L’autorespiratore ad ossigeno
Chiunque voglia permanere a lungo in immersione impiega autorespiratori di vario tipo e con diverse caratteristiche a secondo del tipo di immersione e della profondità da raggiungere.
Per l’incursore invece è importante che l’autorespiratore risponda a tre requisiti fondamentali:
- occultezza
- grande autonomia
- silenziosità
L’occultezza è garantita da un autorespiratore che non abbia scarichi; la silenziosità si ottiene, oltre che con la mancanza di scarico, anche con l’adozione di particolari congegni che riducono il rumore prodotto dal deflusso del gas respiratorio.
La grande autonomia è realizzabile con l’impiego di adeguati “serbatoi” caricati di gas compresso.
Tutti questi requisiti sono in possesso degli autorespiratori ad ossigeno a ciclo chiuso utilizzati da tutte le Forze Speciali del mondo.
L’ARO
L’autorespiratore ad ossigeno a ciclo chiuso conosciuto come ARO è costituito da una o più bombole che tramite un raccordo e una speciale valvola, detta by-pass, immettono l’ossigeno di cui sono cariche (generalmente ad una pressione non superiore alle 200 atmosfere) in un sacco di gomma detto “sacco polmone” o “sacco contropolmone”. Dal sacco polmone l’ossigeno passa attraverso un tubo di gomma (detto per la sua forma, tubo corrugato), un rubinetto di metallo (detto a tre vie per via delle tre aperture in comunicazione rispettivamente col boccaglio, con l’atmosfera e con il sacco contropolmone), ed un boccaglio di gomma ed arriva in bocca.
Inversamente, dalla bocca, attraverso la catena sopra descritta, l’ossigeno carico di anidride carbonica proveniente dai polmoni, si riversa nel sacco contropolmone dove, prima di mescolarsi con l’ossigeno puro esistente, viene filtrato in una capsula di rete metallica contenente calce sodata, che ha il compito di assorbire l’anidride carbonica, cioè di depurare il gas espirato.
Il primo studio sulla possibilità di usare l’ossigeno per la respirazione, invece dell’aria, lo si deve ad un italiano: l’abate Felice Fontana (1730 – 1805) il quale poi, in collaborazione col medico olandese Ingen-Housz, costruì anche il primo apparecchio inalatore che era munito di una mascherina per coprire il naso e la bocca.
Fino a quando non si potè praticamente disporre di ossigeno compresso, gli apparecchi di respirazione si limitarono ad avere l’ossigeno racchiuso in un sacco impermeabile che veniva portato sulle spalle; tra il sacco e le prime vie respiratorie veniva interposta una soluzione alcalina per fissare l’anidride carbonica prodotta dalla respirazione (tentativi dell’inglese Hales, del tedesco Voigt, del francese Black, ecc.). tra il 1852 e il 1854 il tedesco Schwann, studiando le possibilità già intraviste dall’abate Fontana, riuscì a costruire il primo apparecchio a ossigeno compresso: era un autorespiratore complicato e nello stesso tempo rudimentale per quanto già dotato di un regolatore per l’erogazione dell’ossigeno; naturalmente aveva autonomia molto limitata.
Nei successivi cinquant’anni, l’apparecchio fu radicalmente trasformato tanto dallo stesso Schwann quanto da altri.
Prendendo le mosse da questi apparecchi, che erano stati concepiti per usi di protezione nell’atmosfera, si giunse alla creazione dell’autorespiratore subacqueo. Dopo lunghi studi ed esperienze per dare un mezzo di salvataggio agli equipaggi dei sottomarini affondati, l’inglese Davis riuscì a costruire, subito dopo la prima guerra mondiale, un respiratore subacqueo che venne poi a più riprese modificato e perfezionato.
Anche l’Italia, naturalmente, ha dato un proficuo apporto a questi studi e per essi il contributo della Pirelli è stato assai ragguardevole specialmente durante l’ultima guerra. Le imprese dei sommozzatori italiani che tanto interessamento e tanta ammirazione hanno suscitato nel mondo e specialmente fra i tecnici di tutte le Marine, devono buona parte della loro riuscita anche all’efficienza degli autorespiratori di cui erano dotati.
Finita la guerra, l’importanza di questi apparecchi, invece di diminuire, è grandemente aumentata per l’intenso fervore dei recuperi marittimi, per i lavori portuali sottomarini, ecc. La maggior durata e la complessità dei lavori da compiere sott’acqua, la necessità di spingersi a maggiori profondità e quindi la necessità di maggior sicurezza, hanno naturalmente richiesto grandi perfezionamenti.
Testo tratto dal manuale dell’Autorespiratore subacqueo ad ossigeno L.S. 901 prodotto dalla Pirelli nel dopoguerra.
Puoi trovare il manuale su: www.therebreathersite.nl
L’autorespiratore ad ossigeno a circuito chiuso fu sviluppato nella Seconda guerra mondiale da Angelo Belloni su incarico della Decima Flottiglia MAS. Belloni realizzò il suo primo autorespiratore modificando il “Davis”, un apparecchio utilizzato per la fuoriuscita del personale da un sommergibile sinistrato. Realizzato dalla società I.A.C. di Tivoli, una consociata della Pirelli con la quale Belloni collaborava, nel 1935 fu approntato l’ARO modello 49, e successivamente, nel 1936 il modello 49/bis con il quale gli operatori della Decima affrontarono la flotta inglese allo scoppio della Seconda guerra mondiale. A conflitto inoltrato, ceduto ormai il brevetto, iniziarono ad entrare in servizio apparecchi prodotti da altre aziende come Salvas, Pirelli, ecc., come il modello G50 prodotto proprio dalla Pirelli.
Nel dopoguerra Pirelli continuò per un certo numero di anni a produrre autorespiratori come il modello L.S. 901.
Principali componenti di un autorespiratore ad ossigeno
Avvertenza
In questo articolo mi riferirò esclusivamente ad un autorespiratore ad ossigeno a circuito chiuso di tipo “pendolare“, lasciando ad un futuro articolo la descrizione del funzionamento di un autorespiratore ad ossigeno a circuito chiuso di tipo “ciclico“.
Tutte le immagini inserite in questo articolo sono tratte dal manuale dell’autorespiratore L.S. 901 prodotto dalla Pirelli. La descrizione si rifà a tale manuale in quanto malgrado la produzione di questo apparecchio risalga agli anni ’50, il principio di funzionamento è rimasto immutato.
Gruppo bombole
Il gruppo bombole è costituito da due bombole amagnetiche, ognuna della capacità di circa 2 litri, accoppiate per mezzo di 2 staffe. L’ossigeno viene caricato fino alla pressione massima di 200 atmosfere.
Le bombole sono costruite in materiale amagnetico allo scopo di abbattere l’impronta magnetica dell’autorespiratore, ovvero per diminuire il rischio che gli strumenti di rilevazione utilizzati a bordo delle navi possa compromettere l’azione dell’incursore.
Gruppo valvole
Il gruppo valvole è costituito da due valvole collegate tra loro e unite direttamente all’erogatore. Serve ad intercettare il gas contenuto nelle bombole
Gruppo erogatore/by-pass
Il gruppo erogatore/by-pass è un raffinato elemento meccanico destinato ad alimentare il flusso di ossigeno dalle bombole al sacco contro-polmone.
È uno speciale riduttore di pressione che consente l’erogazione dell’ossigeno sia in automatico con flusso costante sia manualmente mediante la manovra di una leva.
L’erogazione del flusso costante dell’ossigeno avviene per mezzo della regolazione di un galletto, i cui spostamenti consentono di ottenere variazioni di flusso da un minimo di mezzo litro ad un massimo di due litri al minuto.
Manovrando invece la leva del by-pass è possibile ottenere un flusso di ossigeno “a comando”, ovvero nella quantità desiderata dall’operatore.
È possibile agire sul by-pass per ottenere un supplemento di ossigeno anche quando è in funzione l’erogazione automatica.
Sacco contropolmone
È di robusto tessuto gommato. La membrana anteriore di gomma molto elastica ha un foro per l’introduzione della cartuccia di purificazione. Nella parte posteriore il sacco è munito di rinforzi di tessuto gommato che termina con due anelli per il sostegno delle bombole. Due cinturini laterali servono a fissare il sacco alla cintura e due fibbie servono a fissarlo al giogo.
Il sacco polmone, oltre a contenere la cartuccia di purificazione assolve altre tre importanti funzioni.
- Grazie alla sua elasticità, il sacco polmone si comporta come il secondo stadio di un erogatore ad aria: facilita la respirazione riducendo ulteriormente la pressione dell’ossigeno proveniente dal by-pass fino ad equilibrarla con la pressione esterna alla quota in cui si trova l’operatore;
- Immettendo la giusta quantità di ossigeno nel sacco, un operatore esperto riesce a “stabilizzarsi” alla quota voluta evitando così continue e dispendiose variazioni di quota;
- In situazioni di emergenza il sacco può essere gonfiato in modo da poter risalire velocemente in superficie. Raggiunta la superficie il sacco gonfio può essere utilizzato come una sorta di salvagente per agevolare il galleggiamento dell’operatore.
Cartuccia di purificazione
È costituita da un cilindro metallico di tipo radiale contenente la calce sodata in granuli. Nella parte esterna ed interna del cilindro è presente una fine rete metallica che ha il compito di trattenere i granuli di calce sodata e agevolare il passaggio del gas respiratorio.
La calce sodata assolve l’indispensabile compito di assorbire l’anidride carbonica prodotta dalla respirazione. Prima di essere immessa nella cartuccia di purificazione, la calce sodata deve essere filtrata con un apposito setaccio per eliminare la polvere di calce venutasi a formare a causa della rottura dei granuli.
Rubinetto a tre vie, tubo corrugato e boccaglio
Il rubinetto a tre vie è costituito da:
- un corpo con tre aperture in comunicazione rispettivamente col boccaglio, con l’atmosfera e con il sacco contropolmone
- un maschio con tre aperture, le quali consentono, mediante la manovra dell’apposito volantino la comunicazione tra boccaglio/atmosfera o boccaglio/sacco contropolmone.
Il tubo corrugato è un tubo di gomma con una serie di spire che consentono un’ottima flessibilità. Il tubo corrugato raccorda il rubinetto a tre vie con il sacco contropolmone.
La gomma igienica del boccaglio non lascia sapore sgradevole. Il boccaglio è fornito di due piolini sempre in gomma che vanno stretti fra i denti per assicurare la tenuta.
Un autorespiratore ad ossigeno a ciclo chiuso è, tutto sommato, un apparecchio semplice, sia nella sua costruzione sia nell’impiego.
Ma questa semplicità non deve trarre in inganno: l’ARO ha bisogno di cure e di rispetto, perché se non viene trattato con i “guanti” è un’apparecchio che può facilmente provocare gravi incidenti. Tralasciando i problemi dovuti a rotture meccaniche e i problemi legati all’utilizzo di ossigeno in pressione alle alte profondità, vediamo brevemente la più importante cura a cui dobbiamo sottoporre il nostro autorespiratore ad ossigeno.
Il lavaggio
Per poter svolgere impeccabilmente il proprio lavoro, l’ARO ha bisogno di ossigeno puro al 100%. Come abbiamo visto più sopra, la mandata di ossigeno puro ai polmoni proveniente dall’autorespiratore è assicurata dal caricamento, ad alta pressione, del prezioso gas nelle bombole, ma tutto questo non è sufficiente: prima di iniziare una immersione deve essere assicurato che l’intero “circuito respiratorio” sia stato opportunamente “lavato” dalla presenza di qualsiasi altro tipo di gas, ovvero, è assolutamente indispensabile “ripulire” il “circuito respiratorio” dalla presenza di aria atmosferica, pena un grave incidente che può portare, come detto, alla morte.
Ma cosa si intende con “circuito respiratorio”? Per “circuito respiratorio” intendo l’intero percorso che l’ossigeno compie partendo dalla bombola fino ai polmoni e ritorno.
Val da se, quindi, che quando si parla di “lavaggio del circuito respiratorio” si intende l’operazione di eliminazione dell’aria atmosferica sia dall’autorespiratore sia dalle vie aeree: si parla quindi di “lavaggio dell’autorespiratore” e di “lavaggio polmonare“, operazioni che servono a sostituire l’aria atmosferica presente nelle vie respiratorie e nel sacco contro-polmone con l’ossigeno puro.
Questa azione è la base fondamentale per qualsiasi utilizzo dell’ARO.
Perché è necessario il lavaggio del circuito respiratorio
La necessità del lavaggio del “circuito respiratorio” scaturisce dal funzionamento dell’autorespiratore: poiché l’aria atmosferica è costituita in buona parte da azoto (gas inerte che non viene consumato durante la respirazione, né viene assorbito dalla calce sodata), se non venisse eseguito il lavaggio la quantità di azoto in circolazione, tra quello contenuto nel sacco polmone e quello contenuto nelle vie respiratorie, restando sempre inalterato, ci porterebbe in breve tempo a consumare tutto l’ossigeno presente e a respirare esclusivamente azoto. Nella maggior parte dei casi, purtroppo, la respirazione dell’azoto non scatena chiari sintomi premonitori che possano allarmare l’operatore. Le conseguenze? La mancanza di ossigeno provoca una reazione da parte del cervello che si “spegne” letteralmente nel vano tentativo di ridurne il consumo. Se il subacqueo non viene immediatamente soccorso, ne consegue la morte per asfissia.
L’aria che respiriamo è composta di ossigeno e di azoto, con una quantità di vapore acqueo, di anidride carbonica e di pulviscolo atmosferico che variano con il variare delle condizioni ambientali, nonché di tracce minime di altri gas.
La composizione può essere così espressa:
- ossigeno: 20,95%
- azoto: 79,02%
- anidride carbonica: 3-4%
La tecnica di lavaggio del circuito respiratorio
Dopo aver aperto i volantini delle bombole, indossato l’autorespiratore e calzato il mascherino (il mascherino va calzato per precludere l’ingresso dell’aria dalle vie nasali. Gli operatori più esperti, quando l’immersione non è immediata, sono in grado di mettere in atto la procedura appresso descritta anche senza indossare il mascherino) si agisce sul by-pass per gonfiare il sacco contro-polmone. Fatto questo, si aspira a pieni polmoni il gas contenuto nel sacco polmone e, dopo aver smistato il rubinetto a tre vie su “atmosfera”, si espira svuotando completamente i polmoni. Con i polmoni vuoti si agisce di nuovo sul rubinetto a tre vie smistandolo sul sacco polmone e si ripete la procedura fino ad essiccare completamente il contenuto del sacco. Quindi si immette nuovo ossigeno dalle bombole e si ripete nuovamente il lavaggio. Se l’operatore deve immergersi immediatamente, l’azione del lavaggio dell’autorespiratore deve terminare con il lavaggio dei polmoni, ovvero dopo aver completato per la seconda volta il lavaggio dell’autorespiratore, si immette nuovo ossigeno nel sacco e si inspira facendo attenzione a espirare dal naso. Questa procedura si effettua per due volte. In questo modo, oltre a completare la procedura di lavaggio del sacco e dei polmoni si elimina anche la poca aria atmosferica contenuta nel mascherino.
L’autonomia di un autorespiratore con bombole di ossigeno caricate a 200 atmosfere è di circa 4 ore.
Tuttavia non è possibile stabilire con esattezza l’autonomia in quanto essa dipende dall’operatore che utilizza l’apparecchio, dal genere di lavoro che sta svolgendo e dalla frequenza degli sbalzi di quota.
Contrariamente a quanto si possa pensare, l’autonomia di un ARO non è determinata dalla capacità delle bombole o dalla pressione massima a cui queste possono essere caricate. Se così fosse infatti basterebbe, ad esempio, aumentare le dimensioni delle bombole per ottenere un notevolmente incremento dell’autonomia dell’apparecchio.
La reale autonomia di un ARO è determinata dalla calce sodata.
La quantità di ossigeno consumato nel corso della respirazione non è costante, ma dipende dalla costituzione dell’individuo e dal genere di lavoro che egli compie. La tabella che segue, senza avere la pretesa di fissare dati in termini precisi ma solo per offrire un punto di riferimento sufficientemente pratico, riporta dati di consumo in funzione del lavoro che si sta svolgendo:
Questa infatti soffre di alcune importanti limitazioni:
- se bagnata la capacità di trattenere l’anidride carbonica decade drasticamente fino ad annullarsi. Piccole infiltrazioni d’acqua attraverso il sacco contropolmone, la salivazione o la stessa umidità della respirazione riescono, in un arco di tempo variabile, a far decadere le capacità della calce sodata.
- Saturazione: la capacità della calce sodata di trattenere l’anidride carbonica non è infinita. Con il trascorrere del tempo e dell’uso la calce lavora saturandosi sempre più di anidride carbonica, fino a perdere completamente la capacità di filtrare il pericoloso gas.
La reale autonomia di un ARO dipende quindi essenzialmente dalla calce sodata.
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© 2024, Mauro #669. Tutti i diritti riservati. Chi volesse utilizzare in tutto o in parte il testo e/o le foto di questo post, deve inserire il link al post originale!
Grazie per la condivisione, l’approfondimento tecnico è davvero di grande interesse; mi ha particolarmente colpito il “lavaggio del circuito respiratorio” che, da subacqueo in circuito aperto, non avevo minimamente considerato.
L’ennesima conferma del genio e dell’ardore!
Con stima