolo:
1.
Calcolare la pressione di ogni gas da aggiungere come segue:
ΔPHe = (PF x fHeF) - (PI x fHeI)
ΔPAria = ((PF x fN2F) - (PI x fN2I)) / 0,79
ΔPO2 = PF x (fO2F - (0,21 / 0,79) x fN2F) - PI x (fO2I - (0,21 / 0,79) x fN2I)
per verifica deve risultare ΔPO2 = PF - PI - ΔPHe - ΔPAria
2.
Calcolare: PI + ΔPHe + ΔPAria
3.
Se il risultato della precedente equazione è inferiore rispetto a PF l'equilibrio è
ottenuto aggiungendo ossigeno. Se il risultato è uguale a PF, significa che non è
necessario aggiungere ossigeno.
4.
Al fine di poter eseguire delle verifiche durante le operazioni di carica, calcolare
la frazione di ossigeno della miscela dopo aver aggiunto elio oppure ossigeno:
dopo aver aggiunto elio la frazione di ossigeno espressa in percentuale è data da:
O2%=(PO2iniziale / nuova pressione intermedia)
dopo aver aggiunto ossigeno la frazione di ossigeno espressa in percentuale è data da:
O2%=(PO2iniziale + pressione di ossigeno aggiunta) / nuova pressione intermedia
Modulo 6
Le operazioni descritte nel punto 4 servono appunto a verificare la frazione di ossigeno
prima di aggiungere ulteriore gas e vedere se corrispondono con i valori precedentemente
calcolati.
Si comprende benissimo come un errore sia sempre possibile data la laboriosità
aritmetica dei calcoli. Per questa ragione si consiglia di preparare una tabella di
miscelazione in grado di soddisfare un ampia gamma di miscele trimix in accordo con
la capacità del nostro sistema. Questa tabella può essere preparata sia utilizzando un
software, sia eseguendo i calcoli personalmente. In entrambi i casi si devono eseguire le
opportune verifiche di controllo sui valori della tabella. Avere una tabella a disposizione
fa risparmiare molto tempo in sede operativa ed elimina gli errori dovuti ad imprecisioni
di calcolo.
Blending & Mixing
93
Pure Tech Agency
Si deve ottenere un Trimix 18/40 a 200 bar in una bombola vuota usando elio,
ossigeno ed un compressore.
Essendo la bombola ricevente “vuota”, i calcoli si semplificano e si procede come
segue:
ΔPHe = (PF x fHeF) = 200 x 0,40 = 80 bar
ΔPAria = ((PF x fN2F) - (PI x fN2I)) / 0,79 = ((200 x 0,42) - (1 x 0,79)) / 0,79 = 105 bar
ΔPO2 = PF x (fO2F - (0,21 / 0,79) x fN2F) = 200 x (0,18 - (0,21 / 0,79) x 0,42) = 14 bar
I valori ottenuti sono le pressioni di carica di ogni singolo gas componente la miscela
trimix.
Il calcolo di verifica è soddisfatto essendo ΔPO2 = PF - PI - ΔPHe - ΔPAria = 200 - 1 - 80
- 105 = 14
Operativamente si immettono dapprima 80 bar di elio (ottenendo una lettura di 81 bar
totali), appresso 14 bar di ossigeno (ottenendo una lettura di 95 bar totali), ed in ultimo
si immettono 105 bar di aria (ΔPAria) tramite compressore fino ad ottenere una lettura
finale di 200 bar. Alternativamente è possibile immettere prima l'ossigeno, poi l'elio ed
infine l'aria.
È importante notare che non si deve trascurare il fatto che una bombola non è mai
completamente vuota. Anche quando si aprono completamente i rubinetti essa conterrà
sempre 1 bar di aria, ovvero una minima quantità di azoto e di ossigeno Si è visto infatti
che nella formula per calcolare ΔPAria compare nella seconda parentesi il numero 1, che
è esattamente la pressione iniziale della bombola.
Se si fossero conseguiti i risultati per mezzo di un software che tiene conto della legge di
Van Der Waals, i risultati sarebbero stati leggermente diversi: ΔPHe = 77 bar, ΔPAria =
108 bar e ΔPO2 = 14 bar. Questi valori rappresento una variazione complessiva rispetto
ai calcoli manuali dell'ordine del 10%.
Modulo 6
6.8
Heliair
Come già detto l'heliair è una miscela ottenuta aggiungendo elio all'aria. I calcoli per
ottenere tali miscele sono concettualmente un pochino più complessi perché devono essere
soddisfatte le seguenti condizioni:
PF = PI + ΔPHe + ΔPAria
ΔPO2 = 0
Inoltre, ed in coerenza con il significato stesso di heliair, possiamo affermare che il valore
di PI è uguale ad n bar di aria oppure n bar di elio. In ragione di ciò possiamo semplificare
ulteriormente il calcolo della PF nel modo seguente:
da cui si ricava
PF = ΔPHe + ΔPAria
ΔPAria = PF - ΔPHe
94
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
Per procedere nei calcoli è necessario mettere a sistema la formula precedente con quelle
del modulo 6.7, ovvero:
ΔPAria = PF - ΔPHe
ΔPAria = ((PF x fN2F) - (PI x fN2I)) / 0,79
ΔPHe
= (PF x fHeF) - (PI x fHeI)
Modulo 6
I software rendono di fatto inutile la prosecuzione del procedimento matematico, il quale,
per come è stato esposto in questo modulo, è incompleto ed è stato brevemente introdotto
con il solo scopo di far capire le difficoltà connesse con il calcolo manuale di una miscela
heliar.
Si può ora comprendere come solamente alcune combinazioni di frazioni di elio, azoto
e ossigeno sono realizzabili con una miscela heliair, e benché queste combinazioni
rimangano piuttosto numerose solo una parte di esse sono di interesse subacqueo.
La tabella 6.8.1 è stata ricavata per mezzo di un software; essa intende offrire degli
spunti di riflessione sulle miscele utili ottenibili miscelando solamente elio e aria. Nella
parte sinistra della tabella, nella prima colonna, sono indicati i valori pressori di elio
immessi in una bombola vuota successivamente rabboccata con aria fino alla pressione di
200 bar. Nelle altre colonne sono indicate le frazioni di gas che si ottengono.
La parte destra della tabella contiene dei dati che hanno nullo interesse per l'operatore,
ma enorme interesse per il subacqueo. Senza addentarci in considerazioni che esulano
lo scopo di questo manuale, si vuole solo far notare che l'utilità operativa delle miscele
heliair, a determinate profondità di utilizzo, è racchiusa in un margine di una ventina
scarsi di bar di pressione
6.8.1 Tabella Heliair compensata (pressione finale 200 bar)
Blending & Mixing
95
Pure Tech Agency
6.9
Helean
Anche per le miscele HelEan valgono le considerazioni espresse per l'Heliair. La tabella
qui di seguito è anche qui fornita con il solo scopo di correlare fattibilità e utilità di una
determinata miscela. L'operatore, se ha una certa esperienza in campo subacqueo, può
rendersi conto a priori di quali gas sarà più utile “stivare” e miscelare in relazione alla
tipologia delle immersioni del team al quale deve fornire i gas respiratori.
6.9.1 Tabella Helean compensata (pressione finale 200 bar)
Modulo 6
6.10 Verifica delle miscele
Le miscele binarie devono essere sempre controllate per mezzo di un ossimetro, mentre per
la verifica delle miscele ternarie è necessario disporre anche di un analizzatore per l'elio. È
opportuno eseguire le operazioni di verifica almeno due volte mantenendo tra la prima analisi
e la seconda una certa distanza di tempo.
Benché una miscela di più gas diventa omogenea in pochi secondi, soprattutto in bombole
di piccolo volume quali sono quelle ad uso subacqueo, è possibile che una maggiore
concentrazione di elio, seppur minima, si disponga verso l'alto quando le bombole vengono
mantenute verticali per lungo tempo. Per questa ragione è opportuno mantenere le
bombole coricate ed è meglio che le miscele trimix non rimangano a riposo troppo a lungo.
Inoltre è importante che la miscela venga rianalizzata se tenuta conservata in bombole
per un tempo misurabile in giorni.
Uno dei rischi che si corre è quello di far diventare routinario il lavoro di verifica
delle miscele. Questo non deve essere mai dato per scontato, e ci si deve attenere
scrupolosamente alle specifiche d'uso dell'ossimetro in uso. Variazioni di temperatura
oppure di flusso del gas oggetto dell'analisi, possono modificare la lettura dello strumento.
Per queste ragioni la verifica delle miscele deve essere eseguita sempre con la massima
concentrazione e senza fretta.
96
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
6.11 Verifica delle miscele HelEan
Nel caso in cui una ternaria sia stata ricavata miscelando elio con EanX, ovviamente di
composizione nota, la sola analisi dell'ossigeno consente di ricavare le percentuali degli altri
inerti (elio e azoto). Vediamo come.
Si procede definendo il rapporto tra azoto ed ossigeno in una miscela binaria:
N2% / O2%
Questo rapporto esprime la correlazione matematica che sussiste tra azoto ed ossigeno in
una miscela EanX. Chiameremo questo rapporto “correlazione N2/O2” (CNO).
Calcoliamo la CNO dell'aria.
0,79 / 0,21 = 3,76
Questo valore ci dice che la quantità di azoto presente nell’aria è sempre 3.76 volte la
quantità di ossigeno qualsiasi siano le condizioni ambientali di pressione e temperatura.
Esempi di CNO:
Binaria
Ean 21 (aria)
Ean 32
Ean 36
Ean 40
N2%
0,79
0,68
0,64
0,6
O2%
0,21
0,32
0,36
0,4
CNO
3,76
2,13
1,78
1,5
I valori di CNO ci permettono di calcolare la percentuale di azoto avendo nota la
corrispettiva percentuale di ossigeno. La formula è la seguente:
N2% = O2% x CNO
Il valore di CNO permane identico anche in una miscela trimix ottenuta miscelando elio
+ EanX. Questo ci consente di calcolare la percentuale (frazione) di elio per differenza.
Sapendo che l'analisi con l'ossimetro di una miscela HelEan32 (elio + Ean32) rivela una
percentuale di ossigeno del 15%, calcolare la percentuale di azoto ed elio.
N2% = 15% x 2,13 = 31,95%
He% = (100 - 31,95 - 15) = 53,05%.
Il lettore può esercitarsi nel calcolo del CNO e delle corrispondenti frazioni di elio e azoto,
utilizzando le miscele elencate nelle tabelle 6.6.1 e 6.7.1.
Benché, come si è visto con le miscele HelEan, sia possibile evitare l'uso dell'analizzatore
dell'elio, questo espediente aritmetico non solleva l'operatore dall'obbligo di eseguire
una verifica finale tramite l'analizzatore dell'elio allorquando questa sia richiesta
dall'utilizzatore della miscela.
6.12 Considerazioni sugli errori
Gli errori che possono accadere durante la preparazione delle miscele sono molteplici.
Nella pratica della miscelazione per pressioni parziali le imprecisioni avvengono di solito
per le seguenti ragioni.
Blending & Mixing
97
Modulo 6
Sapendo che l'analisi con l'ossimetro di una miscela Heliair (elio + aria) rivela una
percentuale di ossigeno di 11,8%, calcolare la percentuale di azoto ed elio.
N2% = 11,8% x 3,76 = 44,36%
He% = (100 - 44,36 - 11,8) = 43,84%
Pure Tech Agency
•
•
•
•
Comportamento dei gas reali
Erronea gestione del sistema
Imprecisioni nel calcolo
Imprecisione nelle verifiche
Modulo 6
Tutti questi errori si evitano con l'esperienza e con la giusta attenzione sia verso le
proprie azioni come operatore sia sul buon funzionamento degli apparecchi usati.
Non esistono regole fisse sugli accorgimenti da adottare, ogni operatore deve costruirsi la
propria “check list” da adempiere sia in fase di controllo sia di verifica.
I calcoli aritmetici sono spesso la fonte di maggior imprecisione, ed in questo senso i
software hanno sicuramente dato un positivo contributo nelle operazioni di calcolo.
Anche un software semplice come un foglio di calcolo può risultare utile. Esso è in grado
di creare dei grafici con i quali monitorare in tempo reale le variazioni delle frazioni dei
gas di una miscela. Solitamente queste variazioni hanno un andamento lineare, pertanto
gli eventuali errori di calcolo o di trascrizione sono immediatamente riconosciuti come
anomalie nella linearità delle funzioni visualizzate nel grafico.
Il grafico 6.12.1 rappresenta l'andamento delle frazioni di ossigeno, elio ed azoto relativo
alla tabella heliair 6.8.1. Se avessimo calcolato o trascritto dati scorretti nella tabella
l'errore si sarebbe immediatamente visualizzato come alterazione dell'andamento lineare
delle 3 funzioni corrispondenti alle frazioni di ossigeno, elio e azoto.
Questo accorgimento, durante la preparazione di tabelle personalizzate, offre quindi un
valido controllo incrociato sulla verifica dei dati in tempo reale.
6.10.1 Grafico andamento frazioni dei gas miscela Heliair 6.8.1
98
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
6.13 Applicazione di una correzione su una
miscela
Se i valori della miscela finita sono diversi del previsto, ma accettabili dal subacqueo
ovviamente non si esegue alcuna correzione. Solitamente variazioni di un punto
percentuale sulle frazioni richieste dal subacqueo sono tollerabili. Queste variazioni non
comportano sostanziali modifiche nel piano di immersione anche perché i subacquei più
esperti non si spingono quasi mai ai limiti di utilizzo di una miscela, ma si mantengono
ben centrati rispetto ai suoi margini operativi e di sicurezza.
Diversamente, l'unico modo per apportare delle modifiche ad una miscela in maniera
sufficientemente precisa e rapida è quello di affidarsi ad un software (ammesso che il sistema
a nostra disposizione ci consenta di trasferire altro gas). Da un banco è possibile trasferire
altro gas solamente se le pressioni ancora disponibili sono superiori a quella della bombola
ricevente. Altrimenti, sempre per mezzo di un software, possiamo valutare se le variazioni
delle frazioni ottenibili immettendo aria (o nitrox) da un compressore risultano soddisfacenti
(se necessario svuotando un poco la bombola prima di immettervi aria). Ovviamente dobbiamo
impostare il software con i dati corretti di pressione e frazioni della miscela che intendiamo
modificare per vedere se tali modifiche apportano dei cambiamenti utili.
Non sono pratiche particolarmente consigliabili, ma se non si hanno alternative vale la
pena tentare. Ci si accorgerà purtroppo che le variazioni possibili non sono quasi mai in
favore delle nostre necessità.
6.14 L'etichettatura delle bombole
Modulo 6
Ogni bombola contenente una miscela pronta per la consegna deve essere opportunamente
etichettata.
Ogni agenzia didattica dispone di adesivi appositamente realizzati con colorazioni che
rispondono ad una codifica di riconoscimento ormai universalmente accettata, in maniera
tale da rendere il contenuto delle bombole inequivocabile.
L'etichettatura deve essere eseguita con entrambi i metodi di seguito descritti:
1. Adesivo sul corpo della bombola indicante il nome del gas o della miscela binaria
o ternaria così come indicato nella tabella 6.14.1;
6.14.1 Etichette identificative del nome del gas
2. Adesivo, o alternativamente un'etichetta, posta all'altezza dell'ogiva, oppure sul
corpo della bombola purché chiaramente visibile per l'utilizzatore, indicante:
• La frazione dell'ossigeno
• Le frazioni dei gas inerti eventualmente presenti
• La data di consegna della miscela con l'eventuale aggiunta di un codice di
identificazione
Blending & Mixing
99
Pure Tech Agency
• Il numero identificativo della bombola
• Il nome dell'analizzatore
• La pressione di carica/consegna
6.14.2 Etichetta identificativa delle frazioni dei gas
Questi dati sono di vitale importanza perché comportano l'assunzione di responsabilità
da parte dell'utilizzatore, pertanto devono obbligatoriamente essere riportati anche sul
registro di consegna delle miscele.
6.15 Il registro di consegna
Modulo 6
Il registro di consegna è un documento di fondamentale importanza perché tutela
l'operatore da eventuali responsabilità verso terzi o verso l'utilizzatore della miscela.
Pertanto deve essere sempre opportunamente compilato e deve contenere almeno i
seguenti dati:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Nome identificativo della stazione di ricarica
Nome dell'operatore
Numero della bombola
Data di scadenza
Volume
Pressione di carica
Tipologia della miscela e frazioni dei gas
Identificativo in forma di codice della ricarica effettuata
Codice identificativo dell'analizzatore utilizzato con la data di scadenza della
taratura
• Commenti
• Firma per accettazione dell'utilizzatore.
La compilazione del registro di consegna (altrimenti chiamato registro di carica) è l'atto
conclusivo di tutto il lavoro senza il quale una miscela NON può essere consegnata
all'utilizzatore. È di fondamentale importanza per la tutela legale dell'operatore che
il registro di carica venga firmato dall'utilizzatore all'atto della consegna (questi ha
comunque il diritto di pretendere che la verifica delle miscele per mezzo di analizzatore
ossigeno/elio venga ripetuta in sua presenza), in questo modo l'utilizzatore accetta la
miscela e si assume i rischi derivanti dal suo utilizzo.
L'utilizzatore deve essere un subacqueo certificato per il tipo di miscela in consegna.
100
Blending & Mixing
Modulo 6
Pure Tech Agency
Blending & Mixing
101
Pure Tech Agency
MODULO 7
LA STAZIONE DI RICARICA E MISCELAZIONE
Al termine di questo modulo saremo in grado di:
• Comprendere la stazione di ricarica come un luogo di lavoro
• Identificare la normativa e le istituzioni di riferimento
• Sviluppare una conoscenza di base in materia di sicurezza generale
7.1
Considerazioni generali
Una stazione di ricarica è un luogo di lavoro. Lo spazio che identifica questo luogo
deve essere opportunamente definito così da poter concretare la sua funzione primaria:
l'impiego di diverse forme di energia volte alla pratica della miscelazione dei gas. Oltre
a ciò l'energia è per definizione la capacità di un sistema di compiere un lavoro. La
funzionale combinazione di questi tre elementi, luogo, energia e lavoro crea le condizioni
affinché una stazione di ricarica operi in sicurezza ed in maniera efficiente.
7.1.1 La stazione di ricarica: schema concettuale
Elenchiamo, non senza approssimazioni, quali forme di energia sono presenti
all'interno di una stazione di ricarica ed il lavoro a loro assegnato.
Modulo 7
• Elettrica: permette il funzionamento delle macchine
• Cinetica, potenziale e meccanica: sono caratteristiche del lavoro del
compressore e dei gas compressi
• Termica: quella prodotta dal funzionamento del sistema e dalle macchine
L'energia è uno dei principali responsabili del buono o cattivo (e quindi pericoloso)
funzionamento del sistema di miscelazione.
Essa deve quindi rimanere sotto il nostro controllo, e questo può avvenire soltanto
grazie al corretto e sicuro funzionamento dello specifico impianto che la veicola.
L'incendio a seguito di compressione adiabatica è una forma di energia prevenibile
o prevedibile: vale a dire la sicurezza o l'azzardo dipendono dalla bontà o dalla
manchevolezza del NOSTRO sistema di miscelazione.
Per queste ragioni è imperativo porsi durevolmente le seguenti domande:
102
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
• La parte del sistema afferente all'energia elettrica è propriamente realizzata,
conforme e sicura?
• La parte del sistema afferente all'energia meccanica è propriamente realizzata,
conforme e sicura?
• La parte del sistema afferente all'energia termica è propriamente isolata e
sicura?
A questo punto dell'apprendimento dovremmo essere in grado di comprendere come la
complessità degli argomenti e dei sistemi con i quali operiamo imponga una presa di
coscienza su quanto sia seria e quanta professionalità richiede la miscelazione dei gas ad
alta pressione.
Il luogo ed il lavoro sono stati largamente descritti nei moduli precedenti; la stazione
come ambito di relazione con la normativa vigente e le istituzioni, è uno dei temi di
approfondimento dei prossimi paragrafi.
7.2
Il luogo di lavoro: normativa di riferimento
e interlocutori privilegiati
La scelta del luogo dove realizzare la stazione non può ovviamente essere casuale. Essa
deve soddisfare dei criteri di idoneità e sicurezza.
Sebbene non esista una normativa specifica di riferimento per i centri di miscelazione
dei gas per l'attività subacquea, il “Decreto Legislativo 9 aprile 2008 n° 81”, sgombera il
campo da ogni dubbio circa la definizione, la collocazione ed i requisiti che deve possedere
una stazione di ricarica.
Il testo della legge è molto articolato, ed è il culmine di un percorso legislativo, in materia
di sicurezza nei luoghi di lavoro, iniziato con con il D.P.R. n° 547 del 27/04/1955. Molte
leggi si sono succedute ed altre verranno, ed è per questa ragione che bisogna tenersi
continuamente aggiornati.
Di seguito vengono riportati degli estratti del D.L. n° 81/2008. All'operatore viene
caldamente consigliato di approfondire i contenuti della legge.
DECRETO LEGISLATIVO 9 aprile 2008 , n. 81
Attuazione dell'articolo 1 della legge 3 agosto 2007, n. 123, in materia di
tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro
Art. 62. Definizioni
ALLEGATO IV - Requisiti dei luoghi di lavoro
1. AMBIENTI DI LAVORO
1.1 Stabilità e solidità
1.1.1. Gli edifici che ospitano i luoghi di lavoro o qualunque altra opera e struttura
presente nel luogo di lavoro devono essere stabili e possedere una solidità che
corrisponda al loro tipo d'impiego ed alle caratteristiche ambientali...
1.3.2. I pavimenti dei locali devono essere fissi, stabili ed antisdrucciolevoli nonché
esenti da protuberanze, cavità o piani inclinati pericolosi devono essere fissi, stabili
ed antisdrucciolevoli...
Blending & Mixing
103
Modulo 7
1. Ferme restando le disposizioni di cui al titolo I, si intendono per luoghi di lavoro,
unicamente ai fini della applicazione del presente titolo, i luoghi destinati
a ospitare posti di lavoro, ubicati all’interno dell’azienda o dell’unità
produttiva, nonché ogni altro luogo di pertinenza dell’azienda o dell’unità
produttiva accessibile al lavoratore nell’ambito del proprio lavoro...
Pure Tech Agency
1.5. Vie e uscite di emergenza.
1.5.1. Ai fini del presente punto si intende per:
1.5.1.1. via di emergenza: percorso senza ostacoli al deflusso che consente alle persone
che occupano un edificio o un locale di raggiungere un luogo sicuro;
1.5.1.2. uscita di emergenza: passaggio che immette in un luogo sicuro;
1.5.1.3. luogo sicuro: luogo nel quale le persone sono da considerarsi al sicuro dagli
effetti determinati dall'incendio o altre situazioni di emergenza;
1.5.1.4. larghezza di una porta o luce netta di una porta: larghezza di passaggio al
netto dell'ingombro dell'anta mobile in posizione di massima apertura se scorrevole, in
posizione di apertura a 90 gradi se incernierata (larghezza utile di passaggio).
1.5.2. Le vie e le uscite di emergenza devono rimanere sgombre e consentire di
raggiungere il più rapidamente possibile un luogo sicuro.
4. MISURE CONTRO L’INCENDIO E L’ESPLOSIONE
4.1. Nelle aziende o lavorazioni in cui esistono pericoli specifici di incendio:
4.1.1. è vietato fumare;
4.1.2. è vietato usare apparecchi a fiamma libera e manipolare materiali incandescenti,
a meno che non siano adottate idonee misure di sicurezza;
4.1.3. devono essere predisposti mezzi ed impianti di estinzione idonei in rapporto
alle particolari condizioni in cui possono essere usati, in essi compresi gli apparecchi
estintori portatili o carrellati di primo intervento. Detti mezzi ed impianti devono
essere mantenuti in efficienza e controllati almeno una volta ogni sei mesi da
personale esperto.
4.2.1. L'acqua non deve essere usata per lo spegnimento di incendi, quando le materie
con le quali verrebbe a contatto possono reagire in modo da aumentare notevolmente
di temperatura o da svolgere gas infiammabili o nocivi.
4.2.2. Parimenti l'acqua e le altre sostanze conduttrici non devono essere usate in
prossimità di conduttori, macchine e apparecchi elettrici sotto tensione.
Modulo 7
4.2.3. I divieti di cui ai punti 4.2.1 e 4.2.2 devono essere resi noti al personale mediante avvisi.
4.3. Le aziende e le lavorazioni nelle quali si producono, si impiegano, si sviluppano
o si detengono prodotti infiammabili, incendiabili o esplodenti o quelle che, per
dimensioni, ubicazione ed altre ragioni presentano in caso di incendio gravi pericoli
per la incolumità dei lavoratori sono soggette, ai fini della prevenzione degli
incendi, al controllo del Comando provinciale dei vigili del fuoco competente
per territorio...
I Vigili del Fuoco sono sicuramente la prima istituzione a cui rivolgersi senza
riluttanza non soltanto per ottenere le eventuali autorizzazioni, ma soprattutto per
avere un interlocutore competente in ambito legislativo e sicurezza nei luoghi di
lavoro.
Anche l'Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro (ISPESL) può
offrire informazioni e supporto utili sia in ambito giuridico sia applicativo. Questi enti
spesso organizzano dei veri e propri corsi di formazione e aggiornamento, talvolta
gratuiti, sulle nuove normative.
7.3
L'operatore e la stazione: quale normativa
di riferimento?
Cercare di orientarsi tra la legislazione vigente non è affatto facile e si corre il rischio
di aumentare la confusione anziché la conoscenza. Non esistendo una documentazione di
sintesi specifica relativa alle stazioni di miscelazione per l'attività subacquea sportiva, si
deve attingere da porzioni di leggi regolanti attività di natura talvolta molto diversa.
Nel panorama delle norme sembra prevalere una maggiore attenzione verso il sistema e
104
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l'ambiente di lavoro piuttosto che verso l'operatore.
Affrontare la normativa però è necessario per completare il quadro degli elementi
indispensabili per la corretta realizzazione di una stazione. Il modo migliore per procedere
è rivolgersi ad un interlocutore istituzionale (generalmente a consultazione gratuita) o
privato tra i quali si elenca:
• L'Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro (www.ispesl.it):
mette a disposizione un archivio web di leggi e regolamentazioni;
• Assogastecnici (www.assogastecnici.it): è un struttura che promuove il mercato
dei gas tecnici;
• Ambiente e Sicurezza del Sole24ore (www.ambientesicurezza.ilsole24ore.com):
si tratta di una pubblicazione quindicinale di documentazione giuridica,
professionale e tecnica;
• L'associazione Ambiente e Lavoro (www.amblav.it): “è una associazione, senza
scopo di lucro, riconosciuta dal Ministero dell'Ambiente che promuovere la tutela
dell'ambiente e della sicurezza nei luoghi di vita e di lavoro”.
Tra le varie leggi si cita il D.M. 1 Dicembre 2004, n. 329: Regolamento recante norme per
la messa in servizio ed utilizzazione delle attrezzature a pressione e degli insiemi di cui
all'articolo 19 del decreto legislativo 25 febbraio 2000, n. 93. Pubblicato sulla Gazzetta
Ufficiale n. 22 del 28 Gennaio 2005 n. 10.
Di questo decreto si riporta solamente il titolo degli articoli e due estratti degli articoli 5 e 6
SCHEMA DI REGOLAMENTO RECANTE NORME PER LA MESSA IN SERVIZIO
E UTILIZZAZIONE DELLE ATTREZZATURE A PRESSIONE E DEGLI INSIEMI
DI CUI AL DECRETO LEGISLATIVO 25 FEBBRAIO 2000 N.93
Art.6. Obblighi da osservare per la messa in servizio e l'utilizzazione,
dichiarazione di messa in servizio
1.
All'atto della messa in servizio l'utilizzatore delle attrezzature e degli insiemi
soggetti a controllo o a verifica invia all'ISPESL e all'Unita' Sanitaria Locale
(USL) o all'Azienda Sanitaria Locale (ASL) competente, una dichiarazione di
messa in servizio, contenente:
a)
l'elenco delle singole attrezzature, con i rispettivi valori di pressione,
temperatura, capacita' e fluido di esercizio;
b)
una relazione tecnica, con lo schema dell'impianto, recante le condizioni
d'installazione e di esercizio, le misure di sicurezza, protezione e controllo
adottate;
c)
una espressa dichiarazione, redatta ai sensi dell'articolo 2 del decreto del
Presidente della Repubblica del 20 ottobre 1998, n. 403, attestante che
l'installazione È stata eseguita in conformita' a quanto indicato nel manuale
d'uso;
d)....
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105
Modulo 7
Art.1. Campo di applicazione
Art.2. Esclusioni
Art.3. Specifiche tecniche relative all'esercizio delle attrezzature e degli insiemi
Art.4. Verifica obbligatoria di primo impianto ovvero della messa in servizio
Art.5. Esclusioni del controllo della messa in servizio
1.
Non sono soggetti alla verifica della messa in servizio le seguenti categorie di
attrezzature ed insiemi:
a)
tutte le attrezzature ed insiemi gia' esclusi dall'articolo 2;
b)
gli estintori portatili e le bombole portatili per apparecchi respiratori;
c)....
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Art.7. Obblighi degli utilizzatori
Art.8. Obbligo delle verifiche periodiche
Art.9. Verifica degli accessori e dei dispositivi in occasione delle verifiche periodiche
Art.10. Riqualificazione periodica
Art.11. Esenzioni dalla riqualificazione periodica
Art.12. Verifiche di integrità in occasione delle verifiche periodiche
Art.13. Verifica di funzionamento in occasione delle verifiche periodiche
Art.14. Riparazione e modifiche
Art.15. Norme transitorie
Art.16. Requisiti dei recipienti per liquidi e tubazioni già in esercizio alla data
di entrata in vigore del presente decreto e non certificati secondo il decreto
legislativo 25 febbraio 2000, n.93
Per “messa in servizio” si intende sostanzialmente l'approntamento di un sistema in grado
di funzionare per uno scopo di natura professionale, come può esserlo benissimo una
stazione di miscelazione e ricarica bombole per uso respiratorio subacqueo. Il contenuto di
questa legge afferma che le bombole da immersione sono escluse dagli obblighi di verifica
previsti, ma probabilmente non lo sono alcune delle apparecchiature o sistemi della
stazione che si intende realizzare.
Anche in questo caso emerge un nuovo interlocutore privilegiato a cui chiedere lumi sulle
eventuali ottemperanze da predisporre: le ASL.
7.4
La questione della sicurezza
L'EIGA (European Industrial Gases Association) ha emesso un documento con il quale
pone l'attenzione su delle questioni che definiscono il livello di sicurezza di un impianto di
miscelazione di gas.
Una sintesi del documento, adattata alle condizioni operative definibili “normali” per una
stazione di carica e miscelazione di gas ad uso subacqueo sportivo (ovvero dove NON si fa
uso di ossigeno liquido, PSA e gas infiammabili), viene qui di seguito descritta per punti.
Modulo 7
1. Area operativa e magazzino:
• Il fabbisogno di adeguata ventilazione deve essere predisposto laddove la
ventilazione naturale non sia ritenuta sufficiente o idonea
• La delimitazione o definizione delle aree preposte alla miscelazione
• La presenza di adeguate uscite di emergenza
• Il controllo sugli accessi di personale e utenza
• La protezione dal fuoco ed i dispositivi di spegnimento
• La rimozione di fonti di innesco, la protezione da scariche elettrostatiche dalle
aree dove vengono maneggiati gas infiammabili o comburenti
• Il monitoraggio ambientale dei gas laddove eventuali fughe di ossigeno o elio
potrebbero causare rischio di incendio o asfissia (l'elio è più leggero dell'aria
pertanto si disperde verso l'alto, mentre l'ossigeno essendo più pesante
dell'aria tenderà ad accumularsi verso il basso soprattutto in trincee, cantine
o comunque in ambienti che fungono da “vasche” di raccolta)
2. Equipaggiamento
• L'idoneità dell'equipaggiamento, dei materiali con cui sono costruiti e delle
pressioni di esercizio
• Il sistema di smaltimento (evacuazione) dei gas che sia adeguato e diretto
verso aree sicure
• L'adeguatezza degli apparecchi di misurazione e analisi usati per la
miscelazione
• L'etichettatura relativa agli eventuali rischi derivanti dall'uso di
apparecchiature potenzialmente pericolose
• Le operazioni di manutenzione non abbassino il livello di allerta sulla
sicurezza (un apparecchio o un sistema non in funzione non significa
106
Blending & Mixing
Pure Tech Agency
necessariamente che non sia più potenzialmente pericoloso)
• Lo smontaggio degli apparecchi e dei sistemi può avvenire soltanto quanto
questi siano stati approntati per lo smontaggio (esempio: l'eliminazione di
accumuli/depositi di ossigeno nelle tubature)
3. Logistica dei gas
• La separazione dei gas per tipologia per evitare miscelazioni errate o
accidentali (in certi contesti ci si deve porre il problema se perdite incontrollate
di gas diversi non producano miscele pericolose)
• L'adeguata etichettatura su tutte le bombole e sulle tubature preposte al
trasporto dei gas
• L'affidabilità delle forniture di gas che devono essere prive di elementi
estranei o contaminanti
4. Logistica delle bombole
• La movimentazione e lo stazionamento sicuro delle bombole (tecniche di
sollevamento, spostamento e posizionamento tramite sistemi ritentori che
evitino cadute)
• Il mantenimento di un numero minimo di bombole nelle aree preposte alla
miscelazione (le bombole non in uso devono stare in aree predisposte)
• I controlli sulle perdite di gas, al fine di evitare eccessive concentrazioni di
ossigeno ed elio negli ambienti confinati
• L'appropriata etichettatura
• Le aree deposito devono essere adatte al tipo di gas a cui sono destinate
A molti di questi argomenti è già stato dedicato un paragrafo in questo manuale, per
gli altri è importante porre l'attenzione su di essi, e fare in modo che siano sviluppati
i relativi interventi in sede operativa.
Incendio
L'unico modo per estinguere un incendio alimentato da ossigeno è isolare l'ossigeno ed
interromperne il flusso. Per questa ragione è necessario predisporre un sotto-sistema in
grado di interrompere il flusso di ossigeno verso la parte di sistema coinvolta nell'incendio
o di tutto il sistema.
I sistemi antincendio potrebbero essere acqua, polveri antifiamma o altro. La scelta di
uno di questi dipende dal tipo di equipaggiamento presente ed anche dalla natura
dell'incendio stesso. Non si può utilizzare acqua se vi è presenza di impianti elettrici
di un certo tipo (essa non è nemmeno in grado di spegnere una fiamma alimentata da
ossigeno) e non si può usare una coperta ignifuga per spegnere un indumento che brucia
se inzuppato di ossigeno.
La scelta di un sistema antincendio deve essere pertanto effettuata da personale
specializzato in sistemi antincendio.
Nel caso in cui non sia possibile interrompere il flusso di ossigeno bisognerebbe rimuovere
il combustibile, la qual cosa è il più delle volte ancora più difficile. Nel caso in cui, ad
esempio, una compressione adiabatica provochi un incendio in un punto della linea di
trasporto dei gas, si forma una sfera di fuoco che può arrivare a raggiungere un metro
di diametro. La conseguenza immediata è la vaporizzazione di un metro e più della linea
dove si è verificato l'innesco.
L'ossigeno brucia in pochissimo tempo, un quarto di secondo, ma il calore che si sviluppa
è elevatissimo tale da bruciare la maggior parte dei materiali nelle vicinanze. Se non si
interrompe il flusso di ossigeno l'incendio diventa incontrollabile in meno di due minuti.
È quindi necessario predisporre una valvola di arresto del flusso di ossigeno lontano dalla
zona di miscelazione, o dalle zone considerate a più alto rischio. Tale valvola deve essere
facilmente accessibile anche in caso di incendio.
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107
Modulo 7
7.5
Pure Tech Agency
7.5.1 Corretto uso di estintore nel caso di incendio di gas infiammabile (si noti l'ogiva di colore rosso).
Non dirigere il getto antincendio in direzione contraria alla fiamma,
bensì aggredire la fiamma alle sue spalle (da internet).
Modulo 7
7.6
Sommario delle raccomandazioni
• Non fumare nella stazione
• Quando la stazione o un sistema non sono in funzione chiudere la
valvola che comanda la fornitura di ossigeno
• Predisporre una valvola di sicurezza che interrompa il flusso
dell'ossigeno, se necessario a controllo remoto in grado di funzionare
anche senza energia dall'esterno, in posizione idonea e raggiungibile
anche in caso di incendio
• Predisporre sistemi di spurgo o sovrappressione dell'ossigeno in
posizione idonea, e dove la direzione dello spurgo sia verso un luogo
sicuro
• I filtri non devono essere rimossi per aumentare la portata del sistema
• Assicurarsi che il personale che operi con l'ossigeno ed i gas in pressione
sia adeguatamente istruito sui rischi derivanti dall'ossigeno e dai sistemi
in pressione
• Assicurarsi che il personale sia istruito sulle procedure di emergenza e
di spegnimento e/o mitigazione degli incendi
• Utilizzare solamente apparecchiature certificate e operanti entro i limiti
prescritti dal costruttore
• Utilizzare indumenti adeguati liberi da contaminanti combustibili
• Controllare che il sistema antincendio sia in posizione pronto all'uso e
funzionante
• Mantenere una adeguata ventilazione
• Persone che stanno bruciando in un ambiente ricco di ossigeno non
possono essere soccorse da una persona se questa non è adeguatamente
protetta da indumenti ignifughi
• Persone che sono state esposte ad una atmosfera ricca di ossigeno
devono sottoporsi ad adeguata e duratura ventilazione (almeno 15
minuti) prima di proseguire con qualsiasi attività
• Le apparecchiature operanti con l'ossigeno devono essere chiaramente
identificate
• Apporre in area esterna, visibile e protetta (e comunque in più
luoghi) la pianta della stazione con la localizzazione dei gas e delle
apparecchiature per agevolare le operazioni di soccorso
• Predisporre, rendere visibili e mantenere libere le uscite di emergenza
108
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Pure Tech Agency
7.7
Trasporto delle bombole su mezzi non
dedicati
Per veicolo non dedicato si intende: “qualsiasi veicolo non specificatamente adeguato a
trasportare in modo sicuro bombole di gas (spesso si tratta di autovetture o furgoni chiusi)”.
Nel trasporto di bombole è fondamentale un’adeguata ventilazione e si raccomanda le
seguenti precauzioni:
• Usare un veicolo scoperto o un veicolo predisposto per il trasporto di gas (avente
un divisorio a tenuta stagna che separi il conducente dal carico e garantisca
un’adeguata aerazione)
• Se proprio si deve usare un veicolo chiuso, “non dedicato”: TENERE APERTI I
FINESTRINI
I gas in bombole e in recipienti criogenici sono classificati come “Merci Pericolose” e il loro
trasporto è regolato dalla legislazione europea (ADR, classe 2). Bisogna verificare se il
proprio equipaggiamento ricada entro tale categoria di regolamentazione.
NOTA
Raccomandazioni per distributori di gas
• Assicurati che il cliente sia consapevole dei pericoli prima che lasci la tua stazione
• Metti in evidenza che:
➤ Le etichette indicano il pericolo associato al tipo di gas e occorre comprenderne
il significato;
➤ Non si usano o trasportano recipienti di gas privi di etichetta;
➤ L’etichetta è l’unico mezzo per poter identificare l’esatto contenuto di un recipiente;
➤ Maneggiare i recipienti come da istruzioni ricevute.
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109
Modulo 7
Il testo della legge afferente alla normativa ADR è disponibile sul sito
http://www.mit.gov.it/mit/site.php?p=cm&o=vd&id=856
Con l'entrata in vigore della nuova normativa nel 2009, i parametri di riferimento sono
stati cosi modificati:
• Per il trasporto da parte di privati vige il principio dell'esenzione da qualunque
forma prescritta di disposizione per il loro trasporto.
• Per i centri immersione, le associazioni di qualunque natura (anche ONLUS),
od altre società di fatto o di diritto (non limitandosi, pertanto, il trasporto
ad uso privato per la "propria" attività di immersione), si applicano le nuove
prescrizioni contenute nell'accordo ADR 2009. Pertanto tutti coloro che non
potranno dimostrare che il trasporto viene effettuato a soli usi privati, dovranno
obbligatoriamente:
➤ munirsi di DDT (documento di trasporto) per il trasporto di merci pericolose, nel
quale siano indicati il luogo e la sede di mittenza e del destinatario;
➤ il numero chimico della merce (si ricava dal testo dell'ADR 2009);
➤ la classe di imballaggio (vds. ADR 2009);
➤ il quantitativo da trasportare;
➤ essere dotati, a bordo del veicolo, di un estintore da Kg. 2 idoneo per lo
spegnimento di incendio da comburenti;
➤ certificato di idoneità delle bombole (collaudo e punzonature), da cui emerga
(anche tramite colorazione delle ogive) che le stesse sono idonee a contenere
ossigeno puro e/o miscele iperossigenate;
➤ posizionare le bombole trasportate all'interno di gabbie o con sistemi di ritenuta.
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Raccomandazioni per il trasporto dei gas
• Non fumare
• Segui i consigli che ti ha dato il tuo dettagliante/distributore di gas
• Controlla che le valvole siano ben chiuse e protette
• Arieggiare adeguatamente l’interno del veicolo, tieni i finestrini aperti
7.7.1 Questa vettura è stata coinvolta in un
incidente stradale. Trasportava bombole di
ossigeno, che perdevano; dopo l’urto iniziale,
l’atmosfera interna ricca di ossigeno ha
provocato l’incendio di tutta la vettura (www.
assogastecnici.it)
•
•
•
•
•
•
Smonta gli accessori come regolatori, tubi, ecc.
Controlla di non sovraccaricare il veicolo
Non caricare le bombole nel baule o in luogo non ventilato
Raggiungi direttamente la destinazione
Porta con te un estintore da almeno 2 kg a polvere
Evitare di trasportare passeggeri
Carico e scarico: Conducente/Cliente
• Verifica che tutte le bombole e i recipienti siano correttamente bloccati e non
possano muoversi durante il viaggio
Modulo 7
7.7.2 Le bombole libere di muoversi sono pericolose (www.assogastecnici.it)
• Pensa a come potrai fare per caricare e scaricare le bombole dal veicolo senza farti del male
• Trasporta solo il numero minimo di bombole che ti è necessario per espletare il
tuo lavoro
• Una volta che i recipienti sono stati scaricati dal veicolo indossando gli opportuni
dispositivi di protezione individuale, fissali in modo che non cadano
Azioni di emergenza con gas comburenti
Interventi specifici dipendono dal tipo di gas che si trasporta, ma se scopri una perdita da
un recipiente che contiene un gas infiammabile o comburente:
• ferma il veicolo in una zona isolata, se possibile e se risulta sicuro;
110
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Pure Tech Agency
• spegni il motore
• arieggia il veicolo tenendo aperte le portiere
• cerca di eliminare le possibili sorgenti di innesco (es. accensione di lampadine,
cellulari e chiavi elettroniche)
• tieni lontani i passanti dalla zona di pericolo
• chiama i Vigili del Fuoco (115) fornendo il luogo esatto, il numero di recipienti e i
tipi di gas coinvolti
• chiama il tuo dettagliante/distributore di gas per aiuto
Modulo 7
Il pericolo subdolo dell’asfissia (da eccessive concentrazioni di elio, azoto o
argon all'interno del veicolo o di luogo confinato)
• I gas asfissianti in caso di perdita dal recipiente si sostituiscono all’ossigeno
riducendone la percentuale.
• Anche altri gas non comburenti (ad es. infiammabili) riducono la quantità di
ossigeno nell’aria.
• Quando il tenore dell’ossigeno nell’aria scende sotto il 18% si accusano sintomi di
sonnolenza.
• Se il tenore di ossigeno scende ulteriormente si rischia la perdita di conoscenza e
la morte per asfissia.
Blending & Mixing
111
Modulo 7
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112
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APPENDICE
Tabelle per miscelazione a peso
Come si è detto, le tabelle per la miscelazione gravimetrica non sono di facile reperibilità;
inoltre molti software non prevedono la possibilità di eseguire la miscelazione per peso
molecolare, e quei pochi che lo fanno non sempre includono nell'algoritmo di calcolo il
fattore Z.
Utilizzando le basi di calcolo esposte nel modulo 3 è possibile, con un po' di pazienza
e capacità di calcolo, costruirsi delle tabelle ad hoc i cui dati dovranno essere tuttavia
attentamente verificati empiricamente (per mezzo degli analizzatori) ed eventualmente
corretti. Nonostante tutto questo richieda un certo tempo, alla lunga si perverrà a
delle tabelle il cui grado di precisione non risentirà delle condizioni del sistema e della
temperatura.
La tabella 8.1 benché abbia solamente un valore didattico, e come tale non può essere
utilizzata in un contesto operativo, fornisce un' indicazione su come deve essere impostata
una tabella per miscelazione gravimetrica.
Nella prima colonna sono indicati i litri di miscela di gas che si vogliono ottenere mentre
nelle successive il peso in chilogrammi dei vari gas da immettere.
Modulo 7
La tabella si utilizza come nell'esempio seguente:
Si deve riempire un bibombola 12+12 con una miscela trimix 17/42. Assumendo 200 bar
come pressione massima di esercizio, ne consegue che il contenuto massimo della bombola
in questione sia 4.800 litri. Ragion per cui si utilizzeranno i valori disposti sulla riga dei
4800 litri come parametri per le operazioni di riempimento.
8.1 Tabella per miscelazione a peso
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113
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Bibliografia
Titolo
Autore
Casa Editrice
Gas Blending
Rebreather
L'immersione in miscela
Preparazione delle miscele
Manuale Tek-In
Manuale Nitrox
Deep Diving
Mixed Gas Diving
Ossigeno Iperbarico
Nicos Raftis
Carlo Marcheggiani
Corrado Bonucelli
Naui Italia
AA. VV.
R. Menzaghi, A. Bellati, M. Braga
Bret Gilliam
Bret Gilliam e Tom Mount
A. Marroni, P.G. Data, AA. VV.
Best Publishing Company
Editoriale Olimpia
Editrice la Mandragora
Naui Italia - Dive Italia s.r.l.
PTA - HdueO Diving Activities
PTA www.pure-tech-agency.net
North Eastern Divers
North Eastern Divers
Edizioni Studio
Modulo 7
Sitografia
Indirizzo web
Soggetto
http://www.ispesl.it/
L'Istituto Superiore per la
Prevenzione e la Sicurezza
del Lavoro
http://cti2000.it
Comitato Termotecnico Italiano
www.icepi.com
Istituto Certificazione Europea
Prodotti Industriali
www.asaps.it
Portale sicurezza stradale
www.assogastecnici.it
Assogastecnici
www.federchimica.it
Federchimica
www.uni.com/it/
Ente Nazionale di Unificazione
Le norme UNI consultabili
solo a pagamento
www.eiga.org
EIGA - European Industrial
Gases Association
È possibile consultare numerosi
documenti in inglese
www.cefic.be
CEFIC - European Chemical Industry
Council
http://www.unece.org/trans/danger/danger.htm
Trasporto merci pericolose
www.cganet.com
CGA - Compressed Gas
Association (USA)
http://www.frogkick.dk/manuals/
Sito di subacquea
www.wreckteam.com
Sito di subacquea
http://it.wikipedia.org
Wikipedia
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Note
Sito web contenente i manuali e
gli esplosi di molti erogatori
Enciclopedia web
Modulo 7
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w w w. p u r e - t e c h - a g e n c y. n e t