Differenze tra Iniettori MAV e Rebreather: Un'Analisi Approfondita dei Sistemi di Respirazione Subacquea

Il mondo delle immersioni subacquee è in costante evoluzione, e la tecnologia dei sistemi di respirazione gioca un ruolo cruciale nell'espansione dei limiti esplorativi e nella sicurezza dei subacquei. Per comprendere appieno le sfumature dei moderni apparecchi, è fondamentale fare un passo indietro e analizzare come funzionano le attrezzature scuba tradizionali. Quasi tutti gli autorespiratori utilizzati dai subacquei ricreativi rientrano nella categoria degli "autorespiratori a circuito aperto", caratterizzati dallo scarto del gas espirato sotto forma di bolle ad ogni respiro. Questo approccio, sebbene semplice e affidabile, comporta un notevole spreco: un essere umano utilizza all'incirca solo il 5% dell'ossigeno inspirato rispetto al 21% presente nell'aria, con il restante 16% che viene disperso nell'acqua.

In questo contesto, emerge il rebreather, un sistema di respirazione a ricircolo di gas che permette all'utilizzatore di trattenere, pulire e riutilizzare tutto o parte del gas espirato, in particolare l'ossigeno non utilizzato. Questo sistema offre vantaggi significativi rispetto alle tradizionali bombole, come l'eliminazione delle bolle d'aria, l'aumento dell'efficienza nell'utilizzo del gas e un approccio non invasivo alla vita marina grazie all'assenza di rumore. L'autonomia in immersione si allunga notevolmente, indipendentemente dalla profondità, con alcuni CCR che hanno dimostrato di fornire autonomie altrimenti raggiungibili solo con l'impiego di 40 bombole da 11 litri. Tuttavia, i rebreather presentano anche svantaggi, tra cui un costo iniziale elevato e una maggiore complessità del sistema che richiede una formazione specifica.

La Struttura Fondamentale di un Rebreather

Indipendentemente dalla tipologia, un rebreather è composto da elementi chiave che ne garantiscono il funzionamento:

• Boccaglio/DSV (Dive Surface Valve): Il suo scopo è quello di separare la respirazione dal circuito chiuso all'ambiente circostante.
• Sacco Polmone (o Contropolmone): Un sacchetto morbido (o due, a seconda dei modelli) che funge da vaso di espansione, capace di farsi condizionare dalla pressione circostante in modo da garantire la respirazione.
• Filtro a CO2 (Scrubber): All’interno del circuito è presente uno speciale filtro ad assorbimento che permette di fissare l’anidride carbonica prodotta dal corpo umano ad ogni respiro.
• Sensori dell'Ossigeno: Vengono utilizzati per conoscere il tenore dell'ossigeno presente nel circuito di respirazione. Nei CCR, ad esempio, sono essenziali per il monitoraggio continuo.
• Bombole del Gas: Nei CCR si utilizzano due bombole: una contenente Ossigeno puro e l'altra contenente un diluente (aria per le immersioni ricreative o trimix per le immersioni tecniche) per "diluire" l'ossigeno, poiché non è possibile respirare ossigeno puro in profondità.

Una volta che il gas è stato purificato dalla CO2, è necessario ripristinare l'ossigeno consumato dal metabolismo del subacqueo. Il diluente, inoltre, viene utilizzato per ripristinare il volume respiratorio all'interno del loop.

Categorie di Rebreather: Dal Semplice al Complesso

Per i subacquei che si avvicinano al mondo dei rebreather o per chi già li utilizza, è fondamentale conoscere i principi di funzionamento dei diversi tipi. Non esiste un solo rebreather, ma diverse tipologie fondamentalmente diverse di Closed-Circuit Rebreather (CCR) e Semi-Closed Circuit Rebreather (SCR). Ciascuno di questi dispositivi rappresenta una prova dell'ingegno umano, con i propri punti di forza e di debolezza. Concentriamoci su una comprensione di base dei diversi principi, dal più semplice al più complesso, per trarne vantaggi e svantaggi.

O2 CCR (Rebreather a Circuito Chiuso di Ossigeno)

Il circuito chiuso ad ossigeno è il primo autorespiratore indipendente in assoluto, ingegnosamente semplice. Per costruirlo bastano una fonte di ossigeno, iniettato nel circuito tramite una valvola a domanda o un ugello a flusso costante, e uno scrubber di anidride carbonica. Uno o due contropolmoni e un boccaglio con valvole direzionali completano il sistema. Questo dispositivo può funzionare senza alcuna elettronica, in quanto il contenuto di ossigeno nel loop sarà sempre molto alto se il dispositivo è ben lavato con ossigeno in superficie.

L'assenza completa di bolle, la semplicità e la compattezza lo rendono ideale per i subacquei militari e i nuotatori da combattimento che devono rimanere inosservati. La massima compattezza e la costruzione molto leggera lo rendono facile da trasportare. Tuttavia, l'immersione ricreativa con un CCR di ossigeno è purtroppo limitata a una profondità massima di 6 metri a causa della tossicità dell'ossigeno.

• Vantaggi: Massima efficienza del gas, massima semplicità di progettazione, peso minimo, operazione semplice, non richiede soste di decompressione, nessuna elettronica richiesta.
• Svantaggi: Non può essere utilizzato a una profondità superiore a 6 metri.

SCR (Rebreather a Circuito Semichiuso)

Per immersioni oltre i 6 metri, è necessario diluire l'ossigeno. L'SCR utilizza un principio simile al CCR ad ossigeno, ma al posto dell'ossigeno viene iniettato NITROX nel circuito attraverso un ugello a flusso costante. Poiché l'ossigeno viene metabolizzato, ma l'azoto no, l'azoto in costante aumento nel Nitrox deve essere eliminato scaricando parte del gas fuori dal circuito, da cui il termine "circuito semichiuso". La semplicità del design è preservata, ma la possibilità di scendere più in profondità porta a un consumo di gas maggiore.

Il consumo variabile di ossigeno nel subacqueo comporta una composizione del gas variabile nel circuito respiratorio. Più consumo significa meno ossigeno e, di conseguenza, la necessità di una decompressione più lunga. La PO2 varia naturalmente con la profondità, rendendo difficile ottenere la miscela migliore. Senza un sensore di ossigeno collegato, il subacqueo non può essere sicuro di ciò che sta respirando e deve calcolare la decompressione basandosi sugli scenari peggiori. Nonostante questi inconvenienti, il Constant Flow SCR è molto semplice da utilizzare, motivo per cui questo principio è stato impiegato nei primi rebreather ricreativi. Un SCR è di fatto un "moltiplicatore" di gas, che permette di aumentare l'autonomia del sistema.

• Vantaggi: Massima efficienza del gas, semplicità di progettazione, applicabile alle profondità ricreative, con un po' di autodisciplina non richiede elettronica di monitoraggio ossigeno.
• Svantaggi: Frazione di ossigeno instabile e incerta nel circuito respiratorio, efficienza del consumo di gas più bassa di tutti i rebreather.

PSCR (Rebreather a Circuito Semichiuso ad Addizione Passiva)

Negli anni '80 è stata sviluppata una soluzione per coloro che necessitavano di risparmiare più gas possibile senza l'ausilio dell'elettronica: il circuito semichiuso passivo. Il termine "passivo" indica che la miscela non fluisce nel circuito respiratorio con un flusso costante, ma viene iniettata da un ingegnoso meccanismo ogni X respiro, solitamente ogni ottavo o nono respiro.

Il "respiro keying" funziona dirigendo l'espirazione del subacqueo, attraverso un filtro di CO2, in parte in un grande contropolmone a forma di soffietto e in parte in un piccolo contropolmone posto all'interno di quello grande. Una valvola unidirezionale separa i due contropolmoni. Quando il subacqueo inspira, il piccolo contropolmone si restringe, scaricando parte del gas nell'ambiente circostante. Entrambi i contropolmoni si restringono gradualmente fino a collassare, a quel punto la valvola di domanda si apre per fornire al subacqueo una miscela completamente fresca. Il rapporto tra i respiri dal circuito chiuso e l'aggiunta di gas fresco è determinato dai volumi dei due contropolmoni, spesso 8:1 o 9:1.

Questo sistema è molto intelligente e completamente meccanico, senza necessità di elettronica. È stato ed è ancora utilizzato per lunghe e difficili esplorazioni in grotta anche a grandi profondità. Tuttavia, il rapporto di miscelazione nel circuito e la pressione parziale dell'ossigeno sono molto instabili e sempre leggermente inferiori al contenuto di ossigeno della bombola di alimentazione. Il grande svantaggio è l'inefficienza della decompressione, poiché si respira sempre un gas peggiore rispetto a un circuito aperto, e la PO2 cambia con la profondità e la respirazione. Il lavoro respiratorio è spesso scarso a causa della distanza del contropolmone dai polmoni del subacqueo.

• Vantaggi: Semplicità di principio, nessuna elettronica richiesta, durabilità della costruzione, ampia gamma di profondità.
• Svantaggi: Il consumo di gas aumenta in diretta proporzionale alla pressione ambiente, decompressione generalmente più lunga che con OCL, lavoro di respirazione molto scarso, contenuto di ossigeno instabile nel circuito.

ECCR (Rebreather a Circuito Chiuso a Controllo Elettronico)

Per superare gli svantaggi dei circuiti semichiusi, dove il processo di consumo e decompressione del gas non è molto efficiente, si utilizza un circuito completamente chiuso, simile al circuito ad ossigeno. Per le immersioni profonde, l'ossigeno viene diluito con un gas inerte (azoto, elio), che può essere aria, trimix o eliox. L'ossigeno viene iniettato nel circuito per mezzo di un solenoide (valvola a controllo elettromagnetico). Il computer valuta la quantità di ossigeno da iniettare basandosi sulle informazioni provenienti dai sensori di ossigeno, che reagiscono alla pressione parziale modificando la corrente elettrica.

Il gas viene diluito durante la discesa dal suddetto gas diluente, iniettato da una valvola (meccanica) automatica o manuale. Il computer regola l'ossigeno consumato su un livello di pressione parziale di ossigeno preimpostato (setpoint), ed è per questo che è indicato anche come CCR a PO2 costante. Questo assicura che il subacqueo riceva sempre la miscela migliore a qualsiasi profondità, massimizzando l'efficienza del consumo di gas e riducendo al minimo la decompressione. Nonostante tutti i vantaggi e la comodità dell'elettronica, il punto vulnerabile di tali dispositivi tende ad essere i componenti elettronici difettosi, in particolare i sensori di ossigeno. I sensori dell'ossigeno vengono utilizzati per conoscere il tenore dell'ossigeno presente nel circuito di respirazione, e alla voce "signal output" si ha 9-14mV. Quel dato significa che la ppO2 misurata nel range 0-100% sarà sempre e comunque mappata in quel range di tensione. Questo è ciò che tipicamente si fa con i classici analizzatori di spettro portatili: si aspira aria e si indica il 21% girando la rotellina, che altro non è che una resistenza variabile, se l'uscita del sensore è analogica.

• Vantaggi: Massima efficienza del gas, decompressione minima, pressione parziale di ossigeno nel circuito costante e nota, ampia gamma di profondità massima raggiungibile.
• Svantaggi: L'elettronica può fallire, complessità delle apparecchiature.

MCCR (Rebreather a Circuito Chiuso Meccanico)

La tendenza a evitare a tutti i costi l'elettronica, pur godendo dei vantaggi di un circuito completamente chiuso, come il massimo risparmio di gas e la minima decompressione, ha portato alla progettazione del CCR meccanico (mCCR). Questo è stato ottenuto mantenendo il design dell'eCCR ma iniettando ossigeno attraverso un flusso di massa costante anziché un solenoide. Il flusso di ossigeno è generato da un ugello collegato a una pressione intermedia costante, ottenuta bloccando la parte del primo stadio del regolatore di ossigeno che registra la pressione ambiente. In questo modo, la pressione ambiente non influisce sulla pressione intermedia e il flusso di ossigeno attraverso l'ugello diminuisce all'aumentare della pressione ambiente e della densità del gas. Tuttavia, la quantità di molecole di ossigeno che passano attraverso l'ugello è indipendente dalla profondità, influenzando la PO2 allo stesso modo.

Per evitare un eccessivo accumulo di ossigeno nel circuito respiratorio, la portata di ossigeno deve essere impostata a un livello inferiore al consumo metabolico del subacqueo, rendendo necessaria l'iniezione manuale di ossigeno. I sensori misurano l'ossigeno come nell'eCCR, ma il monitoraggio e il controllo sono affidati al cervello umano, che è fallibile e facilmente distraibile. La mancata aggiunta di ossigeno, soprattutto durante la risalita, avrebbe conseguenze fatali. Un primo stadio dell'ossigeno che non legge la pressione esterna è una soluzione intelligente, ma presenta uno svantaggio: quando la pressione intermedia si equalizza con la pressione ambiente, l'ossigeno smette del tutto di fluire, e non è possibile utilizzare iniettori manuali separati.

• Vantaggi: Massima efficienza del consumo di gas, decompressione minima.
• Svantaggi: Aumento della possibilità di errore umano (fattore umano), limitazione di profondità.

Iniettori MAV (Manual Addition Valve) e le Loro Funzioni

Gli iniettori MAV, o Manual Addition Valve, sono valvole di aggiunta manuale dei gas, essenziali in tutti i tipi di rebreather, sia elettronici che meccanici. La loro funzione è critica per la sicurezza e il controllo del subacqueo sul circuito respiratorio.

Nei rebreather CCR, sia elettronici che meccanici, l'ossigeno viene aggiunto nel circuito respiratorio per compensare il consumo metabolico del subacqueo. Mentre gli eCCR utilizzano un solenoide controllato elettronicamente per l'aggiunta automatica di ossigeno basata sulle letture dei sensori, in entrambi i sistemi è presente una MAV ossigeno. Questa valvola permette al subacqueo di aggiungere ossigeno manualmente in caso di malfunzionamento del sistema automatico o per un controllo più preciso in determinate situazioni.

Analogamente, per il diluente, sia negli eCCR che negli mCCR, esiste una valvola di aggiunta manuale del diluente (MAV diluente). Questa è cruciale per ripristinare il volume respiratorio all'interno del loop, specialmente durante la discesa, quando l'aumento della pressione ambiente riduce il volume dei gas nel circuito. Sebbene gli eCCR possano avere una valvola diluente automatica, la MAV manuale fornisce un'importante ridondanza e controllo diretto da parte del subacqueo.

Nei rebreather SCR, dove il gas viene riciclato parzialmente, la MAV diluente è presente per garantire che il volume di gas nel sacco polmone sia sempre adeguato per una respirazione confortevole. Anche nei sistemi O2 CCR, può essere presente una MAV ossigeno, sebbene la natura del circuito (solo ossigeno) riduca la complessità della gestione del gas.

L'affidabilità e la facilità di utilizzo della MAV sono quindi aspetti fondamentali nella progettazione di un rebreather. Deve essere facile da trovare e comoda da azionare anche con guanti spessi, garantendo che il subacqueo possa intervenire rapidamente per regolare la miscela di gas nel circuito.

Esempi di Rebreather sul Mercato e le Loro Peculiarità

Il mercato dei rebreather ha visto l'emergere di diversi modelli, ciascuno con caratteristiche uniche che rispondono a esigenze specifiche dei subacquei.

JJ-CCR

Il JJ-CCR è un rebreather molto popolare tra i subacquei CCR, particolarmente apprezzato per la sua robustezza e affidabilità. È noto per essere uno dei rebreather più pesanti sul mercato, ma il suo design è studiato per distribuire uniformemente il peso sulla schiena e sui glutei del subacqueo, migliorando il comfort in immersione.

I suoi pregi principali risiedono nella sua costruzione e funzionamento, rendendolo adatto a immersioni tecniche profonde, fino a 100 metri con diluente a base di elio. È stato certificato anche fino a 100 metri con diluente a base di elio, rendendolo una scelta affidabile per l'immersione tecnica. Il display per la PPO2 di Shearwater Research e il NERD 2 sono componenti spesso associati a questo modello, migliorando la visualizzazione delle informazioni.

Il JJ-CCR viene fornito con un kit standard che comprende:

• Computer Shearwater Research Petrel 2 con algoritmo CCR / Circuito aperto e cavo di integrazione del sensore.
• Head-Up Display (HUD) con batteria indipendente da quella del computer, per il funzionamento dell'HUD.
• Due sensori di ossigeno con cavo coassiale solidale di marca JJ-CCR.
• Due bombole da 3 litri complete di rubinetteria, adatte per Ossigeno e diluente.
• Un assorbente della CO2 che ha una durata dichiarata di circa 3 ore per temperature dell'acqua superiori a 15°C. Un contenitore dell'assorbente della CO2 può in genere essere utilizzato per diverse immersioni, ma non si deve superare la sua durata dichiarata.

rEvo

Il rebreather rEvo, un prodotto del gruppo HTM Mares, è un altro modello molto diffuso, con migliaia di unità presenti in tutto il mondo. Il suo design è incentrato sulla robustezza e la stabilità, sebbene alcuni possano trovarlo meno "elegante" di altri modelli più piccoli e leggeri.

Il rEvo è disponibile in tre diverse dimensioni: Standard, Mini e Micro. Il modello automatico "rEvo III Micro" è una variante del rEvo. Caratteristiche distintive del rEvo includono:

• Testa del rebreather: Mantiene il DSV (Dive Surface Valve) in bocca, una caratteristica che può essere apprezzata da alcuni subacquei.
• Contropolmoni laterali: Questo design migliora il lavoro dei contropolmoni e la respirazione del subacqueo. I contropolmoni in un unico senso, uno inspiratorio e uno espiratorio, sono analizzati dai sensori di ossigeno. Questo design è una scelta specifica del fabbricante, non adeguata e sufficiente per altre configurazioni.
• Certificazione: Il rEvo è certificato fino a una profondità di 100 metri, rendendolo adatto per immersioni tecniche profonde.
• Display: È dotato di display digitale e HUD (Head-Up Display), con il boccaglio posizionato davanti agli occhi del subacqueo, fornendo informazioni su profondità/tempo e stato di decompressione ridondanti.
• Bombola di emergenza: La possibilità di installare le bombole recuperate alla destinazione facilita il trasporto di attrezzature supplementari.

Una delle sue principali caratteristiche è la trasmissione dati digitale. Le ridotte dimensioni del rEvo sulle spalle sono spesso apprezzate, nonostante il suo costo sia talvolta superiore ad altre unità. Un rEvo tipicamente ha tre sensori per la PPO2; di questi, uno è collegato all'elettronica primaria, gli altri due sono collegati all'elettronica secondaria. La durata dell'assorbente della CO2 è di circa 6 ore in specifiche condizioni di immersione, per temperature dell'acqua superiori a 15°C. Il contenitore dell'assorbente della CO2 in genere può essere utilizzato per diverse immersioni.

Sentinel CCR

Il Sentinel CCR ha guadagnato popolarità negli ultimi tempi, specialmente tra i subacquei CCR. È conosciuto per avere gli sforzi respiratori più bassi del mercato, il che contribuisce a un miglioramento del lavoro respiratorio. Questo lo rende una scelta confortevole per lunghe immersioni.

Il Sentinel è certificato fino a 100 metri con diluente a base di elio, rendendolo adatto per l'immersione tecnica. Una delle sue caratteristiche distintive è la versatilità, che permette un utilizzo come rebreather di backup. Inoltre, la sua elettronica è tollerante ai guasti.

Considerazioni Pratiche sull'Acquisto e l'Utilizzo di un Rebreather

Acquistare un rebreather per l'attività subacquea è un investimento non indifferente. Il costo iniziale di un sistema rebreather può essere elevato rispetto alle bombole di ossigeno tradizionali. È consigliabile provare la macchina prima di acquistarla.

Il peso del rebreather può variare considerevolmente, da circa 9 kg a 35 kg a seconda dei modelli, il che può influire sulla logistica del trasporto. Questo è un aspetto da considerare attentamente, specialmente se si prevede di viaggiare in aereo, poiché il rebreather potrebbe richiedere un bagaglio a parte e le bombole potrebbero essere sequestrate dalle compagnie aeree se non conformi alle normative.

La manutenzione di un rebreather è un aspetto cruciale. Un rebreather richiede molto tempo per la manutenzione, che può essere piuttosto costosa e delicata. Ogni anno, ad esempio, sono previsti costi di manutenzione ordinaria di circa 300 €, escludendo la sostituzione di componenti come O-ring e sensori di ossigeno con attacco Molex. L'assorbente della CO2 deve essere sostituito regolarmente, con una durata di fabbrica di cinque anni per i sensori.

La domanda su quale sia il miglior rebreather è difficile da rispondere. Non esiste un "miglior" rebreather in assoluto, ma modelli più o meno adatti alle proprie esigenze. La scelta dipende da fattori come il tipo di immersioni previste (ricreative, tecniche, esplorative), la profondità massima desiderata, il budget e le preferenze personali riguardo alla complessità e al peso del sistema.

Infine, è fondamentale sottolineare che un rebreather è un sistema più complesso rispetto alle bombole di ossigeno tradizionali. Richiede una formazione specifica e l'apprendimento di nuove abilità e procedure. Non è adeguato e sufficiente acquistare un rebreather preventivamente finché non si sarà stati correttamente addestrati con un corso specifico. Questo è un investimento preventivo costoso ma necessario per la sicurezza del subacqueo.

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