Trimix (gas respiratorio) - Trimix (breathing gas)

Etichetta bombola Trimix
Codice colore spalla cilindro IMCA Trimix
codice colore spalla cilindro alternativo IMCA Trimix

Trimix è un gas respirabile costituito da ossigeno , elio e azoto e viene utilizzato nelle immersioni commerciali profonde , durante la fase profonda delle immersioni effettuate con tecniche di immersione tecnica, e nelle immersioni ricreative avanzate .

L'elio è incluso come sostituto di parte dell'azoto, per ridurre l' effetto narcotico del gas respirabile in profondità. Con una miscela di tre gas è possibile creare miscele adatte a diverse profondità o scopi regolando le proporzioni di ciascun gas. Il contenuto di ossigeno può essere ottimizzato per la profondità per limitare il rischio di tossicità , e il componente inerte bilanciato tra azoto (che è economico ma narcotico) ed elio (che non è narcotico e riduce il lavoro respiratorio, ma è più costoso e aumenta la dispersione di calore ).

La miscela di elio e ossigeno con un contenuto di azoto 0% è generalmente nota come Heliox . Questo è spesso usato come gas respirabile nelle operazioni di immersione commerciale profonda, dove viene spesso riciclato per risparmiare il costoso componente dell'elio. L'analisi dei gas a due componenti è molto più semplice dei gas a tre componenti.

Funzione dell'elio

Il motivo principale per l'aggiunta di elio alla miscela respirabile è ridurre le proporzioni di azoto e ossigeno al di sotto di quelle dell'aria, per consentire la respirazione sicura della miscela di gas durante le immersioni profonde. È necessaria una percentuale inferiore di azoto per ridurre la narcosi da azoto e altri effetti fisiologici del gas in profondità. L'elio ha pochissimo effetto narcotico. Una percentuale inferiore di ossigeno riduce il rischio di tossicità da ossigeno nelle immersioni profonde.

La minore densità dell'elio riduce la resistenza respiratoria in profondità. Il lavoro respiratorio può limitare l'uso di miscele di gas respirabili nei respiratori subacquei, poiché con l'aumentare della profondità si può raggiungere un punto in cui il lavoro respiratorio supera lo sforzo disponibile dal subacqueo. Oltre questo punto l'accumulo di anidride carbonica alla fine si tradurrà in un'ipercapnia grave e debilitante che, se non corretta rapidamente, farà sì che il subacqueo tenti di respirare più velocemente, esacerbando il lavoro respiratorio, che porterà alla perdita di coscienza e ad un alto rischio di annegamento.

A causa del suo basso peso molecolare, l'elio entra ed esce dai tessuti più rapidamente dell'azoto quando la pressione viene aumentata o ridotta (questo è chiamato on-gassing e off-gassing). A causa della sua minore solubilità, l'elio non carica i tessuti tanto quanto l'azoto, ma allo stesso tempo i tessuti non possono sostenere una quantità così elevata di elio quando sono sovrasaturati. In effetti, l'elio è un gas più veloce da saturare e desaturare, che è un netto vantaggio nelle immersioni in saturazione , ma lo è meno nelle immersioni con rimbalzo, dove l'aumento della velocità di degassamento è ampiamente controbilanciato dall'equivalente aumento della velocità di emissione di gas.

Alcuni subacquei soffrono di artralgia iperbarica ( artralgia da compressione ) durante la discesa e il trimix ha dimostrato di aiutare i sintomi della compressione.

Svantaggi dell'elio

L'elio conduce il calore sei volte più velocemente dell'aria, quindi i subacquei che respirano elio spesso trasportano una fornitura separata di un gas diverso per gonfiare le mute stagne . Questo per evitare il rischio di ipotermia causata dall'utilizzo dell'elio come gas di gonfiaggio. L'argon , trasportato in un piccolo serbatoio separato collegato solo al gonfiatore della muta stagna, è preferito all'aria, poiché l'aria conduce il calore il 50% più velocemente dell'argon. Le mute stagne (se usate insieme ad un giubbetto equilibratore) richiedono ancora un minimo di gonfiaggio per evitare "spremementi", cioè danni alla pelle causati dalla pressurizzazione delle pieghe della muta.


L'elio si dissolve nei tessuti (questo è chiamato gasing) più rapidamente dell'azoto all'aumentare della pressione ambiente. Una conseguenza del carico maggiore in alcuni tessuti è che molti algoritmi di decompressione richiedono soste di decompressione più profonde rispetto a un'immersione con decompressione simile che utilizza aria, ed è più probabile che l'elio fuoriesca dalla soluzione e causi malattia da decompressione dopo una rapida risalita.

Oltre agli svantaggi fisiologici, l'uso del trimix presenta anche svantaggi economici e logistici. Il prezzo dell'elio è aumentato di oltre il 51% tra gli anni 2000 e 2011. Questo aumento di prezzo colpisce i subacquei a circuito aperto più di quelli a circuito chiuso a causa del maggior volume di elio consumato in una tipica immersione trimix. Inoltre, poiché i riempimenti trimix richiedono una configurazione di miscelazione e compressore più elaborata rispetto ai riempimenti aria e nitrox meno complessi, ci sono meno stazioni di riempimento trimix. La relativa scarsità di stazioni di rifornimento trimix può richiedere di fare di tutto per procurarsi la miscela necessaria per un'immersione profonda che richiede il gas.

Vantaggi del controllo della frazione di ossigeno

L'abbassamento del contenuto di ossigeno aumenta la profondità operativa massima e la durata dell'immersione prima della quale la tossicità dell'ossigeno diventa un fattore limitante. La maggior parte dei subacquei trimix limita la pressione parziale dell'ossigeno di lavoro [PO 2 ] a 1,4 bar e può ridurre ulteriormente la PO 2 a 1,3 bar o 1,2 bar a seconda della profondità, della durata e del tipo di sistema di respirazione utilizzato. Una pressione parziale massima di ossigeno di 1,4 bar per i settori attivi dell'immersione e 1,6 bar per le soste di decompressione è raccomandata da diverse agenzie di certificazione per immersioni ricreative e tecniche per il circuito aperto e 1,2 bar o 1,3 bar come massimo per i settori attivi di un immersione con rebreather a circuito chiuso. L'aumento della frazione di ossigeno in un trimix da utilizzare come gas di decompressione può accelerare la decompressione con un minor rischio di complicanze della controdiffusione isobarica.

Vantaggi di mantenere un po' di azoto nella miscela

Il mantenimento dell'azoto nel trimix può contribuire alla prevenzione della sindrome nervosa ad alta pressione , un problema che può verificarsi quando si respira l' eliox a profondità superiori a circa 130 metri (430 piedi). L'azoto è anche molto meno costoso dell'elio.

Convenzioni di denominazione

Il termine trimix implica che il gas ha tre componenti funzionali, che sono elio, azoto e ossigeno. Poiché l'azoto e tutto o parte dell'ossigeno è solitamente fornito dall'aria, gli altri componenti dell'aria atmosferica ordinaria vengono generalmente ignorati. Convenzionalmente, la composizione di una miscela è specificata dalla sua percentuale di ossigeno, percentuale di elio e facoltativamente la percentuale di equilibrio, azoto, nell'ordine. Ad esempio, una miscela denominata "trimix 10/70" o trimix 10/70/20, composta da 10% di ossigeno, 70% di elio, 20% di azoto, è adatta per un'immersione di 100 metri (330 piedi). Il trimix iperossico viene talvolta indicato come Helitrox, TriOx o HOTx (High Oxygen Trimix) con la "x" in HOTx che rappresenta la frazione di elio della miscela come percentuale.

È sufficiente il termine base Trimix, opportunamente modificato con i termini ipossico, normossico e iperossico, e le consuete forme per indicare la frazione gassosa costituente, per descrivere ogni possibile rapporto di gas, ma l' Associazione Nazionale Istruttori Subacquei (NAUI) usa il termine "helitrox" per Trimix iperossico 26/17, ovvero 26% ossigeno, 17% elio, 57% azoto. Helitrox richiede soste di decompressione simili a Nitrox-I (EAN32) e ha una profondità operativa massima di 44 metri (144 piedi), dove ha una profondità narcotica equivalente di 35 metri (115 piedi). Ciò consente di immergersi in tutto il normale raggio ricreativo, riducendo al contempo l'obbligo di decompressione e gli effetti narcotici rispetto all'aria. Anche GUE e UTD promuovono il trimix iperossico per questo intervallo di profondità, ma preferiscono il termine "TriOx".

Applicazioni

Nelle immersioni a circuito aperto vengono comunemente utilizzate due classi di trimix: trimix normossico , con una PO 2 minima in superficie di 0,18 e trimix ipossico , con una PO 2 inferiore a 0,18 in superficie. Una miscela normossica come "19/30" viene utilizzata nella gamma di profondità da 30 a 60 m (da 100 a 200 piedi); una miscela ipossica come "10/50" viene utilizzata per immersioni più profonde, solo come gas di fondo, e non può essere respirata in sicurezza a basse profondità dove la PO 2 è inferiore a 0,18 bar.

Nei rebreather a circuito completamente chiuso che utilizzano diluenti trimix, la miscela nel circuito respiratorio può essere iperossica (ovvero più ossigeno che nell'aria, come nell'aria arricchita nitrox ) in acque poco profonde, perché il rebreather aggiunge automaticamente ossigeno per mantenere una pressione parziale specifica di ossigeno. Il trimix iperossico viene talvolta utilizzato anche su immersioni a circuito aperto, per ridurre gli obblighi di decompressione.

Miscelazione

Attrezzatura per la miscelazione di gas a pressione parziale per immersioni subacquee
Analizzatore di ossigeno ed elio con miscelazione di gas

La miscelazione di gas di trimix generalmente comporta la miscelazione di elio e ossigeno con aria alle proporzioni e alla pressione desiderate. Due metodi sono di uso comune:

La miscelazione a pressione parziale viene effettuata decantando ossigeno ed elio nella bombola per immersione e quindi rabboccando la miscela con aria da un compressore d'aria per immersione . Per garantire una miscela accurata, dopo ogni trasferimento di elio e ossigeno, la miscela viene lasciata raffreddare, ne viene misurata la pressione e ulteriore gas viene decantato fino a raggiungere la pressione corretta . Questo processo richiede spesso ore e talvolta si sviluppa su giorni in stazioni di miscelazione molto trafficate. Si possono apportare correzioni per effetto della temperatura, ma ciò richiede un accurato monitoraggio della temperatura della miscela all'interno del cilindro, che generalmente non è disponibile.

Un secondo metodo chiamato "miscelazione continua" viene eseguito miscelando ossigeno ed elio nell'aria di aspirazione di un compressore. L'ossigeno e l'elio vengono immessi nei tubi di miscelazione nel flusso d'aria di aspirazione utilizzando flussimetri o analisi del contenuto di ossigeno dopo l'aggiunta di ossigeno e prima e dopo l'aggiunta di elio, e i flussi di ossigeno ed elio regolati di conseguenza. Sul lato alta pressione del compressore viene utilizzato un regolatore o un orifizio di sfiato per ridurre la pressione di un flusso campione e viene analizzato il trimix (preferibilmente sia per l'elio che per l'ossigeno) in modo da poter effettuare la regolazione fine dei flussi di gas in ingresso. Il vantaggio di un tale sistema è che la pressione della bombola di erogazione dell'elio non deve essere così alta come quella utilizzata nel metodo di miscelazione a pressione parziale e il gas residuo può essere "rabboccato" per una miscelazione ottimale dopo l'immersione. Questo è importante principalmente a causa dell'alto costo dell'elio. Gli svantaggi possono essere che l'elevato calore di compressione dell'elio provoca il surriscaldamento del compressore, specialmente nella stagione calda. La temperatura del trimix che entra nell'analizzatore deve essere mantenuta costante per la migliore affidabilità dell'analisi e l'analizzatore deve essere calibrato a temperatura ambiente prima dell'uso. Il tubo di miscelazione è un dispositivo molto semplice e le versioni fai-da-te delle unità a miscela continua possono essere realizzate a un costo relativamente basso rispetto al costo degli analizzatori e del compressore.

Scelta della composizione della miscela

Il rapporto dei gas in una particolare miscela viene scelto per fornire una profondità operativa massima sicura e una comoda profondità narcotica equivalente per l'immersione pianificata. I limiti di sicurezza per la miscela di gas in trimix sono generalmente accettati come una pressione parziale massima dell'ossigeno (PO 2 —vedi legge di Dalton ) da 1,0 a 1,6 bar e una profondità massima equivalente del narcotico da 30 a 50 m (da 100 a 160 piedi). A 100 m (330 piedi), "12/52" ha una PO 2 di 1,3 bar e una profondità narcotica equivalente di 43 m (141 piedi).

Mix "standard"

Sebbene teoricamente il trimix possa essere miscelato con quasi tutte le combinazioni di elio e ossigeno, si sono evoluti un certo numero di miscele "standard" (come 21/35, 18/45 e 15/55, vedere Convenzioni di denominazione ). La maggior parte di queste miscele ha avuto origine iniziando dal travaso di una data pressione di elio in un cilindro vuoto, per poi rabboccare la miscela con nitrox al 32%. Le miscele "standard" si sono evolute a causa di tre fattori coincidenti: il desiderio di mantenere la profondità narcotica equivalente (END) della miscela a circa 34 metri (112 piedi), l'esigenza di mantenere la pressione parziale dell'ossigeno a 1,4 ATA o inferiore a il punto più profondo dell'immersione e il fatto che molti negozi di immersione hanno immagazzinato nitrox standard al 32% nelle banche, il che semplifica la miscelazione. L'uso di miscele standard rende relativamente facile rabboccare le bombole dopo un'immersione utilizzando la miscela residua: sono necessari solo elio e nitrox accumulato per rabboccare il gas residuo dall'ultimo riempimento.

Il metodo di miscelazione di una miscela nitrox nota con elio consente l'analisi delle frazioni di ciascun gas utilizzando solo un analizzatore di ossigeno, poiché il rapporto tra la frazione di ossigeno nella miscela finale e la frazione di ossigeno nel nitrox iniziale dà la frazione di nitrox nel mix finale, quindi le frazioni dei tre componenti sono facilmente calcolabili. È dimostrabilmente vero che la FINE di una miscela nitrox-elio alla sua massima profondità operativa (MOD) è uguale alla MOD del solo nitrox.

Heliair

Heliair è un gas respirabile costituito da una miscela di ossigeno , azoto ed elio ed è spesso utilizzato durante la fase profonda di immersioni effettuate con tecniche di immersione tecnica. Questo termine, usato per la prima volta da Sheck Exley , è usato principalmente da Technical Diving International (TDI).

È facilmente miscelabile da elio e aria e quindi ha un rapporto fisso 21:79 di ossigeno e azoto con il resto costituito da una quantità variabile di elio. A volte viene indicato come "trimix dei poveri", perché è molto più facile da miscelare rispetto alle miscele trimix con contenuto di ossigeno variabile, poiché è sufficiente inserire la pressione parziale richiesta di elio, e quindi rabboccare con aria da un compressore convenzionale. La fase più complicata (e pericolosa) dell'aggiunta di ossigeno puro alla pressione richiesta per miscelare il trimix è assente quando si miscela l'heliair.

Le miscele Heliair sono simili alle miscele standard Trimix realizzate con elio e Nitrox 32, ma con un END più profondo a MOD. Heliair avrà sempre meno del 21% di ossigeno, e sarà ipossico (meno del 17% di ossigeno) per miscele con più del 20% di elio.

La storia come un gas subacqueo

  • 1919: Il professor Elihu Thomson ipotizza che l'elio potrebbe essere usato al posto dell'azoto per ridurre la resistenza respiratoria a grande profondità. Heliox è stato utilizzato con le tavole ad aria con conseguente elevata incidenza di malattia da decompressione, quindi l'uso dell'elio è stato interrotto.
  • 1924: La Marina degli Stati Uniti inizia a esaminare il potenziale utilizzo dell'elio e verso la metà degli anni '20 gli animali da laboratorio furono esposti a immersioni sperimentali in camera usando l'eliox. Ben presto, i soggetti umani che respiravano Heliox 20/80 (20% ossigeno, 80% elio) furono decompressi con successo da immersioni profonde.
  • 1937: vengono condotte diverse immersioni di prova con miscele di elio, inclusa l'immersione del sommozzatore Max "Gene" Nohl a 127 metri.
  • 1939: la US Navy utilizza l'eliox nell'operazione di salvataggio della USS Squalus . L'uso di Heliox, unito all'assenza di decremento nella coordinazione e nella funzione cognitiva nei sommozzatori di salvataggio, conferma la teoria di Behnke sulla narcosi da azoto.
  • 1965: il lavoro di Nic Flemming per studiare i nastri di sabbia nel Canale della Manica diventa il primo a confrontare le prestazioni del subacqueo mentre si respira aria ed eliox in mare aperto.
  • 1963: Prime immersioni in saturazione usando trimix come parte del Project Genesis .
  • 1970: Hal Watts recupera due corpi a Mystery Sink (126 m).
  • 1979: un gruppo di ricerca guidato da Peter B. Bennett presso il laboratorio iperbarico del Duke University Medical Center inizia la "Serie di immersioni Atlantis" che dimostra i meccanismi alla base dell'uso del trimix per prevenire i sintomi della sindrome nervosa da alta pressione.
  • 1983: Il subacqueo Jochen Hasenmayer utilizza l' eliox fino a una profondità di 212 metri. La profondità è poi ripetuta da Sheck Exley nel 1987.
  • 1987: Primo uso di massa di trimix ed eliox: Wakulla Springs Project. Exley insegna ai subacquei non commerciali in relazione all'uso del trimix nelle immersioni in grotta.
  • 1991: Billy Deans inizia l'insegnamento dell'immersione trimix per l'immersione ricreativa. Tom Mount sviluppa i primi standard di formazione trimix ( IANTD ). L'uso del trimix si diffonde rapidamente nella comunità dei subacquei in relitto nord-orientale americano.
  • 1992: La National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) sviluppa "Monitor Mix" per le immersioni all'USS Monitor . Questo mix è diventato NOAA Trimix I, con tabelle di decompressione progettate da Bill Hamilton pubblicate nel NOAA Diving Manual.
  • 1992: NOAA ottiene l'addestramento da Key West Divers per condurre le prime immersioni trimix sponsorizzate dalla NOAA sul relitto della USS Monitor al largo di Cape Hatteras, NC.
  • 1994: Il team combinato Regno Unito/USA, tra cui i relitti John Chatterton e Gary Gentile , completa con successo una serie di immersioni sui relitti durante la spedizione RMS Lusitania a una profondità di 100 metri utilizzando il trimix.
  • 1994: Sheck Exley e Jim Bowden usano "heliair" a Zacaton nel primo tentativo di fare un'immersione a circuito aperto fino a 1000 piedi. Exley, che all'epoca deteneva il record mondiale per un'immersione di 881 piedi, sviene e muore intorno ai 900 piedi; Bowden abortisce a 925 piedi e sopravvive nonostante diversi ostacoli potenzialmente letali.
  • 2001: Il Guinness dei primati riconosce John Bennett come il primo subacqueo ad immergersi a 300 metri (1.000 piedi), utilizzando trimix.
  • 2005: David Shaw stabilisce il record di profondità per l'utilizzo di un rebreather trimix e muore ripetendo l'immersione per tentare di recuperare il corpo di un altro subacqueo.
  • 2015: La United States Navy Experimental Diving Unit mostra che le immersioni con rimbalzo con trimix non sono più efficienti in decompressione rispetto alle immersioni con heliox.

Formazione e certificazione

Certificato CMAS-ISA Normoxic Trimix subacqueo

Le agenzie di addestramento tecnico subacqueo e di certificazione possono differenziare tra i livelli di qualifiche subacquee trimix. La solita distinzione è tra trimix normossico e trimix ipossico, a volte chiamato anche trimix completo. La distinzione di base è che per l'immersione con trimix ipossico l'immersione non può essere avviata dalla miscela di fondo e le procedure per l'uso di una miscela da viaggio per la prima parte della discesa e il cambio di gas durante la discesa per evitare la tossicità dell'ossigeno vengono aggiunte al richiesto abilità. Anche una decompressione più lunga utilizzando una più ampia varietà di miscele può complicare le procedure. Nelle immersioni con rebreather a circuito chiuso, l'uso di un diluente ipossico impedisce al subacqueo di eseguire un flusso di diluente a basse profondità mentre respira dal circuito, in modo che rimanga possibile alla massima profondità dell'immersione, dove potrebbe essere più critico.

Guarda anche

  • Argox  – Miscela di gas usata occasionalmente dai subacquei per il gonfiaggio della muta stagna
  • Heliox  – Un gas respiratorio miscelato da elio e ossigeno
  • Hydreliox  – miscela di gas respirabili di elio, ossigeno e idrogeno
  • Hydrox  – Miscela di gas respirabile utilizzata sperimentalmente per immersioni molto profonde
  • Nitrox  – Gas respirabile, miscela di azoto e ossigeno

Riferimenti