Campana subacquea

Contesto

I subacquei commerciali che fanno la costruzione subacquea o il salvataggio spesso usano una campana subacquea per il trasporto al sito sottomarino. L’uso di una campana subacquea (nota anche come capsula di trasferimento personale, PTC) e di una camera di pressione estende la quantità di tempo in cui un subacqueo può rimanere tranquillamente sott’acqua. Le campane subacquee erano conosciute già nel IV secolo a. C. , quando furono osservati dall’antico filosofo greco Aristotele. Campane subacquee più sofisticate furono ideate nel diciassettesimo secolo. Le campane moderne per le immersioni commerciali sono state sviluppate dopo la seconda guerra mondiale, con l’ascesa dell’industria petrolifera offshore.

Le immersioni commerciali (immersioni a pagamento) sono suddivise in due tipi principali, immersioni orientate alla superficie e immersioni di saturazione. Nelle immersioni in superficie, i subacquei in caschi lavorano sott’acqua, collegati a un respiratore a terra oa bordo di una nave, di una chiatta o di una piattaforma. In genere i subacquei lavorano in coppia, uno sott’acqua e uno in superficie tendendo i tubi e le attrezzature. I subacquei orientati alla superficie possono lavorare in sicurezza a profondità fino a 300 ft (91,5 m), ma i subacquei possono trascorrere solo una quantità limitata di tempo sott’acqua. Gli effetti della pressione dell’acqua possono portare alla malattia da decompressione. Sotto pressione, l’azoto si raccoglie nel tessuto del corpo del subacqueo, bloccando le arterie e le vene. Se il subacqueo si alza troppo rapidamente, l’azoto forma bolle nel tessuto, qualcosa di simile al modo in cui una bottiglia di soda bolle quando non è chiusa. Le bolle di gas nel tessuto causano dolore, paralisi o morte. Dopo un’immersione profonda, il subacqueo deve decomprimere gradualmente, tornando molto lentamente alla pressione superficiale per evitare la malattia da decompressione. Il tempo di decompressione è correlato alla profondità dell’immersione e alla durata. Con un’immersione profonda di solo un’ora, il tempo di decompressione può richiedere giorni. L’immersione orientata alla superficie è pratica solo per piccoli lavori.

Il secondo tipo di immersione commerciale, l’immersione di saturazione, è più utile per progetti di costruzione su larga scala. Nelle immersioni in saturazione, i subacquei utilizzano una camera pressurizzata, a volte nota come Deep Diving System (DDS), collegata a una campana subacquea. La camera e la campana iniziano a bordo di una nave. Una squadra di subacquei sale a bordo della camera, che viene poi pressurizzata meccanicamente per simulare l’ambiente alla profondità dell’immersione pianificata. La camera è un ambiente di vita completo-dotato di letti, doccia, e mobili-e in grado di ospitare una squadra di subacquei per settimane. Quando i subacquei sono acclimatati, escono dalla camera attraverso un tunnel di accoppiamento ed entrano nella campana subacquea, che è anche pressurizzata. Una gru solleva la campana dalla nave e la lascia cadere nel sito sottomarino. Una volta sul posto, un subacqueo esce dalla campana con una muta da sub e un casco e inizia a lavorare. L’altro subacqueo rimane nella campana e tende i tubi e le attrezzature del primo subacqueo. Dopo un intervallo di forse due ore, cambiano. Lavorando da una campana, i subacquei possono mettere in una giornata di otto ore sott’acqua. Quindi vengono traghettati in superficie nella campana, entrano nella camera di pressione e passano con il prossimo turno di subacquei. Quando l’intero lavoro è completato, il team si decomprime nella camera di pressione. Anche se hanno sommerso più volte la squadra ha solo bisogno di decomprimere una volta.

Storia

Un secchio o un barile abbassato direttamente nell’acqua, aperto verso il basso, intrappolerà l’aria al suo interno. Aristotele scrisse di subacquei che usavano calderoni pieni d’aria per respirare sott’acqua. Si dice che Alessandro Magno sia andato in mare in una campana subacquea-reputata un barile di vetro bianco—nel 332 a.C. Si dice che sia rimasto sott’acqua per giorni, anche se questo non è plausibile. Ci sono diversi riferimenti alle campane subacquee nel Medioevo. Nel 1531 un italiano, Guglielmo de Lorena, realizzò una campana da immersione praticabile che utilizzò per recuperare antiche navi romane affondate dal fondo di un lago. Altre campane sono state inventate e utilizzate in vari luoghi in Europa, per lo più per salvare il tesoro. Il precursore della moderna campana subacquea è stato inventato dall’inglese Edmund Halley, che è meglio conosciuto per la cometa che porta il suo nome. Nel 1690 Halley costruì una campana subacquea che utilizzava tubi di cuoio e barili rivestiti di piombo per fornire aria fresca sott’acqua. La sua campana era un legno, cono aperto, ponderata con piombo e dotato di una porta di vista di vetro. All ” interno, Halley appeso una piattaforma per il subacqueo a riposare su, e un aggeggio di barili ponderati. I barili erano fissati in modo che quando il subacqueo li tirava nella campana, la pressione dell’acqua dal basso li costringeva a rilasciare aria fresca nella campana. Gli aiutanti sulla superficie hanno riempito le botti con aria fresca. Halley e un team di subacquei sono riusciti a rimanere sott’acqua a una profondità di circa 18,3 m (60 ft) per un’ora e mezza usando la sua campana.

Altri hanno duplicato il successo di Halley, ma il design non è stato significativamente migliorato fino al 1788. In quell’anno, un ingegnere scozzese, John Smeaton, fece una campana subacquea che usava una pompa sul tetto per forzare l’aria fresca all’interno. La campana di Smeaton era usata dai subacquei che riparavano ponti sottomarini. Una varietà di attrezzature subacquee è stata inventata nel diciannovesimo secolo, portando a caschi da immersione praticabili collegati da tubi flessibili a una fornitura d’aria in superficie. Questa attrezzatura tendeva ad essere pesante e ingombrante, realizzata con centinaia di chili di metallo per resistere alla pressione dell’acqua profonda. I lavoratori su tunnel e ponti scendevano in enormi campane di ghisa o camere simili a ascensori chiamate cassoni. Poiché si sapeva poco dei pericoli della pressione, molti di questi lavoratori si ammalarono e morirono di quella che fu chiamata malattia del cassone, ora conosciuta come malattia da decompressione.

Le basi per le future immersioni commerciali furono gettate dopo la seconda guerra mondiale. Il subacqueo svizzero Hannes Keller utilizzò una campana subacquea nel 1962 per raggiungere una profondità di 300 m (984 ft). La sua campana era ad una pressione leggermente superiore rispetto al suo sito di immersione. Keller respirò una miscela di elio

Una campana di Halley.

e ossigeno attraverso tubi collegati a una macchina nella campana. Egli ha dimostrato che la campana subacquea potrebbe essere un modo prezioso-stazione per un subacqueo profondo, fornendo non solo gas traspirante, ma anche elettricità, dispositivi di comunicazione, e acqua calda per riscaldare la muta da sub.

Immersione saturazione è stato reso possibile dal lavoro del Dr. George Bond, direttore della Marina degli Stati Uniti Submarine Medical Center a metà degli anni 1950. I suoi esperimenti hanno dimostrato che il tessuto di un subacqueo è diventato saturo di azoto dopo un certo tempo di esposizione. Dopo aver raggiunto il punto di saturazione, la durata dell’immersione non è stata importante. Un subacqueo potrebbe rimanere sotto pressione per settimane o mesi. Il tempo necessario per la decompressione sarebbe lo stesso, se il subacqueo è rimasto al punto di saturazione per un’ora o una settimana. Gli esperimenti di Bond hanno portato allo sviluppo di sistemi di immersione profonda. Questi sono stati utilizzati frequentemente dai lavoratori dell’industria petrolifera negli 1970 e 1980, quando le piattaforme di trivellazione petrolifera offshore sono fiorite.

La batisfera e il batiscafo

Due importanti campane subacquee moderne erano la batisfera e il batiscafo. Queste erano navi da immersione in acque profonde fatte per l’osservazione scientifica. La batisfera fu costruita da William Beebe, uno zoologo americano, e dall’ingegnere Otis Barton nel 1930. Beebe, affascinato dalla vita sottomarina, concepì la macchina subacquea e Barton fu in grado di progettarla. L’idea di Barton era di rendere la camera perfettamente rotonda per distribuire uniformemente la pressione dell’acqua. È stato fabbricato da acciaio fuso poco più di 1 in (2.5 cm) di spessore e 4.75 ft (1.5 m) di diametro. La bathysphere pesava un enorme 5.400 lb (2.449 kg), quasi troppo pesante per la gru disponibile per il sollevamento. Beebe e Barton fecero diverse immersioni al largo delle Bermuda nella bathysphere, raggiungendo una profondità di 3.000 ft (900 m) nel 1932. A causa della grande forza della sfera i subacquei erano protetti dalla pressione, ma la batisfera si dimostrò ingombrante e potenzialmente rischiosa. Fu abbandonato nel 1934.

Un decennio dopo, un padre e un figlio svizzeri, Auguste e Jacques Piccard, progettarono una nave simile chiamata batiscafo. Il batiscafo resisteva agli effetti della pressione, come la batisfera, con una pesante camera sferica in acciaio. La camera era appesa sotto un grande contenitore leggero pieno di benzina. Il rilascio delle valvole dell’aria ha permesso al batiscafo di perdere galleggiabilità e affondare sul fondo dell’oceano sotto il proprio potere. Per risalire, gli operatori hanno rilasciato la zavorra di ferro, facendo salire lentamente la nave. Il primo batiscafo fu costruito nel 1946, ma irreparabilmente danneggiato nel 1948. Una macchina migliorata scese a 13.000 ft (4.000 m) nel 1954. I Piccardi costruirono un altro batiscafo, chiamato Trieste, nel 1953. La Marina degli Stati Uniti acquistò la Trieste nel 1958. Jacques e il tenente della Marina Donald Walsh raggiunsero una profondità record di 35.810 piedi (10.916 m) nella Fossa delle Marianne nel Pacifico nel 1960.

Materie prime

Le campane subacquee moderne sono realizzate in acciaio a grana fine ad alta resistenza. Le finestre sono costruite in acrilico fuso di un grado speciale progettato per recipienti a pressione. La campana ha anche bisogno di una cintura esterna in alluminio spesso per proteggerla dagli urti. La campana è dipinta con una vernice epossidica marina di alta qualità. Le specifiche in acciaio e alluminio variano a seconda della profondità prevista della nave.

Design

Le campane subacquee sono costruite su misura secondo le specifiche del cliente. Il cliente si avvicina al produttore con uno schema di ciò che è necessario. A seconda delle esigenze, il contorno specificherà la forma della campana, il numero minimo di occupanti, il numero di finestre e qualsiasi altra esigenza speciale, come i rack per contenere le attrezzature. Il produttore esamina il piano del cliente e quindi redige un progetto finale.

La produzione e la progettazione di campane subacquee è effettuata in base a specifiche normative fornite dall’American Society of Mechanical Engineers (ASME). ASME ha una sottosezione che regola quelli che sono generalmente chiamati recipienti a pressione per l’occupazione umana, o PVHOs. PVHOs includono campane subacquee così come le navi sommergibili, camere di decompressione, camere di ricompressione, camere ad alta quota, e altri. ASME stabilisce standard rigorosi per tutti gli aspetti delle campane subacquee, dalla progettazione alla fabbricazione e ai test. I produttori e i loro subappaltatori devono tutti seguire le linee guida ASME passo dopo passo attraverso il processo di produzione al fine di ricevere un timbro ASME sulla campana finita.

Il processo di produzione

Fare la campana

• 1 Il corpo della campana è formato da acciaio forte e a grana fine. La piastra in acciaio laminato viene posta su un nastro trasportatore e inviata attraverso una sega automatica che taglia la piastra nella parte superiore, inferiore e laterale della campana.
• 2 Le sezioni vengono inviate ad un negozio di saldatura certificato per questo tipo di costruzione. Ogni sezione è saldata manualmente insieme. Le saldature devono essere in grado di resistere ad alta pressione ed essere assolutamente a tenuta d’acqua. Il negozio di saldatura segue le linee guida stabilite da ASME.
• 3 finestre in acrilico fuso, realizzate da un subappaltatore o dal produttore di campane, sono montate in posizione.

Ispezione e prova

• 4 Dopo che le sezioni sono state saldate insieme, la campana viene ispezionata. Può essere sottoposto a vari test, dall’ispezione visiva delle saldature alle scansioni ultrasoniche. Dopo questi test arriva il ” test di prova.”La campana è riempita d’acqua e pressurizzata per un’ora a una volta e mezza la pressione che è stata costruita per resistere. In altre parole, se la campana è stata progettata per resistere alla pressione trovata a una profondità di 600 ft (183 m), 282 psi, il produttore la sottopone a pressioni trovate a 900 ft (274,3 m), o 415 psi. La campana dovrebbe essere facilmente in grado di resistere al test di prova. È stato progettato per resistere a una pressione di quattro volte la sua pressione di uso generale, come precauzione di sicurezza.

Pittura e finitura

• 5 Successivamente la campana è dipinta. Spruzzatori meccanici rivestono la campana con una vernice epossidica marina di alta qualità che è in grado di resistere all’uso approssimativo che la campana sopporterà sott’acqua.
• 6 Quindi l’interno della campana è finito. La campana terrà una varietà di dispositivi come un riscaldatore, strumenti, luci, rimozione di anidride carbonica e ventilatori. Le staffe per questi dispositivi sono imbullonate all’interno della campana. Anche i casi di tubazioni e cavi sono imbullonati in posizione. La campana non è pronto per l’uso fino a quando tutte le attrezzature è a posto.

Certificazione

• 7 Se la campana supera tutti i test e le ispezioni, viene timbrata con un sigillo ASME. Ciò significa che è stato costruito in conformità con gli standard ASME e si presume sicuro per l’occupazione umana. La singola campana è anche dato un certificato di registrazione dove è stato costruito, quando, e da chi. Sono conservati anche altri documenti, come l’origine dell’acciaio utilizzato per il corpo.
• 8 Il produttore consegna la campana come nave “grezza”. Il cliente lo rifornisce quindi con tutti i macchinari necessari come dispositivi di tracciamento, telecamere e trasmettitori radio.

Controllo di qualità

Il controllo di qualità è estremamente importante per una nave utilizzata per lavori subacquei intrinsecamente pericolosi. Il controllo di qualità è integrato nel processo di produzione della campana subacquea, perché i produttori seguono gli standard stabiliti da ASME. Non solo la campana è stata testata dopo la costruzione, ma anche la progettazione preliminare è stata eseguita in un modo che soddisfa le regole ASME. L’autorità di regolamentazione generale sulle immersioni, tra cui

Una moderna capsula di trasferimento del personale (PTC).

immersioni commerciali, negli Stati Uniti è la Guardia Costiera.

Il futuro

La Marina degli Stati Uniti prova anche varie attrezzature subacquee per il proprio uso. Gestisce un’unità subacquea sperimentale che verifica le attrezzature esistenti e prova la tecnologia subacquea all’avanguardia. L’Unità subacquea sperimentale impiega anche medici e ricercatori che studiano gli effetti fisiologici delle immersioni. Alcune di queste ricerche possono portare a regolamenti che effettuano subacquei commerciali. Questo a sua volta può influenzare le procedure di sicurezza e le prove di controllo della qualità per le campane subacquee e altri apparecchi subacquei.

I subacquei commerciali si affidano alle campane subacquee ogni giorno per il trasporto tra una camera pressurizzata e un sito di acque profonde. Lo sviluppo delle immersioni di saturazione ha portato a un modo molto più efficiente di svolgere un ampio lavoro subacqueo, perché i subacquei devono decomprimere solo una volta alla fine del lavoro. Alcune ricerche attuali, tuttavia, studiano modi per fare a meno della decompressione del tutto. Alcuni ricercatori hanno studiato la possibilità di dotare i subacquei di branchie artificiali, consentendo loro di respirare ossigeno direttamente dall’acqua. Un’altra possibile nuova tecnologia è chiamata respirazione liquida. A pressione profonda, se i polmoni sono riempiti con un liquido contenente ossigeno, possono teoricamente continuare a funzionare. Ipoteticamente, un subacqueo potrebbe essere in grado di respirare fluorocarburo liquido ossigenato da un serbatoio portatile. Ciò consentirebbe a un subacqueo di immergersi più a fondo senza l’uso di una camera a pressione e di una campana subacquea. Un’altra strada di indagine è la cosiddetta decompressione biologica. Un batterio speciale nel corpo potrebbe essere usato per metabolizzare i gas intrappolati nel tessuto che causano la malattia da decompressione. Ciò eliminerebbe la necessità di decompressione in una camera. Se una qualsiasi di queste tecnologie è diventata praticabile per i subacquei commerciali, il sistema esistente di camera a pressione e campana subacquea può alterare.