Prestazioni degli erogatori, il diagramma di test

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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: erogatori
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Riprendiamo il discorso dal precedente articolo per descrivere in dettaglio come si genera il tipico diagramma di test di un secondo stadio di erogazione, che abbiamo riportato in figura.  

Si tratta di un test ipotetico, effettuato secondo lo standard previsto dalla normativa europea, EN 250:2000, che prevede di impostare il simulatore per il test dell’erogatore con i seguenti parametri:

La pressione ambiente di 6 bar corrisponde ad una profondità di 50 metri, ovvero 165 fsw (feets of salt water).   La ventilazione polmonare,  (RMV) è invece il prodotto della frequenza respiratoria per il volume corrente, (il volume totale ventilato in un atto respiratorio) e quindi RVM = 25 x 2,5 = 62,5.   Per questa ragione i test effettuati secondo normativa europea sono indicati brevemente come: 62,5 RMV @ 165 fsw.

Evidentemente sono condizioni di misura molto severe, soprattutto per ciò che riguarda il volume respiratorio. I parametri caratteristici di un erogatore che un test tramite simulatore è solito  misurare e registrare durante entrambe le fasi di inspirazione ed espirazione sono il lavoro inspiratorio ed espiratorio e la pressione dell’aria misurata a livello del boccaglio.

Ricordiamo che all’interno dell’erogatore si ha pressione positiva durante l’espirazione (aria immessa nel boccaglio), e pressione  negativa durante l’inspirazione, (aria aspirata dal boccaglio). Sul diagramma la pressione interna dell’erogatore è riportata sull’asse verticale, mentre sull’asse orizzontale abbiamo il volume di gas inspirato (spostamento da destra a sinistra), o espirato (spostamento da sinistra a destra).

Il punto iniziale del ciclo, che corrisponde all’inizio della inspirazione, è rappresentato dal punto A, ovvero pressione nulla e volume di circa  a 2,5 litri. Appena inizia l’inspirazione, rappresentata dal tratto inferiore del grafico, inizia a crearsi la depressione all’interno dell’erogatore, (pressione negativa) alla quale però non corrisponde un flusso d’aria poiché la valvola interna è ancora chiusa. Arrivati ad un certo valore di pressione negativa, la valvola dell’erogatore si apre e il gas inizia a fluire. Ciò avviene nel punto B, detto punto di cracking, nel quale la pressione è detta pressione di inspirazione.  

Tipico diagramma pressione-volume di un secondo stadio sotto test

Superato il punto B il gas inizia a fluire, il diagramma viene precorso da destra a sinistra e  si riavvicina con varie fluttuazioni all’asse orizzontale, poiché lo sforzo di inspirazione si riduce rispetto a quanto è stato necessario per aprire la valvola. L’area scura compresa tra il grafico e l’asse orizzontale rappresenta lo sforzo  inspiratorio, (lavoro inspiratorio),  che non deve superare gli 0,3 J/L, mentre la  pressione di inspirazione deve mantenersi inferiore a -25 mB, (linea rossa).

In corrispondenza del punto C, nel quale viene innescato l’effetto “Venturi”, si ha un improvviso sollevamento della pressione di inspirazione, che può salire addirittura a valori positivi, tali cioè da permettere al flusso d’aria inspirato di sostenersi autonomamente. Questa porzione di grafico è rappresentata da una area in rosso, il cui valore massimo è raggiunto nel punto D.  La pressione in questo punto è detta pressione di inspirazione positiva, e non può superare i 5 mB, in accordo alla la normativa.  

Il ciclo inspiratorio continua richiudendosi nel punto E, punto di inizio dell’espirazione. Ora il flusso di gas si inverte, il grafico è percorso da sinistra a destra, e la pressione diviene positiva, raggiungendo il suo valore massimo nel punto F. La max pressione di espirazione è di +25 mB.   Durante questa fase, l’area sottesa di color azzurro chiaro è pari al lavoro espiratorio.   Il ciclo termina con il ritorno al punto A, dopo aver espirato i 2,5 litri precedentemente inspirati, con la pressione che torna nulla e la valvola interna che si chiude, pronti per un nuovo ciclo. Il più importante tra i parametri prestazionali è il lavoro  respiratorio, (external work of breathing – WOB), sintesi dello sforzo totale da compiere per effettuare un intero ciclo respiratorio nelle condizioni standard del test.   Si tratta in pratica dell’area totale contornata dal diagramma della pressione.  E’ un dato che non dovrebbe mai mancare tra le caratteristiche tecniche disponibili di un erogatore. I risultati dei test su moderni erogatori ricadono largamente all’interno dei limiti specificati dalla direttiva europea.  Per giudicare le prestazioni di un moderno secondo stadio di erogazione è utile confrontare i risultati dei test con una scala suddivisa in fasce di qualità, come mostrato nella prossima tabella.  Essa è basata su un giudizio di merito sintetico di alcuni parametri fondamentali, misurati nelle condizioni stabilite dalla norma EN 250:2000.

Parametri di  valutazione degli erogatori  (test 62.5 RMV @ 165 fsw)

Naturalmente un erogatore non è buono in assoluto, ma in relazione al compito che deve svolgere. Quindi un buon erogatore è quello che offre prestazioni ottime alla profondità alla quale intendiamo usarlo. Per immersioni fino al limite operativo dell’aria, diciamo poco oltre i 50 mt di profondità, sono adeguati erogatori che abbiano un lavoro respiratorio non superiore a 1,5 Joule per litro. La US Navy utilizza un limite più stringente rispetto alla normativa europea: un erogatore è “promosso” se il test il lavoro respiratorio risulta inferiore a 1,37 J/L, in un test condotto in condizioni ambientali maggiormente severe, ovvero:   62,5 RMV @ 198 fsw.   Per scegliere bene un secondo stadio di erogazione bisogna quindi confrontare le caratteristiche tecniche di più erogatori per valutare oggettivamente la macchina che meglio risponde alle nostre esigenze. Molto utile anche l’esame del grafico risultante dalle prove di test con il simulatore, qualora disponibile.  

Ricapitolando, ecco i principali parametri prestazionali sui quali basare il confronto tra erogatori:

Per quanto riguarda la quantità d’aria erogata, un ottimo erogatore può superare i 1800-2000 litri al minuto.  Altri elementi di valutazione, più soggettivi ma altrettanto importanti, sono i seguenti:

Per tutti questi ulteriori parametri la difficoltà di valutazione è dovuta alla soggettività dei giudizi, mentre per tutti i parametri prestazionali descritti in precedenza la valutazione beneficia di un elemento determinante già ricordato: la forza dei numeri. 

Luca Cicali

in anteprima giovani studenti – photo credit andrea mucedola 

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Luca Cicali

ingegnere elettronico e manager d’azienda, è un grande appassionato di subacquea ma non è un professionista del settore. E’ autore di Oltre la curva, un testo di subacquea diventato in breve un best seller per tutti gli appassionati.

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