JML-diving

Menu
MENU

Co dzieje się w skruberze podczas nurkowania w zimnych wodach

Skruber rebreathera wypełniony jest wapnem sodowanym, które wchodzi w reakcję z dwutlenkiem węgla wydychanym przez nurka. Wapno sodowane jest mieszanką wodorotlenku sodu i wodorotlenku wapnia. W wyniku reakcji chemicznej, powstaje węglan wapnia (CaCO3) oraz woda. Reakcja ta jest egzotermiczna, co oznacza, że jej produktem ubocznym jest ciepło.

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + ciepło

Wygenerowane ciepło wskazuje, w którym miejscu w skruberze zachodzi proces pochłaniania dwutlenku węgla. Pomiar temperatury w skruberze jest wykorzystywany przez niektórych producentów rebreatherów, jako wskaźnik zużycia pochłaniacza zakładając, że tam, gdzie wzrasta temperatura, tam zachodzi reakcja chemiczna pochłaniania CO2, a strefy z niższą temperaturą w skruberze, są już strefami obojętnymi, gdzie wapno sodowane nie pochłania już CO2.

Niemniej jednak w skruberze zachodzą jeszcze dwa inne zjawiska związane z temperaturą: kondukcja i konwekcja. Szczególne znaczenie ma to podczas nurkowania w zimnych wodach, na czym się tu skoncentrujemy.

Kondukcja, czyli przewodzenie ciepła powoduje, że ciepło w granulkach wapna sodowanego transferowane jest do sąsiednich zimniejszych granulek, a sięgając ścianek skrubera przedostaje się do zimnej wody. Zatem nurkując w zimnych wodach wapno sodowane przy ściankach skrubera będzie miało zawsze niższą temperaturę.

Konwekcja to proces przekazywania ciepła związany z ruchem materii, w tym wypadku w gazie wydychanym przez nurka. Nurkując w zimnych wodach, gaz ten schładza się w wężach prowadzących wydychane przez nurka powietrze do skrubera. Schładza nam zatem złoże wapna sodowanego.

Na ilość ciepła przekazywaną przez ciało stałe (w tym wypadku absorbent w skruberze) do gazu (w naszym wypadku mieszkanki oddechowej wydostającej się ze skrubera) mają wpływ 3 parametry: natężenie przepływu gazu, gęstość gazu oraz pojemność cieplna gazu – ciepło właściwe (czyli ilość ciepła, jaka jest niezbędna do ogrzania jednostki masy substancji o jednostkę temperatury). Wszystkie te 3 parametry są zmienne podczas nurkowania: wraz z głębokością zmienia się gęstość gazu, wraz z wysiłkiem zmienia się natężenie przepływu oraz wraz ze zmianą mieszanki oddechowej, zmienia się ciepło właściwe mieszanki gazów, gdyż inną pojemność cieplną ma tlen (916 J/kg·oC), inną azot (1050 J/kg·oC), a inną hel (5200 J/kg·oC).

Przeprowadzone przez US Navy obliczenia i badania wskazują, że niższa jest utrata ciepła ze złoża wapna sodowanego w przypadku używania helioxu, niż w przypadku używania nitroxu. Oznacza to, że w zimniejszych wodach heliox będzie nam mniej schładzał skruber, niż nitrox. Mając na uwadze, że zdolność pochłaniania CO2 w skruberze spada wraz ze spadkiem temperatury, można wnioskować, że do nurkowań rebreatherowych w zimnych wodach lepiej wykorzystywać mieszanki helioxowe.

Poniżej symulacja komputerowa przygotowana przez Johna Clarke pokazująca zmiany temperatury wewnątrz skrubera axialnego pracującego w wodzie o temperaturze 10oC. Kolory bliższe żółtemu reprezentują wyższą temperaturę. Kolory bliższe czarnemu reprezentują niską temperaturę.

Źródła:

John Clarke http://johnclarkeonline.com/2011/10/06/a-look-inside-rebreather-scrubber-canisters-part-1/

U.S. Navy Diving Manual (1.12.2016)

http://fizyka.edu.pl/cieplo-wlasciwe/

Wikipedia