La bombola subacquea è il contenitore ad alta pressione preposto al trasporto sott'acqua della riserva di gas respirabile necessario per la respirazione durante un'immersione. Nella maggior parte dei casi questo gas è aria, ma ormai sempre più spesso si utilizzano gas puri, miscele binarie o ternarie che più generalmente vengono classificate solo come gas.
Nella storia dei recipienti in pressione c'è stata una notevole evoluzione e ciò è dovuto alla miglior qualità dei processi di estrusione del metallo in fase di costruzione ed alla miglior qualità dei metalli stessi che hanno visto ridurre gli spessori dei contenitori ed aumentare le pressioni di esercizio. In particolare le pressioni sono passate da circa 100 bar nominali degli anni quaranta ai 150 bar degli anni settanta, ai 200 bar degli anni ottanta.
È formata da una bottiglia cilindrica in acciaio o alluminio con una strozzatura detta collo e da una rubinetteria, fissata al collo, per la regolazione del flusso dell'aria. Il fondo può essere arrotondato, ed in questo caso necessita di un fondello in plastica per rimanere in piedi durante l'assemblaggio del gruppo ARA (Autorespiratore ad aria: il "sistema" bombola, erogatore e relativo manometro di misurazione), oppure piatto (quest'ultimo in genere solo sulle bombole di alluminio).
Le dimensioni più comuni sono quelle da 0,85, 3, 5, 7, 10, 12, 15, 18 e 20 litri ma in alcuni casi due o più bombole possono essere assemblate in uno o più circuiti d'aria in modo da ottenere capacità superiori.
Moltiplicando il volume interno della bombola (in litri) per la pressione di ricarica (in atmosfere) si ottiene la capacità complessiva di gas respirabile. Una bombola da 15 litri, che venga caricata a 200 atmosfere, avrà quindi una capacità totale di 3.000 litri.
C'è però da osservare che l'aria, oltre i 100 bar, non si comporta più come un gas perfetto e già a 200 bar c'è un difetto di circa il 10%. Per cui, una bombola da 10 lt riempita a 200 bar ha in realtà 1900 lt di aria circa e non 2000. Questo difetto aumenta all'aumentare della pressione e quindi, laddove il calcolo esatto dell'autonomia rappresenti un fattore di sicurezza ineludibile, s'applicheranno dei parametri correttivi per conoscere esattamente la quantità di gas disponibile.
A causa dei materiali utilizzati e, soprattutto, delle pressioni a cui sono sottoposte, le bombole vanno collaudate presso appositi centri autorizzati a scadenza che varia a seconda dello stato in cui verranno utilizzate. Durante il collaudo viene controllata la corrosione interna ed esterna e la resistenza ad una pressione più alta di quella normale (chiamata pressione di collaudo che varia tra i 300 e i 430 bar).
In Italia questi controlli devono essere effettuati dopo 4 anni dalla data di costruzione e in seguito ogni due anni. Il controllo viene effettuato riempiendo la bombola di acqua lasciando spazio solo per circa 1 litro d'aria che viene messo in pressione con una pompa a mano dopo che la bombola viene immersa in una vasca d'acqua. Alla massima pressione di collaudo la bombola rimane pressurizzata per circa 1 min per poi venir timbrata con la data di collaudo e se presente un ingegnere dell'INAIL anche con un timbro a "stellina".
La presenza di rubinetterie di vecchia normativa ( 3/4 ) non pregiudica il collaudo della bombola. Se questa non presenta difetti strutturali e supera il collaudo previsto, viene normalmente rimontata la vecchia rubinetteria, opportunamente revisionata e con la sostituzione della guarnizione (o-ring) del collo bombola.
L'aria contenuta nella bombola, e di conseguenza l'autonomia che essa può fornire durante un'immersione subacquea, dipende dalla capacità e dalla pressione di carica della bombola stessa.
In particolare si ha fino alla pressione di circa 250 bar:
VolumeAriaContenuta=CapacitaBombola*PressioneCarica
Dato che, all'aumento della profondità, aumenta anche la quantità di aria respirata dal subacqueo (in quanto utilizzata sempre a pressione ambiente), e assumendo[1] che si consumano circa 20 litri di aria al minuto durante una normale attività, il consumo di aria è pari a
Consumo litri=20*PressioneAmbiente*Tempo
Il tempo di autonomia ad una certa profondità sarà quindi
Autonomia minuti=VolumeAriaContenuta/20*PressioneAmbiente
L'aria utile si ricava sottraendo dall' autonomia totale i litri della riserva e della risalita
La bombola del subacqueo è generalmente caricata con aria compressa. Per immersioni in acque poco profonde (entro i 40 m) le bombole possono essere caricate con il cosiddetto Nitrox, aria che contiene una percentuale maggiore di ossigeno rispetto all'aria che respiriamo (che ne contiene circa il 20,8%), per ridurre gli effetti della narcosi da azoto e aumentare i tempi di fondo. Per scendere oltre i 50 metri si prediligge l'utilizzo di miscele ternarie, la più diffusa poiché commercialmente risulta essere la più economica è chiamata Trimix ovvero, una miscela che è composta da Ossigeno Azoto ed Elio, l'utilizzo di Elio nella miscela respiratoria in piccole percentuali consente grazie alla sua molecola che è 7 volte minore dell'aria di attenuare fortemente l'effetto narcotico dell'azoto. La molecola dell'elio che è minore dell'azoto di circa 7 volte tende a saturare prima e più velocemente i tessuti del nostro corpo per cui, aumentare la percentuale di elio oltre il 30-40% della miscela totale respirata, comporta un peggioramento della decompressione, cioè un suo aumento. L'effetto narcotico dell'azoto viene eliminato completamente se utilizziamo una miscela binaria fatta solo con Elio e Ossigeno chiamata anche Eliox, ma si espone il nostro corpo a problemi di HPNS (sindrome da alta pressione) ed è sconsigliabile se non si effettua immersioni in saturazione cioè con permanenza sul fondo per un tempo non inferiore a 7 giorni.
La pressione parziale (Pp) di Ossigeno, a cui ci si può spingere varia fino ad un Max di 1,6 Ata, dove ogni didattica raccomanda la sua nello specifico. È utile sapere che la fascia da 1,6 a 2,5 Ata è utilizzata da Operatori Subacquei che hanno un gran consumo di ossigeno e riescono a gestire in tal modo sforzi fisici e affaticamento durante immersioni per lavoro molto profonde (fino a 250 m); oltre i 2,5 Ata e fino a 3,5 Ata è una somministrazione ossigeno che rimane solo nel campo medico in camera iperbarica.
La rubinetteria viene montata sulla bombola grazie ad un filetto che per legge deve essere di tipo MA 25x2 e può avere uno o due rubinetti per l'erogazione del gas, l'aggancio degli erogatori al rubinetto può esser fatto in 2 modi grazie all'attacco DIN o all'attacco INT; il primo è avvitato sul rubinetto e la guarnizione detta O-Ring rimane sull'erogatore, mentre il secondo detto INT o INTERNAZIONALE si effettua grazie ad una staffa che abbracciando il rubinetto stesso crea una tenuta appoggiando l'erogatore al rubinetto. Il secondo presenta 2 O-Ring di tenuta (interno ed esterno) ad un riduttore di attacco che viene montato sulla bombola ed in gergo viene definito "nottolino o caramella". Resta inevitabile che l'aumento degli O.Ring aumenti la possibilità di perdite o di guasti.
Sono meglio le bombole in acciaio o in alluminio?
Rispondere a questa domanda non è per nulla semplice! In ogni caso ognuno può rispondere personalmente dopo aver preso nota delle differenze e dei problemi che questi due diversi tipi di materiale presentano.
Il problema dell’ossidazione
Per le bombole d’acciaio, il processo chimico dell’ossidazione, nel tempo, è pressoché inevitabile.
In una bombola d’acciaio infatti, per quanto protetta da sofisticati processi di verniciatura, l’ossidazione troverà sempre un suo punto d’innesco che nel tempo non mancherà di mostrare i suoi effetti (ruggine).Per aumentare la vita di una bombola di acciaio non è sufficiente però preservarne solo l’esterno, ma vanno effettuate costanti ispezioni anche nell’interno. E’ qui che condensa e umidità aiutate da una buona quantità di ossigeno (bombola carica) riescono più facilmente ad intaccare il metallo.
Uno dei punti nevralgici delle bombole di acciaio è inoltre rappresentato dalla base sferica, che racchiusa nel fondello di gomma, necessario per tenerla in piedi, costituisce uno dei punti di maggior ristagno per l’acqua. Nel tempo il ristagno dell’acqua può intaccare la vernice e dare inizio all’ossidazione del metallo in una zona difficilmente visibile della bombola.
L’ossidazione delle bombole in alluminio pur essendo molto rapida rispetto a quella dell’acciaio costituisce invece una protezione del metallo stesso. L’ossido di alluminio infatti, essendo impermeabile all’ossigeno, una volta formatosi, protegge il materiale sottostante aumentandone la durata. Tale fenomeno di ossidazione dell’alluminio è detto: “passivazione”.
E’ quindi giusto affermare che per ambienti molto umidi, come imbarcazioni da crociera o per usi molto frequenti come quelli che se ne fanno nei Diving Center delle aree tropicali, dove le stesse bombole entrano in acqua anche tre o quattro volte al giorno per circa otto mesi l’anno, è preferibile l’utilizzo di bombole in alluminio.
La corrosione galvanica
E’ quel particolare fenomeno, denominato anche elettrolisi, che causa la parziale dissoluzione di uno dei due metalli che vengono a contatto attraverso una soluzione elettrolitica (acqua marina). Nel nostro caso i metalli in contatto sono quello della bombola (acciaio o alluminio) e quello della rubinetteria (generalmente ottone cromato). Questo fenomeno porta alla possibilità che vi sia nel tempo un deterioramento del metallo della bombola con formazione di piccole cavità o scomparsa di parte dei filetti della bombola stessa.
Il fenomeno può essere riscontrato più facilmente nelle bombole in alluminio che in quelle in acciaio.
Fortunatamente la cromatura delle rubinetterie in ottone ed il rivestimento protettivo delle bombole stesse, insieme ad un adeguato e periodico trattamento, impediscono nella maggior parte dei casi l’instaurarsi di questo fenomeno.
Pesi e dimensioni
E’ certamente a tutti nota la differenza di peso tra acciaio e alluminio, quest’ultimo è, infatti, notevolmente più leggero rispetto al primo (Acciaio Ps=7,85 kg/dm3 Alluminio Ps=2,60 kg/dm3).
Un’altra differenza sta nella diversa resistenza dei due metalli (durezza) ciò fa sì che per bombole in alluminio a parità di pressione di esercizio siano necessari spessori di metallo maggiori (Acciaio spessore 5 mm, Alluminio spessore da 12 a 18 mm).
Tutto ciò porta a due osservazioni: le bombole in acciaio a parità di capacità risulteranno leggermente meno pesanti (a terra) di quelle in alluminio, per via del maggior spessore di metallo di queste ultime, mentre le bombole in alluminio, pur pesando di più, risulteranno avere una galleggiabilità maggiore di quelle in acciaio.
Possiamo dire quindi che: chi s’immerge utilizzando bombole in acciaio può considerare il peso della bombola scarica (senza quindi il peso della miscela respiratoria) come parte integrante della zavorra necessaria a scendere, mentre chi s’immerge con bombole in alluminio dovrà, oltre che compensare la diminuzione di peso dovuta alla diminuzione della miscela respirata durante l’immersione (cosa che è necessaria anche con le bombole in acciaio) anche compensare la galleggiabilità offerta dalle bombole in alluminio stesse.
E’ questo uno dei motivi per i quali molti subacquei tecnici preferiscono utilizzare come bombole di fase delle bombole in alluminio. Queste, infatti, leggermente zavorrate, finiscono per offrire una galleggiabilità neutra che non disturberà la galleggiabilità del subacqueo quando questo dovesse avere necessità di separarsene.
La capacità
Per quanto riguarda la capacità delle bombole subacquee attualmente possiamo affermare che c’è solo l’imbarazzo della scelta. Troviamo infatti bombole da 5, 10, 12, 15 e 18 litri e non è difficile reperire anche tagli intermedi come 3, 7 o 9 litri sia in alluminio sia in acciaio. Va però sottolineata, a parità di dimensioni esterne, la differenza di capacità tra bombole in alluminio e bombole in acciaio. Quest’ultime, a parità di dimensioni, presentano una maggiore capacità. L’acciaio infatti, come già detto, avendo una durezza maggiore dell’alluminio necessita di spessori più sottili, il tutto a vantaggio del volume interno della bombola, che risulterà maggiore.
Le punzonature della bombola e i collaudi periodici
Ogni bombola porta con se un suo "passaporto". Si tratta di tutte quelle informazioni che si trovano punzonate sulla sua ogiva. È importante conoscerne il significato al fine di non commettere errori in fase di assemblaggio del rubinetto o di ricarica che potrebbero provocare spiacevoli incidenti.
Di seguito riportiamo l’elenco delle punzonature che secondo l’attuale direttiva europea (97/23/EC Pressure Equipment Directive) devono trovarsi sull’ogiva della nostra bombola.
M25x2 = tipo di filetto della rubinetteria
EN 1964-1 IT FABER 02/1301/024 = numero di matricole assegnato della bombola
CE 0062 UT = identificativo dell’organismo che collauda, UT sta per controllo ad ultrasuoni
3,8 MM = spessore minimo di progetto
010 KG = peso della bombola
V15,0 L = capacità della bombola
PS 200 BAR AT 15 °C = pressione di esercizio in bar
PS 318 BAR TS -50+65 °C = pressione di prova idraulica in bar (collaudo)
X = punzone del collaudatore
2004/01 = anno e mese di collaudo
BREATHING APPARATUS 1002 AIR/ARIA = tipo di gas
XXXXXXX XXXXXXX = punzonatura opzionale richiesta al produttore dal rivenditore.
Per quanto riguarda il collaudo della bombola (test idrostatico) questo attualmente è previsto trascorsi 4 anni dalla data del primo (quello effettuato dal produttore). I collaudi successivi dovranno effettuarsi invece con cadenza biennale dalla data dell’ultimo collaudo punzonata sull’ogiva.