Tecnica & Medicina

17. LA PRESSIONE NELLE BOMBOLE

Tutte le bombole subacquee hanno una pressione massima di esercizio di 200 bar? Praticamente, sì. O meglio, tutte quelle utilizzate dai subacquei sportivi hanno una pressione massima di 200 bar, salvo qualche eccezione a 220 o 250 bar.

Alcune decine di anni fa, infatti, si iniziò a produrre anche bombole per queste pressioni maggiori ed esse sono ancora sul mercato, anche se la quasi totalità dei centri le ricaricano comunque a 200 bar. Perché? Per via del fatto che il compressore generalmente è tarato sulla pressione di 200 bar, la più diffusa.

E non si possono produrre tutte bombole a 250 bar? Dal punto di vista costruttivo, non ci sono problemi. Dal punto di vista pratico, bisogna vedere se conviene. Ovviamente, avere una bombola con una pressione maggiore permette di disporre, a pari capacità, di una riserva di gas superiore. Per questo motivo, in passato, appena l’industria siderurgica è riuscita a produrre bombole con pressione di esercizio superiore, i subacquei le hanno subito adottate. Dagli iniziali 100 bar si è così giunti a 150 negli anni Sessanta e a 200 negli anni Settanta. Ora, in qualche caso si arriva a 250 bar.

Recenti disposizioni di legge permetteranno, a breve termine, di utilizzare anche bombole a 300 bar. Esse presentano, però, due svantaggi rispetto alle usuali bombole a 200 bar: il peso superiore della bombola e la riduzione della riserva reale di gas rispetto a quella teorica.

Il primo svantaggio, il maggior peso, è ovvio. Se la bombola deve resistere a una pressione maggiore, essa avrà pareti più spesse e, quindi, peserà di più. A parità di dimensioni, se la pressione aumenta del 50%, anche lo spessore deve aumentare della stessa percentuale e allora anche il peso subisce lo stesso aumento, poiché il materiale costruttivo è sempre lo stesso.

E cambiare materiale di costruzione? Per esempio, ora si stanno introducendo le bombole in materiali compositi. Tuttavia, qui entra in gioco la galleggiabilità. Una bombola estremamente leggera è anche estremamente galleggiante in acqua. Poiché già dobbiamo mettere la zavorra per scendere, è inutile avere una bombola molto leggera! Sarà comoda da portare a terra, ma scomoda in acqua. Per le bombole in metallo ad alta pressione avviene il contrario. Magari ti permettono di scendere senza zavorra, ma a terra (e sulle spalle) sono molto pesanti.

Qualcuno dice che le bombole grandi e a bassa pressione sono migliori, perché la loro galleggiabilità varia di meno fra bombola carica e scarica. È vero? La variazione di galleggiabilità, in questo caso, è data dal peso dell’aria che hai tolto dalla bombola e liberato in mare. Se, per esempio, hai consumato 1000 normal-litri di aria, il tuo peso totale è diminuito di 1.3 kg, poiché un normal-litro di aria pesa circa 1.3 grammi. Ora, che tu questi 1000 normal-litri li abbia estratti da un bibombola da 20 litri, la cui pressione sarebbe pertanto scesa di 50 bar, o da un monobombola da 10 litri, la cui pressione sarebbe diminuita di 100 bar, è del tutto ininfluente per il calcolo della diminuzione di peso. Per te è la stessa cosa. In realtà, la differenza sostanziale fra le due bombole è quella derivante dal loro diverso peso e, quindi, dalla diversa galleggiabilità in acqua.

Se tu usi una bombola di alluminio, scopri subito che è più leggera di una in acciaio. Se la differenza fra di esse è, per esempio, 2 kg di peso in acqua, essa resta tale e quale anche a fine immersione (a parità di normal-litri consumati). Sono proprio i 2 kg di zavorra in più che devi mettere in cintura! La differenza sostanziale è solo che, a pressione bassa, la bombola in acciaio avrà ancora una galleggiabilità negativa, mentre quella in alluminio sarà positiva, cambiando il tuo assetto.

Il secondo svantaggio delle bombole a 300 bar è la riduzione della riserva reale di gas rispetto a quella teorica. Quando si calcola i normal-litri e la variazione di pressione nelle bombole, si applica la legge di Boyle (il prodotto della pressione per il volume è costante). In realtà, essa è valida solo per "gas ideali", nei quali le molecole non hanno volume e non esercitano forze di attrazione o repulsione fra loro. Ma in natura non è così. Ogni gas ha un suo comportamento "reale".

Il rapporto fra il valore del prodotto PxV nel caso reale e nel caso ideale è detto "fattore di compressibilità" e si indica normalmente con "z". Se, per esempio, il fattore di compressibilità è 2, ciò significa che la quantità di gas disponibile non è più quella calcolata, ma la metà (1/z = 1/2).

Per i gas ideali, "z" vale 1 per qualunque valore di pressione. Per l’aria, esso scende sotto 1 all’inizio, per poi salire rapidamente con l’aumento della pressione.

A 200 bar "z" è circa 1.1. Questo significa che, in realtà, in un monobombola da 15 litri a 200 bar non ci sono 3.000 normal-litri di aria, ma circa 2.730 (3.000/1.1). Se la pressione sale a 300 bar, "z" arriva a 1.2. In un monobombola da 10 litri a 300 bar, pertanto, non ci sono 3.000 normal-litri, ma 2.500 (3.000/1.2). Perciò, anche se, teoricamente, la riserva di gas è la stessa (3.000 normal-litri), la bombola da 15 litri a 200 bar ne contiene 200 di più di quella a 300 bar.

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