Ζύγισμα Νατρασβέστου

[Σώτος Χριστοδούλου]

Το υλικό απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα μέσα σε κάνιστρο (Νατράσβεστος) που βρίσκεται υπό την μορφή κοκκίων, αποτελείται χονδρικά από καυστικό ασβέστιο – Ca(OH)2 σε αναλογία πάνω από 70% και καυστικό νάτριο – NaOHσε αναλογία γύρω στο 4%. Μερικά υλικά περιέχουν και ένα δείκτη που αλλάζει χρώμα με την μεταβολή του pHκαθώς η χημική διεργασία προχωράει και όταν τα καυστικά υλικά εξαντληθούν ώστε η συγκέντρωση των ανιόντων υδροξυλίου να μειωθεί (μείωση του pH).

Η υπερκαπνία είναι ένα σοβαρό πρόβλημα που συζητήθηκε αρκετές φορές στους διάφορους κύκλους που ασχολούνται με την ασφάλεια των κλειστών (και ημίκλειστων) κυκλωμάτων. Γενικά πρόκειται για μια κατάσταση όπου ο δύτης παρουσιάζει αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα του και πιθανόν να προέρχεται είτε από ανεπαρκή αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα είτε από αστοχία του κάνιστρου να καθαρίσει το μίγμα εκπνοής οπότε ο δύτης επαν-εισπνέει μίγμα πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα. Δεν έχω στόχο να αναλύσω το πώς μπορεί να προκληθεί υπερκαπνία με εντελώς λειτουργικό κάνιστρο αλλά να εξετάσω λίγο την κατάσταση που επικρατεί μέσα στο κάνιστρό μας κατά τη διάρκεια μιας κατάδυσης νοουμένου ότι όλα τα του πακεταρίσματος και ρυθμού αναπνοής παραμένουν σε σωστά πλαίσια.

Σε κάθε κάνιστρο υπάρχει μια ζώνη αντίδρασης όπου λαμβάνει χώρα χημική αντίδραση εξουδετέρωσης του CO2 από τα καυστικά υλικά. Το αέριο που εκπνέει ο δύτης μπαίνει μέσα στο κάνιστρο και αρχίζει να καθαρίζεται από το CO2. Η ροή του αερίου μέσα από το κάνιστρο ορίζει τα μέγιστα την γεωμετρία αυτής της ζώνης αντίδρασης καθώς παράγοντες όπως ταχύτητα ροής αλλά και αντιστάσεις ροής σε κάθε σημείο του κάνιστρου ορίζουν το από πού θα περάσει το αέριο, το που θα γίνει η αντίδραση και το αν θα γίνει πλήρης απομάκρυνση του CO2. Η ζώνη αντίδρασης κατά το επιθυμητό πρέπει πάντα να είναι τέτοια ώστε ολόκληρη η ποσότητα του CO2 να καθαρίζεται πριν το αέριο εξέλθει για να επιστρέψει στον ασκό εισπνοής. Είναι αντιληπτό ότι η απόδοση ενός κάνιστρου δεν μπορεί να είναι ποτέ 100% διότι ο χρόνος διέλευσης του αερίου μέσα από το κάνιστρο είναι πεπερασμένος και έτσι αν είναι πολύ μικρός κάτω από κάποιες συνθήκες η ζώνη αντίδρασης επεκτείνεται σε όλο το κάνιστρο και μάλιστα κάποια ποσότητα CO2 διαφεύγει από το κάνιστρο χωρίς να δεσμευτεί. Τέτοιο φαινόμενο είναι γνωστό με το όνομα breakthrough(κατάσπαση). Επίσης ακόμα και σε ένα κάνιστρο στο οποίο δεν είναι σωστά και ομοιόμορφα πακεταρισμένο το υλικό απορρόφησης με διαύλους μικρής αντίστασης στη ροή γίνεται παράκαμψη της κύριας μάζας του υλικού μέσα από σύντομους δρόμους (φαινόμενο channeling) και το αέριο μπαίνει και βγαίνει όπως μπαίνει.

Για να μπορέσει κανείς να είναι σίγουρος ότι τέτοιο φαινόμενο δεν συμβαίνει σε μια κατάδυση θα πρέπει να έχει ένα τρόπο να αναλύει το αέριο που εξέρχεται από το κάνιστρο ως προς το CO2. Διάφορες προσπάθειες για εξεύρεση λύσεων σε αυτό το πρόβλημα γίνονται διαρκώς αλλά δεν έχουμε ακόμα δει μια λύση. Το πρόβλημα είναι πολλαπλό καθώς το περιβάλλον του loopμε την υγρασία που έχει είναι εχθρικό για τους υπάρχοντες ανιχνευτές CO2 αλλά επίσης το πρόβλημα της παροχής ενέργειας για λειτουργία αυτών των ανιχνευτών παραμένει ουσιαστικά άλυτο.

Πέρα από το φαινόμενο του channelingυπάρχει και το πρόβλημα της εκτίμησης της διάρκειας ζωής του υλικού μέσα στο κάνιστρο. Διάφορες απόψεις έχουν εκφραστεί κατά καιρούς όπως είναι για παράδειγμα η τοποθέτηση χρονομετρητών που θα τίθενται σε λειτουργία μόλις ο χρήστης πακετάρει το φρέσκο υλικό ώστε να μπορεί να παρακολουθεί τον συνολικό χρόνο χρήσης και να αντικαθιστά το υλικό πριν φτάσει σε κρίσιμα όρια. Τα όρια αυτά γίνεται μια προσπάθεια να καθοριστούν από τους κατασκευαστές με κάποια περιθώρια ασφάλειας. Για παράδειγμα το αξονικό κάνιστρο του Megalodonέχει χρησιμοποιηθεί σε πειράματα και έχει βρεθεί ότι μπορεί να καθαρίζει αέριο που περιέχει CO2 με ρυθμό ροής τα 4LPMστους 0 βαθμούς κελσίου για 4 ώρες. Έτσι εισηγείται να μην υπερβαίνουμε τις 3,5 ώρες χρήσης. Βέβαια κάποιοι δύτες έχουν φτάσει τα όρια του υλικού απορρόφησης και έχουν ορισμένες φορές υπερβεί κατά πολύ το όριο των 3,5 ωρών χωρίς επισόδειο.

Η δική μου σκέψη είναι αντί για ένα χρονόμετρο να ελέγξουμε αν μπορεί να γίνει χρήση της μεταβολής του βάρους μέσα σε ένα κάνιστρο ως μιας επιπρόσθετης παραμέτρου για εκτίμηση της διάρκειας ζωής του υλικού. Έχω δημοσιεύσει ένα σχετικό postστο rebreatherworldκαι έχω κάνει μία μέτρηση με αποτελέσματα ενθαρρυντικά για μένα. Οι αντιδράσεις μέσα στο RW δειχνουν μοιρασμένες απόψεις. Κάποιοι υποστηρίζουν ότι είναι χαμένος κόπος και κάποιοι άλλοι ότι μπορεί να βγει κάτι από το όλο εγχείρημα. Αν ενδιαφέρει μπορούμε να το συζητήσουμε περισσότερο και να οργανώσουμε και κάποια πειράματα.

[GKAM]

Σώτο, έχω τις εξής απορίες σε σχέση με την πρόταση σου:

• Πως πιστεύεις πως μπορεί να εφαρμοστεί πρακτικά αυτή η ιδέα;
• Πως αντιμετωπίζεις το θέμα της υγρασίας που παγιδεύεται από το υλικό κατά την κατάδυση;

Νομίζω πως τις ίδιες παρατηρήσεις έκαναν και άλλοι στο post που ανέβασες στο RBW.

/GKAM

[Σώτος Χριστοδούλου]

Γιώργο γίνονται δύο υποθέσεις:

1. Δεν εισέρχεται ποσότητα υγρασίας στο κάνιστρο από leaks ή από την συμπύκνωση της εκπνοής, ή αν εισέρχεται είναι αμελητέα η ποσότητά της.

2. Όση υγρασία παράγεται από την χημική αντίδραση παραμένει μέσα στο κάνιστρο προσροφημένη πάνω στα κοκκίά ή συμπυκνωμένη (υγροποιημένη).

Στη συνέχεια έκανα μια δοκιμάστική μέτρηση (ζύγισμα δηλαδή για να ελέγξω πόσο κοντά στην υπόθεση βρίσκεται το πειραματικό εύρημα. Τα αποτελέσματα τα έχω δημοσιεύσει και στο RW. Αύριο πάμε για δεύτερη ομαδική μέτρηση και ελπίζω να έχουμε περισσότερα. Χωρίς εκτεταμένη διερεύνηση και πολλά δεδομένα δεν μπορεί για την ώρα να εξαχθεί κανένα συμπέρασμα παρα μόνο έχω πειστεί ότι αξίζει τον κόπο έστω από περιέργεια να κάνουμε κάποιες δοκιμές.

Χρησιμοποιώ το copy / paste πιο κάτω:

Η υπόθεση:

Sofnolime contains more than 70% of its weight in Ca(OH)2.

Therefore for a 2,5 Kg sorb (axial scrubber of Meg) there is more than 1750g of Ca(OH)2.

The mole of Ca(OH)2 is 74g. So we have in the scrubber 23 moles of Ca(OH)2.

Each mole of Ca(OH)2 can neutralise 1 mole of CO2. Since the mole of CO2 is 44g, theoretically we would expect that 23 X 44g of CO2 would be added to to weight of the scrubber if the efficiency of the scrubber is 100% (taking into account only the Ca(OH)2 which is the predominating base).

That is approximately 1 Kg of CO2.

Let's suppose that on average a diver produces 0,9 litres (1,77g) of CO2 per minute.

Theoretically again the scrubber would be good for 570 minutes under these CO2 production rates.

However since the scrubber is in the form of pellets one would expect that its efficiency is not 100%. ISC clearly states that the scrubber is good for 3,5 hours. We then assumpt that the scrubber efficiency is 210 minutes divided by 570 minutes (approximately 35%).

With 35% efficiency i would expect that 35% of 1Kg of CO2 could be neutralised in the Meg's axial scrubber. The is approximately 365g.

I would therefore assumpt that at the end of the scrubber life it will weight 365g more compare to its initial weight.

Assumption #1: All the water that is being produced inside the scrubber remains inside the scrubber

Assumption #2: No water from other sources is entering the scrubber.

Please note that the above are just assumptions and need to be modified according to actual findings from real experiments.

proposal: Check the scrubber weight after 3,5 hours of use at more or the less oxygen consumption of 1 LPM and compare it with the calculated expected weight increase of 14,5%. (365g over 2500 g).

Το ζύγισμα:

Further to the above hypothesis today I did my first weighing. Not all parameters were measured as this was a preliminary experiment to check if the hypothesis is anywhere close to correct. Apparently the results are encouranging and I am planning to continue this experiement in a proper and standardised protocol.

Todays Measurements:

TOTAL DIVE TIME: 182 minutes (3 dives).

INITIAL WEIGHT: 2500 g

FINAL WEIGHT 25 minutes after opening the canister: 2835 g

FINAL WEIGHT 3 hours after opening the canister: 2830 g.

WEIGHT CHANGE EXPECTED: 316 g MEASURED: 330 - 335 g

The initial hypotheis was that a Meg scrubber would have an increase of 365 g after 3,5 hours of use (or 14,5% weight increase given the 2,5 Kg initial weigh). Given the analogies one would expect a weight increase of 316 g after 182 minutes of use. Of course there will always be a deviation as not all dives are of the same activity level. My dives where relaxed and the activity level minimal. These findings are anyhow, in line with the above hypothesis and therefore the whole issue requires further investigation. Gathering and analysing more data would be ideal, so anyone who has the extra time may please contribute to this? IMHO it worths a try.

P.S. For those who want to contribute please see the attached excel file for data recording.

[GKAM]

Αρχικό μήνυμα απο Σώτος Χριστοδούλου

Δεν εισέρχεται ποσότητα υγρασίας στο κάνιστρο από leaks ή από την συμπύκνωση της εκπνοής, ή αν εισέρχεται είναι αμελητέα η ποσότητά της.

Σώτο, αυτό και μόνο το σημείο καθιστά την όλη άσκηση θεωρητική. Όλοι γνωρίζουμε πως το scrubber δεσμεύει νερό με την μορφή υγρασίας από την αναπνοή, συμπυκνωμάτων από την διαφορά θερμοκρασίας, θαλασσινού νερού που μπορεί να μπει στο κύκλωμα, αλλά και νερού που παράγεται από την αντίδραση του Ca(OH)2 με το CO2. [Ca(OH)2 + CO2 ==> CaCO3 + H2O]

Κοινώς μιλάμε για πολύ νερό που αυξάνει το συνολικό βάρος και που δεν μπορεί να προβλέψει κανείς. Αν δεν μπορείς να προβλέψεις την ποσότητα του νερού που προστίθεται στο υλικό κατά την κατάδυση, πως θα υπολογίσεις σωστά την διαφορά στο βάρος από την δέσμευση του CO2;

/GKAM

[Σώτος Χριστοδούλου]

Το νερό το οποίο παράγεται από την αντίδραση είναι υπολογισμένο και περιλαμβάνεται στην αύξηση βάρους.

Αν προσέξεις δεν μετράμε την διαφορά βάρους ανθρακικού ασβεστίου από καυστικό ασβέστιο. Μετράμε την διαφορά βάρους αντιδρώντων σωμάτων και προιόντων της αντίδρασης.

Εκείνο που προστίθεται στα προιόντα είναι εκείνο που μπαίνει μέσα στο scrubber και αντιδρά. Αυτό είναι το CO2.

Όσο αφορά την παρατήρηση για την αδυναμία πρόβλεψης ποσότητας νερού από άλλες πηγές (εκπνοή ή διαρροές) θεωρώ πώς είναι αμελητέα η ποσότητά του που βρίσκει τον δρόμο για τη νατράσβεστο. Σκέψου ότι υπάρχει το T-junction στον αριστερό ώμο όπου χτυπά ο αέρας και τα σταγονίδια και μεγάλο μέρος αυτών καταλήγουν στον πάτο του exhalation counterlung πριν πάρουν τον δρόμο για πίσω. Έχουμε επίσης στη βάση του κάνιστρου παγίδες νερού (συνήθως όταν το ανοίγω παρατηρώ ελάχιστη υγρασία στον πάτο του κάνιστρου ούτε καν σταγόνες δηλαδή και ελάχιστη υγρασία πάνω στις παγίδες - όχι νερό). Πόσο νερό να περάσει από όλα αύτά και να μπεί στο κάνιστρο. Και αν ακόμα περάσει νερό με τη μορφή υδρατμών δεν αντιδρά με τίποτε μέσα στο υλικό. Θα μείνει μέσα ή θα βγεί? Μήπως η νατράσβεστος είναι τόσο υγροσκοπικό υλικό που προσροφάει όση υγρασία περάσει από μέσα. Όχι βέβαια! Από την άλλη μεριά, στην έξοδο του scrubber δηλαδή το αέριο βγαίνει ξηρό? Δεν το νομίζω. Απλά και μόνο από τους κανόνες της διάχυσης θα έλεγα ότι όσο μπαίνει άλλο τόσο βγαίνει (εφόσον δεν γίνεται χημική αντίδραση και εφόσον μιλάμε για υδρατμούς και απουσία υγροσκοπικής ουσίας) και πάει πίσω στο inhalation counterlung. Για να πάει νερό πίσω σε σημαντικές ποσότητες και να επηρεάσει το βάρος του υλικού πρέπει νά έχουμε μεγάλη διαρροή. Η μέτρηση είναι επομένως ανεξάρτητη από αυτά τα φαινόμενα και εν πάσει περιπτώσει το εύρημα δείχνει να συμφωνεί με την υπόθεση. Αλλά το ξαναλέω πώς θέλει αρκετές εκατοντάδες μετρήσεις για να καταλήξουμε σε κάτι, αν τελικά καταλήξουμε!

[GKAM]

Αρχικό μήνυμα απο Σώτος Χριστοδούλου

Αν προσέξεις δεν μετράμε την διαφορά βάρους ανθρακικού ασβεστίου από καυστικό ασβέστιο. Μετράμε την διαφορά βάρους αντιδρώντων σωμάτων και προιόντων της αντίδρασης.

Δεν ανέφερα πως προσπαθείς να κάνεις κάτι διαφορετικό.

Αρχικό μήνυμα απο Σώτος Χριστοδούλου

Σκέψου ότι υπάρχει το T-junction στον αριστερό ώμο όπου χτυπά ο αέρας και τα σταγονίδια και μεγάλο μέρος αυτών καταλήγουν στον πάτο του exhalation counterlung πριν πάρουν τον δρόμο για πίσω.

Αυτό μπορεί να ισχύει για το Meg, αλλά δε σημαίνει πως όλες οι συσκευές έχουν τον ίδιο σχεδιασμό. Ανάλογα με τον τύπο του rebreather και την θέση του δύτη στο νερό, μπορεί να καταλήγει κάμποσο στο κάνιστρο. Όσο για το πόσο νερό μπορεί να δεσμεύσει το υλικό, γνωρίζεις πως περιέχει ήδη 16-20% υγρασία πριν καν το χρησιμοποιήσεις. Μετά από κατάδυση μεγάλης διάρκειας με όποια συσκευή βουτήξεις, θα δεις πως το scrubber είναι από νωπό μέχρι υγρό…

Αρχικό μήνυμα απο Σώτος Χριστοδούλου

Αλλά το ξαναλέω πώς θέλει αρκετές εκατοντάδες μετρήσεις για να καταλήξουμε σε κάτι, αν τελικά καταλήξουμε!

ΟΚ τότε, καλό μέτρημα !

/GKAM