Transcript Vetenskaplig RB rapport

Rebreather
Cecilia Gerlitz
NV09B
Projektarbete 2011/2012
Åva gymnasium
Täby
2012-01-18
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING ...................................................................................... 3
INLEDNING ................................................................................................... 4
BAKGRUND .......................................................................................................................... 4
SYFTE: .................................................................................................................................. 9
FRÅGESTÄLLNINGAR:......................................................................................................... 10
METOD: .............................................................................................................................. 10
Förberedande: ............................................................................................................................. 10
Försöket: .................................................................................................................................... 10
AVGRÄNSNINGAR:.............................................................................................................. 11
MATERIAL: ......................................................................................................................... 11
GENOMFÖRANDE: ........................................................................................ 12
FÖRBEREDANDE: ................................................................................................................ 12
FÖRSÖKET: ......................................................................................................................... 14
RESULTAT: ................................................................................................... 15
DISKUSSION: ................................................................................................ 24
KÄLLFÖRTECKNING:.................................................................................... 28
2
Sammanfattning
Projektets syfte är att försöka bygga en enkel modell av ett rebreathersystem där fokus ligger på
att rena utandningsluften från koldioxid. Och sedan göra enkla mätningar för att se om det går att
det går att mäta effektiviteten hos det kalk som används för att rena bort koldioxiden med hjälp
av temperaturen. För att kontrollera detta jämförde vi temperaturskillnaden med den verkliga
koncentrationen av koldioxid som vi mätte med hjälp av mätutrustnings som används på bilars
avgassystem. Våra resultat visade tydligt hur temperaturen steg när vi andades genom kalkröret.
Hur reaktionen som skedde hela tiden flyttades bak i röret. Från att i början ha legat precis i
början av röret till att förflytta sig längre och längre bak i röret. Samtidigt kunde vi se på hur
halterna av koldioxid minskade med några procentenheter mellan den luften som gick in i röret
och den luft som passerat genom kalket. Vi kunde se hur halterna ändrades beroende på vem det
var som andades. En större person förbrukade mer syre och andades också därför ut mer
koldioxid. Effekten på kalket varierade beroende på vilken koncentration koldioxiden hade i
utandningsluften.
3
Inledning
Bakgrund
Våran planet brukar ibland kallas för den blå planeten vilket kanske inte är så konstigt när haven
och oceanerna tillsammans utgör över 70 % av jordens yta (havet.nu u.d.). Det är just från haven
som det första livet utvecklades. Vi människor har alltid fascinerats av olika typer av miljöer och
så även för havsmiljöerna. Människan är egentligen konstruerad för att leva på land. Våra
kroppar klarar bara av att vara under vattenytan en kort stund. Vi är beroende av syre för att
kunna överleva precis som allt annat liv här på jorden. Våra lungor är konstruerade så att de ska
kunna klara av att ta upp syret som finns i den luft vi andas. Vi kan inte ta upp syret som finns i
vattnet, det är något som våra lungor inte klarar av. Vilket leder till att vi bara kan vara under
ytan så pass länge så att allt syre som finns i våra lungor förbrukats sen måste vi upp till ytan igen
för att få i oss mer nytt syre. Detta har begränsat människan, vi har bara kunnat utforska de
vattenmiljöerna som finns närmast ytan. Vi har hela tiden försökt förbättra våra möjligheter att
komma längre och längre ner under ytan.
Kroppen klarar att ta upp ca 3,6 procentenheter av det syre som finns i luften (Kjøller, Slutna
avdelningen del 1 - grundbegrepp och historik 2008). Den luft som finns i atmosfären innehåller
ca 21 % syre och resten består nästan bara av kväve. Detta ger då att utandningsluften innehåller
ca 17,4 % syre, 3,6 % koldioxid och 79 % kväve. Dykare som använder öppna system använder
alltså endast ca 3-4 procentenheter av all luft de tar med under ytan, vilket alla kan förstå inte är
ett särskilt effektivt sätt att dyka på.
Syret är något som vi människor inte kan klarar oss utan men syret kan också vara giftigt om den
luft man andas innehåller syre med ett högt partialtryck. Men vad är egentligen syrets
partialtryck? För att förstå begreppet partialtryck måste man första förstå vad Daltons lag innebär.
Daltons lag innebär att det totala trycket i en gasblandning består av summan av de ingående
gasernas partialtryck, där varje gas uppträder som om den ensam fyller ut hela volymen. Detta
innebär att en gas påverkar kroppen enbart beroende på gasens partialtryck. Det totala trycket har
ingen betydelse för hur gasen påverkar kroppen. Partialtryck anges med enheten atmosfär, vilket
brukar skrivas som ata (absoluta atmosfärtrycket). En atmosfär motsvara ungefär det tryck som
den omgivande luften har vid havsytan. Under vattenytan stiger det totala trycket med ca 1 ata
var 10: meter (Enriched Air Diver Manual 2001).
Syrets partialtryck är med andra ord ett mått på hur stor del av det totala trycket i en
gasblandning som syret står för. Syrets partialtryck skrivs pO2. När man ska beräkna en gas
partialtryck multiplicerar man den procentuella halten av gasen med det totala trycket i ata. Så
vid havsytan där det totalatrycket är ca 1 ata blir syrets partialtryck ca 0,21 ata, halten syre i
luften är ca 21%. När man dyker med syreberikad luft gäller det att syrets partialtryck inte
överstiger 1,4 ata, överstiger man denna gräns finns det risker för syrgasförgiftning. Ju högre syres
partialtryck är desto kortare tid kan en dykare utsätta sig för det innan det finns risker för
förgiftning. För att vi ska kunna andas måste syrets partialtryck ligga mellan 0,18 och 1,6 ata.
Man brukar använda 1,4 ata som gräns därför att metoderna som används för att mäta
partialtryck blir mindre exakta efter 1,4 ata så därför finns det en säkerhetsmarginal på 0,2 ata
(Enriched Air Diver Manual 2001). Men man kan även drabbas av syrgasförgiftning om man
under längre tid andas in syre med ett partialtryck på strax över 0,5 ata. Denna typ av förgiftning
drabbar sällan eller aldrig rekreations dykare utan drabbar nästan bara personer som genomgår
4
långvarig syrgasbehandling (Avancerad dykning 1995). Ett högre partialtryck på syret i luften leder
till att man snabbare kan drabbas av syrgasförgiftning. De vanligaste symptomen är bröstsmärtor
och hosta. CNS-toxicitet, Centrala NervSystems förgiftning, inträffar endast vid ett högre
partialtryck. Detta Kan inträffa redan vid ett djup på 6 m om man andas rent syre. Symptom för
CSN-toxicitet är bland annat muskelryckningar, illamående, förvirring, yrsel
koordinationssvårigheter och kramper. (Avancerad dykning 1995). Det farligaste för en dykare att
drabbas av är så klart kramper, kramper som uppstår pga. syrgasförgiftning är extra förrädiska
eftersom de kan uppstå helt utan förvarningar. Det är därför extremt viktigt att hela tiden hålla
koll på vilket djup som den luft man andas börjar bli giftig, d.v.s. då syrets partialtryck överstiger
1,4 ata.
Varför behöver då kroppen syre? Jo, syre behövs då kroppen omvandlar syre och socker i cellerna
till energi. När kroppen förbränner syre och socker i cellerna bildas CO2 som en rest produkt. CO2
transporteras från alla små celler ut i blodet och vidare till lungorna som vädrar ut koldioxiden
och ersätter den med nytt syre. Syret som vi andas in i våra lungor överförs till ett protein i
blodet, hemoglobin, som sedan transporterar syret ut till de koldioxidrika cellerna. Där sker ett
utbytte och cellerna. Vid högre belastning ökar behovet av syre. Behovet tillgodoses genom att en
större mängd syre per tidsenhet passerar genom blodet. Själva andningsreflexen sitter i hjärnan
och den styrs av blodets koldioxidhalt. Normalt har vi människor en andningsreflex på ca 12-14
andetag per minut men detta kan snabbt mångdubblas vid hårt arbete. En genomsnittlig dykare
gör i snitt av med 30 liter luft per minut vid ytan (Avancerad dykning 1995).
Bild 1: De röda blodkropparna innehåller hemoglobin, som binder och transporterar syre och koldioxid. När blodet passerar genom lungblåsorna i lungorna lämnar hemoglobinet ifrån sig det koldioxid som bildats i cellerna. I lungblåsorna tar blodet samtidigt upp syre, som sedan transporteras ut till cellerna i kroppen. (Gunnel Bjerneroth Lindström 2005) Redan under antiken kom man på att man kunde ta långa vassrör och använda dem som
andningsrör. Sedan dess har man utvecklat allt mer och mer effektiva och säkra metoder för att
kunna ta sig allt djupare och stanna där under längre och längre tid. Idag är den vanligaste
metoden som används att dyka med så kallade öppna system. Dessa system bygger på att man tar
med sig den luften man ska andas i en flaska. Under ytan sen släpper man ut den när man andats
5
den. Detta system är relativt säker men inte särskilt effektivt. Eftersom kroppen inte klarar att ta
upp allt syre i luften kommer det alltid finnas syre kvar i den luften som bara släpps ut.
Men det finns andra system man använder idag som kan ”återanvända” utandningsluften och
låter oss förbruka så gott som allt syre innan luften släpps ut eller fylls på med nytt syre. Dessa så
kallade slutna system är det som idag brukar kallas för rebreather. Det finns i dag tre typer av
rebreathers:
• Rebreather med ren syrgas
• Halvslutna rebreather, SCR (Semi Closed Rebreather)
• Helslutna rebreather, CCR (Closed Circuit Rebreather)
(Kjøller, Slutna avdelningen del 1 - grundbegrepp och historik 2008)
Generellt sett är en består alla rebreathers av ungefär samma delar. En rebreather har
andningsslangar som man andas luften ur med hjälp av munstycken, andningssäck som man
förvarar utandningsluften i, en behållare som renar utandningsluften från CO2 även kallad en
scrubber, en behållare som fyller på med nytt syre i systemet och till sist en mekanism som gör att
luften strömmar åt ett och samma håll hela tiden. Skillnader mellan de olika typerna är hur de
fyller på med ny gas och om de mäter syret partialtryck i systemet eller inte (Kjøller, Slutna
avdelningen del 1 - grundbegrepp och historik 2008).
Syrgas rebreathern är den enklaste men också den farligaste typen av rebreather. Den bygger på
att man hela tiden andas ren syrgas. Systemet fylls hela tiden på med nytt syre som ersätter det
som förbrukats i kroppen. Denna typ av rebreather fungerar dock bara på väldigt grunda djup.
Efter som ren syrgas blir giftig om syrets partialtryck överstiger 1,4–1,6 bar, vilket leder till att
man bara kan dyka ner till ca 4-6m djup (Kjøller, Slutna avdelingen del 2 - de tre grundtyperna
2008).
I en halvsluten rebreather späder man ut syrgasen med en annan gas som kallas för diluentgas.
Oftast används helium eller kväve som diluentgas. Då kan man själv bestämma halten syre i
blandningen, om halten syre överstiger 21 % kallas blandningen för nitrox. Gasen fylls på med ett
konstant flöde oavsett vilket djup man dyker på. Flödet anpassas till vilken syregashalt man väljer
att dyka med och syreförbrukningen. Man måste se till att det tillsatta syret motsvarar eller ännu
hellre överstiger behovet. Hur stor själva syreförbrukning är beror bland annat på hur stor den
fysiska ansträngningen är. Eftersom man i en halvsluten rebreather späder ut syret kommer
partialtrycket inte vara lika högt som i en rebreather med rent syre och man kan därför dyka
djupare, hur djupt beror på ur stor syrehalten är. Men en nackdel med detta system är att stora
delar av gasen är inert vilket betyder att den är overksam i kroppen. Det fylls hela tiden på med
ny gas vilket leder till att halten diluentgas hela tiden fylls på, eftersom den inte förbrukas, och
man måste därför med jämna mellanrum släppa ut lite av gasen (Kjøller, Slutna avdelingen del 2
- de tre grundtyperna 2008).
Helslutna rebreather eller CCR är de mest avancerade och nyaste rebreathers som finns idag.
CCR är praktiska för teknisk dykning eftersom den fungerar som en dynamisk gas blandare. Den
blandar helt enkelt till den gasblandning som är mest lämpad för just den delen av dykningen och
ändrar sen den när det behövs. Den fyller på med diluentgas precis som hos SCR med ett
undantag den fyller bara på när det behövs alltså behöver man aldrig släppa ut någon överflödig
gas. Diluentgasen och syre förvaras därför i två separata flaskor så att man ska kunna reglera
6
blandningen optimalt. Diluentgasens enda uppgift är att se till att samma volym behålls hela
tiden. Helslutna rebreathers håller konstant partialtryck på syrgasen i systemet och med hjälp av
mätsonder fyller den på när syrehalten blir för låg. Man försöker hela tiden ha ett så högt
partialtryck på syret som är säkert och ett så lågt som möjligt på diluentgasen. Ju mindre
diluentgas desto kortare blir dekompressionsstoppen man måste göra när man går upp till ytan.
Dekompression betyder att man övergår från ett högre tryck till ett lägre, vilket inträffar vi
uppstigning vid dykning. Detta kan vara farligt då trycket minskar och gaserna i kroppen ändrar
sin volym, blir större. För att undvika bland annat bubblor i blodet använder man sig av
dekompressionsstopp vid dykning. Vid stoppen väntar man ett tag så att kroppen hinner ventilera
ut överskotts gas i blodet innan man fortsätter uppstigning. Struntar man i att låta kroppen
balansera gasvolymerna kan det leda till tryckfallssjuka (dykarna.nu u.d.).
Fördelar med helslutna rebreather kan sammanfattas så här:
• Effektivare utnyttjning av syret
• Gynnsammare dekompressionstider
• Tystare dykning utan bubblor
• Luften man andas in är varm och fuktigt
Just själva effektiviteten ökar ju djupare man dyker om man jämför med öppna system. I ett
öppet system går ca 95 % av syret till spillo (Kjøller, Slutna avdelingen del 2 - de tre grundtyperna
2008).
Att slippa störande bubblor gör att man kan komma närmare djur utan att man ska behöva
skrämma dem. Det är också praktiskt när man vill ta fina och harmoniska bilder under ytan. Att
luften är varm och fuktig beror på att den andas flera gånger och på grund av den kemiska
reaktionen som sker när man renar luften från CO2. Reaktionen som sker är en exoterm reaktion
vilket betyder att det frigörs värme samtidigt bildas det vatten som en rest produkt i reaktionen
vilket för att luften blir både varm och lite fuktig. I öppna system måste luften vara extremt torr
och när den inandas blir den också kall. Att luften blir kall beror på att när den pressades in i
flaska bildades värmeenergi som omvandlas till rörelseenergi sen när den släpps ut ur flaskan,
vilket leder till att luften blir kall. När kroppen andas in kall luft måste den värma och fukta den
när den kommer in i kroppen. Men det är inte bara fördelar med ett sådant här system det finns
också några stora nackdelar. Priset är en ganska stor nackdel. En helt ny utrustning kostar mellan
50 000 och 60 000 kr, plus att man måste tänka på utbildningskostnaderna. De flesta tillverkare
har en utbildningskurs på ibland upp till en vecka på sina utrustningar. Däremot är det bara en
engångskostnad, själva driften av utrustningen är billigare än med ett vanlig öppet system. Priset
på scrubber-materialet ligger på ca 75kr/kg. (sublight - undervattensteknik u.d.). På en rebreather
av märket sentinel packar man en behållare med 2,2 kg kalk, detta ger ett pris på ca 150 kr för en
laddning (Bantin 2010). För att kunna dyka sen behöver man också flaskor med syrgas blandat
med en diluent gas. Att fylla en flaska med nitrox kostar ca 100kr. när man dyker med vanliga
öppna flaskor använder man sig antingen av vanligt luft i flaskorna, det kostar ca 50 kr att fylla,
eller med en blandning med nitrox eller hellium, vilket kostar ca 100kr att fylla.
Systemet är också starkt beroende av att all elektronik fungerar som den ska. Elektroniken styr
regleringen av syret och diluentgas, om elektroniken slutar fungera är det svårt att själv upptäcka
tidiga stadier av syrebrist och syreöverskott. Den som dyker måste därför hela tiden kolla och
dubbelkolla all elektronik och halterna av de olika gaserna. Sen kräver en sådan här utrustning
mycket vård och planering av dykaren. Det kräver att dykaren är disciplinerad och själv kan se
7
vilken typ av dyk och hur han eller hon ska trema in sin utrustning på bästa tänkbara sätt (Kjøller,
Slutna avdelingen del 2 - de tre grundtyperna 2008).
Idag påstår många bland annat Kevin Gurr på VR Technology att vem som helst kan bygga sin
egna rebreather (Bantin 2010). Han bland många andra menar att den bakomliggande teorin är så
pass enkel och att en rebreather består av endas ganska enkla komponenter, att det därför skulle
vara enkelt att själv bygga en egen. Men detta vekar inte vara så enkelt som det låter. Man har
kunnat koppla ett antal olyckor till fel konstruktion. Så stämmer det verkligen att vem som helst
kan bygga en egen rebreather.
Idag är det många som över utnyttjar scrubbern, behållaren med kalk som renar luften från CO2.
En skrubbers livslängd beror på hur djupet, behållarens utformning och typ av gas. Skrubberns
effektivitet avtar med djupet och hur mycket gas som passerar genom skrubbern. När man
konstruerar sin egna rebreather är det viktigt att tänka på andningsarbetet. Hur tungt är det att
andas genom systemet. Andningsarbetet beror främst på två saker i konstruktionen.
Tryckskillnaden som uppkommer på grund av andningssäckens placering och
strömningsmotståndet genom andningskretsloppet.
Dödsolyckor som orsakats av just apparat fel är bland annat:
• Fel på automatventilerna som förser systemet med syre och diluentgas.
• För höga syrgashalter i andningsgasen
• Fel på tätningar
• Fukt i elektroniken
• Fel på backventilerna
Sen finns det också dödsolyckor som inte kopplats till apparaten utan till handhavande fel. Några
sådana exempel är:
• Dykaren har inlett dyket med datorn avstängd
• Flaskorna till syrgasen och diluentgasen var stängda
• Felaktig packning av scrubbern
• Dyket överskred maxtiden för skrubberns absorptionsförmåga
(Bantin
2010)
Scrubbern i en rebreather är själva huvuddelen. Det är där själva reningen går till. Kalken
reagerar med koldioxiden och bildar vatten och kalciumkarbonat. Själva reaktionen sker i tre
steg. I det första steget reagerar CO2 med vatten och löses i vattnet. Så här ser första steget ut:
!!!(!"#) + !! ! → !"! (!")
I andra steget reaktionen reagerar lösningen med koldioxid med natriumhydroxid och bildar
natriumvätekarbonat. Så här ser det steget ut:
!"! (!") + !"#$ → !"#$!!
I det sista steget reagerar natriumvätekarbonaten från steg två med kalciumhydroxid och bildar
kalciumkarbonat, natriumhydroxid och vatten. Så här ser det sista steget i reaktionen ut:
!"#$!! + !" !" ! → !"!!! + !"#$ + !! !
Sammanfattar man alla stegen i en reaktionsformel ser det ut som följande:
!! ! /!"#$
!!!(!"#) + !" !" ! (!) !"!!! + !! !
Reaktionen är en exoterm reaktion, vilket betyder att det frigörs värme vid själva reaktionen. Det
är denna värme som man i slutna system mäter för att se hur om kalket fungerar som det ska.
Men kan man lita på att värmeutvecklingen som sker går att mäta och att man på så sätt kan
8
garantera att det inte längre finns någon eller ytterst lite koldioxid i den luft som passerat genom
kalkfiltret.
Bland de vanligaste felen som lett till olyckor handlar flera om just scrubbern. En handlar om att
dykaren överskattar scrubberns livslängd. Livslängden påverkas av många faktorer, bland annat
behållarens design, mängd luft som passerar genom scrubbern, vatten temperaturen mm. Även
djupet har en effekt på scrubbern. Ju djupare desto mindre effektiv blir scrubbern.
I nedanstående tabell ser man hur scrubberns livslängd förändras beroende på hur mycket
scrubbermaterial man använder samt hur djupt man dyker. T.ex. kan man läsa sig till att 4 kg
kalk räcker till 310 min på ca 20 meters djup.
Bild 2: Tabell över livslängden hos scrubbern. De röda fälten visar tider men det är i praktiken omöjligt att packa så
mycket/lite i en rebreather. Djupet anges i fsw, feet sea water, vilket anger djupet i fot under havsvatten som har
något högre densitet än vanligt sötvatten. Observera att dessa tider bara är ungefärliga och att man även måste räkna
med vissa yttre faktorer också som t.ex. behållarens design, mängden gas och temperatur. (Lombardi och Valainis
u.d.)
På dykflaskor anger man trycket i bar. Bar är precis som ata ett mått på tryck. 1 bar motsvarar
ungefär 1 ata. För att räkna ut hur mycket luft som finns i en flaska med t.ex. 200 bars tryck
behöver vi först veta hur mycket de rymmer med 1 bar, atmosfärstryck. Anta att den då rymmer
12 liter, vid 200 bars tryck blir det då 12 × 200 = 2400 liter luft. Dyker vi ner till 20 meter där
trycket är 3 bar, eller ca 3 ata, har luften i flaskan komprimerats ner till en volym av 2400 ⁄ 3 = 800
liter luft. Detta är mycket viktigt att känna till då man planerar att göra ett djupt dyk.
9
Syfte:
Syftet med det här projektet var att söka förståelse till hur säker och pålitlig en rebreather idag är.
Få en djupare kunskap i vad in- och utandningsluften innehåller. Hur man med relativt enkla
medel kan tillverka en fungerande rebreather. Syftet är inte att bygga en rebreather som går att
dyka med utan bara ett liknande system. Ett system där man ska kunna mäta effektiviteten i det
kalk som används till att filtrera bort koldioxiden. Syftet är också att se om den värmeutveckling
som sker är ett bevis på att det mesta av koldioxiden har filtrerats bort. Samt att få en
lättöverskådlig bild av hur säkert det är att dyka med rebreather. Om fördelarna som tex
effektiviteten överväger nackdelarna som priset.
Frågeställningar:
•
•
•
Hur effektivt går det att rena utandningsluften från koldioxid med hjälp av kalk?
Fungerar det att mäta kalkets effektivitet genom att mäta värmeutvecklingen?
Hur mycket effektivare är de slutna rebreathersystemen än de vanligare och billigare
öppna systemen?
Metod:
Förberedande:
Förts måste vi bygga upp ett rörsystem där vi kan packa kalken och koppla till både termometrar
och annan mätutrustning. Systemet kommer bestå av ett munstycke som sedan kopplas vidare
till ett slutet rör. I detta munstycke kommer vi placera slangen som går vidare till
mätutrustningen. I röret kommer kalken att packas tillsammans med tre termometrar.
Termometrarna kommer vara utsprida längs rörets längd så att vi ska kunna se hur temperatur
skillnaderna inuti kalken. Ut ur det slutna röret kommer vi koppla in en slang. Slangen delar vi
av strax efter det att den kommit ut ur röret med kalken och kopplar den ena änden till
mätutrustningen och den andra kopplar vi på en längre slang som vi låter överskottsluften passera
ut genom. Att vi valt att koppla mätutrustningen så pass nära kalken är att vi vill minska risken
att få ett baksug som leder till att vi får blandade mätvärden, där den renade luften från kalken
kommer blandas med luften som finns i rummet. Använder vi oss av en lång slang på slutet
kommer ett litet baksug inte påverka mätresultaten eftersom luften från rummet inte kommer så
långt in i röret.
För att kunna mäta om rebreathern vi byggt upp verkligen renar bort koldioxiden tillräckligt bra
kommer vi att använda oss av en gasmätare som klarar av att mäta halten av CO, CO2 och O2.
För att få tillgång till en avancerad mätutrustning kommer vi låna utrustning som egentligen
används för att kontrollera bilars avgasrening. På sådan utrustning kan man i realtid se hur
halterna av gaserna minskar eller ökar. Till sådan utrusning finns även termometrar som i vanliga
fall används till att mäta oljetemperatur som vi kommer att använda till att mäta temperaturen
innan kalken och efter kalken.
Försöket:
När all utrusning är på plats startar vi med att börja andas in i munstycket. Viktigt här är att hela
tiden tänka på att bara andas ut i munstycket och andas in utanför. Börjar vi andas in genom
10
munstycket kommer vi få ett baksug och luften kommer att gå vända i system flera gånger.
Därför är det viktigt att andas in genom näsan utanför munstycket och sedan andas ut genom
munnen in i själva munstycket.
Under de första minuterna kommer vi att anteckna ner halterna och temperaturerna i kalken med
ganska korta mellanrum. När vi sedan märker att värdena börjar stabiliseras antecknar vi bara ner
gas halterna och temperaturen var 5-10:e minut.
Försöket avslutas när ett vi fått tillräckligt med mätvärden för att kunna se ett resultat och dra
slutsatser med hjälp av resultaten.
Efter det att vi slutat andats genom systemet mäter vi gaserna och temperaturen en sista gång.
Slutligen mäter vi även temperaturen i rummet och halterna av O2 och CO2 i rummet.
Avgränsningar:
Vi har avgränsat försöket till att bara göra det på land, skulle vi försöka göra försöket under
vattenytan skulle vi behöva mycket mer och dyrare utrustning. Hela systemet skulle behöva vara
hundra procentigt tät vilket blir svårare att bygga. Försökets syfte är främst att se hur det
egentligen fungerar och se hur effektivt det går att rena luften. Om vi skulle vilja försöka dyka
med rebreathern skulle vi dessutom behöva tillföra syret. Problemet med det är att det hela tiden
måste tillföras syre i sådan mängd att volymen syre i luften inte ändras. Blir det för lite eller för
mycket kan det vara skadande. Av säkerhets och kostnads skäl har vi därför valt att bara utföra
försöket på land.
Material:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ca 2 m plastslang 12mm
1 m torksskåpslang (munstycke) från K-Rauta
4 st slangklämmor 12-20mm från SeaSea
1 st förgreningsrör i plast 12mm
1 st slangklämma 70-120mm
Tre termometrar
Gasmätare (biltestare lånad från Bosch)
Avloppsrör
2 st stopp, som passar på avloppsröret
CO2 absorbent - Sofnolime 797
Luftfilter
Blompinne
Eltejp
Slangsockel 12,5mm med mutter
11
Genomförande:
Förberedande:
Vi började med att bygga upp rörsystemet enligt bilden nedan:
Bild 3: Rörsystemet med ”munstycket till höger, röret som senare fylldes med kalk och längst till vänster slang
delningen som senare kopplades till gasmätaren.
Vi tryckte fast ett avloppsstopp i ena änden av röret. I stoppet borrades flera hål jämnt fördelade
på hela ytan så att luften skulle kunna strömma jämnt genom. Sedan kopplade vi på
torkskåpsslangen på röret i den ände vi tryckt fast stoppet med borrhålen i. Den vita slangen på
bilden är torkskåpsslangen. Torkskåpsslangen förslöts runt röret med hjälp av en stor
slangklämma (70-120mm).
Mitt på röret borrades ett hål. Termometrarnas sensorer fördes in genom hålet så att de hamnade
på insidan av röret. Därefter tejpades temperatursensorerna fast på en blompinne med jämna
mellan rum. Över hålet lindades flera varv med tejp för att täta så att ingen luft skulle kunna
komma in den vägen. Termometrarna numrerades, den första termometern var den närmast
munstycket (torkskåpsslangen). Blompinnen tejpades sen fast på insidan av röret med sensorerna
riktade in mot mitten.
Bild 4: Blompinne med termometrarna fast tejpade med jämna mellan rum
12
I det andra avloppsstoppet borrades ett hål i mitten. I hålet skruvades sedan slangsockeln fast
med muttern. På slangsockeln trycktes sedan en ca 10 cm slang fast och förslöts med en
slangklämma (12-20mm). I andra änden på den korta slangen kopplades en förgreningsrör. I
förgreningsröret anslöts en kort slang (ca 10cm) och en långslang (ca 180cm). Alla anslutningar
förslöts med slangklämmor (12-20mm).
Bild 5: Slang förgrening efter röret
I båda delarna av rör stoppen placerades lite luftfilter. Luftfiltret använde vi oss av för att
förhindra att kalken från att kunna röra sig i system. Därefter fylldes kalken på så att hela röret
fylldes och sen sattes de båda delarna ihop.
Bild 6: Röret fylld med kalk
I den korta slangen efter röret tejpades gasmätarens sensor och en termometer. Slangens ände
tejpades sedan igen så att ingen luft skulle kunna komma in den vägen in i systemet. Den andra
gasmätaren och en termometer fördes in i munstycket (torksskåpsslangen). Vi försökte få
insugsslangen till mätaren att ligga så långt in i munstycket som möjligt för att förhindra att
mätaren skulle suga in luft från rummet.
13
Bild 7: Vårt system med all mätutrustning.
Bild 8: Utrustningen vi använde för att mäta halterna
av O2 och CO2.
Vi ställde in gasmätarna så att de skulle kontrollera halterna av CO, CO2, O2 och temperaturen
kontinuerligt under hela försökets gång. Alla mätvärden kunde vi se i realtid på dataskärmar i
form av
kurvor.
Bild 9: Ritning av systemet. Luften blåses in i över delen av bilden, går genom röret och kommer
till sist ut genom den långa slangen.
Försöket:
När vi började andas in i munstycket startade vi ett tidtagarur och båda gasmätarna samtidigt.
Varje minut under de första 4 minuterna skrev vi ner temperaturerna och gjorde en ”print screen”
14
på skärmarna där kurvorna visades. Varje utskrivet papper antecknades tiden och om det var
värden från utandningsluften eller värden efter kalken.
Efter de 4 första minuterna mätte vi temperaturen och gjorde nya utskrifter med allt längre
tidsintervaller. Efter 10 minuter mätte vi temperaturen och skrev ut nya kurvor med 5 minuters
mellanrum. På våra utskrivna kurvor kunde vi se hur halterna ändrades men kurvan för
temperaturen såg inte ut att ändra på sig. Vi beslöt då att använda oss av en extern termometer
som inte redovisade temperaturen i en kurva utan bara med ett exakt värde. Den externa
temperatursensorn förde vi först in i munstycket för att mäta temperaturen där och sedan även in
i den långa slangen efter röret. Så efter 43 min mätte vi med den externa termometern dessa två
temperaturer för att ha till att jämföra med våra utskrivna kurvor.
Efter en timme avslutade vi försöket och skrev ut de sista kurvorna. 10 min och 20 min efter vi
avslutade försöket mätte vi temperaturen en sista gång.
Sedan kopplade ur sensorerna till mätutrustningen och mätte gas halterna i luften. Vi valde att
mäta halterna med båda mätutrustningarna för att se att de gav samma värden.
Resultat:
Med termometrarna inne i röret kunde vi se att värmen först steg i den termometern som var
närmast inandningshålet och sedan efter en stund spreds sig till den i mitten och sist även till den
som var placerad sist i röret med kalk. Temperaturen steg långsamt i början för att sedan göra en
kraftigare ökning och sedan plana ut när den nått ca 35-40 grader. Efter att den börjat plana ut
kunde vi också se att värmen försköts till nästa termometer. Och att den började sjunka en aning
medan nästa termometer visade hur temperaturen ökade.
Våra resultat sammanställde vi i följande tabell:
Mätning Tid (min) T1 T2 T3 1 1 30,4 17,4 2 2 36,9 17,4 3 3 38,1 17,7 4 4 38,9 17,9 5 6 40,3 18,4 6 7 39,4 18,7 7 11 39,8 22,6 8 15 39,4 30 9 20 37,3 35,9 10 26 36 38,4 11 30 36 37,9 12 38 35,8 36,1 13 48 39,3 37,1 14 53 38,6 35,8 17,2 17,4 17,2 17 17,7 17,6 18,4 19,1 20,1 21,4 22,4 23,7 25,3 25,9 Person som andades André André André André André André André Cecilia Cecilia Cecilia Cecilia Cecilia André André 15
15 59 37,3 35,8 27,1 André/Cecilia/André Bild 10: Temperaturen vi uppmätte under försöket. T1 är den första termometern i röret och T2
den andra osv. Observera att mätningarna inte skedde med jämna mellanrum.
För att lättare kunna dra slutsatser med hjälp av våra mätvärden gjorde vi ett diagram som
tydligare visar hur temperaturen skiljde se vid olika tidpunkter hos våra termometrar.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
6
7
11
15
T1
20
T2
26
30
38
48
53
59
68
78
T3
Bild 11: Tabell över temperaturskillnaderna under hela försöket. Varje linje motsvarar mätvärden från en
termometer. Y-axeln visar temperaturen och X-axeln visar tiden. Observera att tidsaxeln inte är skalenlig.
Här ovan ser vi tydligt hur den första termometern, röd linje, var den som vart varm först och när
den började plana ut vi ca 40 grader ser vi att det sker en kraftig temperatur ökning vid den andra
termometern i mitten av röret, grön linje. Samtidigt blir det även varmare vid den sista
termometern i slutet av röret, lila linje. I slutet av röret var inte temperaturökningen lika kraftig
som den var i mitten men vi ser tydligt en uppåtgående trend som visar att alla tre termometrar
sakta stabiliseras runt 35 grader. Skulle vi fortsatt med försöket skulle troligtvis även den sista
termometern stanna av vid 35 grader precis som de båda andra.
Vi rummet mätte våra mätinstrument att O2-halten var 20,63% respektive 20,72%. Eftersom dessa
värden ligger så pass nära varandra räknade vi ut ett medelvärde för syrehalten i luften till
20,68%.
Uträkning:
!",!"!!",!"
!
= 20,675% ≈ 20,68%
Båda mätinstrumenten visade att det inte fanns någon koldioxid, CO2, i rummet. Temperaturen i
rummet var 21,1° respektive 21,6°. Vilket gav en medeltemperatur i rummet på 21,34°. Uträkning:
!",!!!",!"
!
= 21,35° ≈ 21,4°
16
Halten koldioxid i rummet var så pass liten att den kan bortses. Den ena mätaren gav ett utslag
på 0,01 % och den andra ett utslag på 0,00 % CO2, vilket är så pass liten att vi kan bortse från det
i våra senare slutsatser.
Bild 12: Volymhalterna av CO2 och O2 innan luften passerat genom röret med kalk. Blå linje är volymhalten av O2
och den gröna linjen volymhalten av CO2.
Vi kan se att det tar ca 10 sekunder innan volymhalterna börjar ändras. Efter de första 10
sekunderna börjar syrehalten sjunka från ca 21 % ner till 17 % för att sen stiga något och plana ut
strax över 18 %. Samtidigt som syrehalten sjunker stiger halten koldioxid från att ha legat på 0 %
till att stiga upp till strax under 5 % och sedan plana ut och stabilisera sig på strax över 4 %.
Kurvan som visar volymhalterna syre och koldioxid efter kalkfiltret visar lite annorlunda
volymer.
17
Bild 13: Volymhalterna CO2 och O2 efter luften passerat genom kalkfiltret. Lila linje visar syrehalten och blå linje
visar koldioxidhalten.
Här tar det ytterligare ca 10 sekunder innan volymerna börjar ändras. Efter ca 15 sekunder börjar
syrehalten att sjunka från strax över 17 % ner till 14,5 % och sedan sakta stiga upp till 15,5 % där
den planar ut. Koldioxidhalten tar ytterligare 5 sekunder på sig innan volymen ändras.
Koldioxidhalten stiger här från att ha legat på 0 % till att stiga upp till 1 %.
Efter några minuter verkade halterna ha stabiliserat sig och visade inte längre några stora
förändringar. Syrehalten innan luften passerade genom kalken fortsatte att stiga något så att
volymhalten syre låg på ca 19 % där den senare pendlade mellan 18,5 och 19 % under resten av
tiden som André andades genom filtret. Koldioxidhalten sjönk lite till efter den första minuten
och stannade till sist på ca 3 %, under de första 7minutrarna då André andades genom röret.
18
Bild 14: Dessa kurvor visar volymhalterna O2 och CO2 innan luften passerade genom kalkfiltert 6min efter att
försöket påbörjades. Blå linjen visar volymhalten syre och den gröna linjen visar volymhalten koldioxid i luften.
Däremot visade sig volymhalterna efter filtret inte vara lika stabila som volymhalterna innan
filtret. Kurvorna som visade luftens sammansättning efter filtret var inte lika raka och konstanta
utan istället mer ryckiga och hade fler branta toppar och dippar. Trots dessa toppar ser man att
syret bara varierar mellan 15 % och 16,5 % vilket få ses som ett relativt stabilt värde.
Koldioxidhalten verkar också kretsa kring strax över 1 % ner till 0 %. Så trots de olika
diagrammen över kurvorna skiljer sig från varandra där det ena diagrammet är rakt och konstant
måste även det mer branta och ryckiga diagrammet ses som relativt stabila.
19
Bild 15: Dessa kurvor visar volymerna av CO2 och O2 i luft som passerat genom kalkfiltret 6 min efter att försöket
påbörjades. Lilla linje visar syrehalten och den blå linjen visar koldioxidhalten i luften.
En skillnad som vi upptäckt under vårt försök var att volymhalterna ändrade sig något beroende
på vem det var som andades. När jag, Cecilia, tog över från André ändrade sig volymhalterna av
både syret och koldioxiden i utandningsluften, den luft som sedan passerade genom kalkfiltret.
Bild 16: Volymhalterna O2 och CO2 i utandningsluften, den luft som sedan passerade genom kalkfiltret 30 min efter
påbörjat försök. Blå linje visar syrehalten och grön linje visar koldioxidhalten.
20
I bild 14 såg vi att syrehalten låg på strax under 19 % hela tiden medan i ovanstående bild, bild
16, ser vi att syrehalten stigit något och nu konstant ligger över 19 %, denna förändring kopplar vi
till att vi bytte person som andades. Luften i båda dessa kurvor visar luft som ännu inte passerat
genom kalkfiltret och vi kan då utesluta att kalket kan ha påverkat den luften. Det enda som kan
ha påverkat är utandningsluftens sammansättning och den kan bland annat påverkas av vem det
är som andas. Dessa skillnader uppstod bara på luften som ännu inte passerat genom kalkfiltret.
Luften som passerat genom filtret visade inga större skillnader som kan ha berott på vem det var
som andades. Det tolkar vi som att kalket inte renar bort en viss procent av volymen koldioxid
utan bara renar bort koldioxiden så att luften som kommer ut genom filtret har en koldioxidhalt
på mellan 1 – 1,5 %. Vi ser att den inte renar bort lika bra när det är en lägre halt av koldioxiden.
Tittar vi på diagrammen som visar halterna efter 30 min, bild 16 och 17, ser vi att ingångsluften
har en koldioxidhalt på strax under 2 % och i den luft som kommer ut ur filtret har den halten
bara sjunkit till strax över 1 %. Det ger oss att halten koldioxid endast minskat med under 1
procentenhet, vilket inte är särskilt mycket. Tar vi istället och tittar på diagrammen som visar
volymhalterna koldioxid efter 6 min, bild 14 och 15, ser vi att halten koldioxid minskade med lite
mer än 2 procentenheter, ingångsluften innehöll ca 3 % koldioxid och luften som kom ut genom
filtret hade bara en koldioxidhalt på strax under 1 %.
Bild 17: Volymhalterna O2 och CO2 i luft som passerat genom kalkfiltret 30 min efter påbörjat försök. Den lila
linjen visar halten O2 och den blåa linjen visar CO2-halten i luften.
I nedanstående diagram ser man tydligt hur stor skillnaden var beroende på vem det var som
andades. I detta diagram ser vi i början hur jag, Cecilia, andades och sen byttes av André.
21
Bild 18: Volymhalterna CO2 och O2 i luft som ännu inte passerat genom filtret ca 50 min efter påbörjat försök. Första
delen av diagrammet visar halterna i utandningsluften som Cecilia andades ut och den andra delen visar hur Andrés
utandningsluft såg ut. Blå linje visar O2-halten och den gröna linjen visar CO2-halten i luften.
När vi bytte ”andare” ser vi i ovanstående diagram tydligt hur förbrukningen av syre förändras
och hur koldioxidhalten också ändras. När jag, Cecilia, andades låg syrehalten ganska stabilt på
ca 19 % och när vi bytte ”andare” och lät André andas istället sjönk syrehalten ner till ca 17 %
och steg sen långsamt upp till ca 18 %. Samtidigt som syrehalten sjönk steg halten koldioxid från
att ha legat på strax över 2 % upp till ca 3 %.
Tittar vi på diagrammet som visar halterna i luften som passerat genom kalket från samma tid,
bild 17, ser vi att även här ändras halterna sig något. Men dessa förändringar ser ut att vara
mycket mindre än de som uppstod innan filtret. Koldioxidhalten steg precis som den gjorde i
utandningsluften men här var ökningen inte mer en 0,5 procentenheter istället för lite mer än 1
procentenheter som ökningen var innan filtret. Syrehalten sjunker som mest med ca 1,5
procentenheter i den luft som passerat genom kalkfiltret. I utandningsluften som inte hunnit
passera genom filtret var ändringen något större, halten syre sjönk som mest med ca 2
procentenheter. Vi drar slutsatsen att kalket stabiliserar halten koldioxid i luften något, inte så
mycket men ändå så pass mycket att vi kan mäta skillnaden.
22
Bild 19: Volymhalterna CO2 och O2 i luft som gått igenom kalkfiltret ca 50 min efter påbörjat försök. I början av
diagrammet andades jag, Cecilia, och i slutet andades André. Lila linje visar halten O2 och den blå linjen CO2- halten
i luften.
Efter vi avslutat försöket såg vi hur både luften innan och efter kalkfiltret gick tillbaka till samma
halter av CO2 och O2 som vi hade när försöket inledes. Syret gick tillbaka till att ligga på strax
under 21 % och koldioxidhalten sjönk åter ner till 0 %.
Bild 20: Volymhalterna CO2 och O2 i luften i munstycket precis efter avslutat försök,
59 min efter påbörjat försök. Blå linje visar syrehalten och grön linje visar halten
koldioxid.
23
Diskussion:
Våra resultat ger att halterna av syre och koldioxid är beroende av varandra, vilket stämmer
överens med teorin. Teorin säger att kroppen förbrukar syret i cellerna som i förbränningen av
syret bildar koldioxid som en restprodukt. Blodet transporterar bort koldioxiden till lungorna där
den hämtar upp nytt syre och lämnar av koldioxiden. Lungorna vädrar ut koldioxiden och tar in
nytt syre hela tiden. Våra resultat visar just detta att syret som kommer in förbrukas i kroppen och
i utandningsluften har den ersatts med den koldioxid som bildades i kroppen. När syrenivån
sjönk steg samtidigt koldioxidnivån. När syrehalten sjönk med 4 procentenheter steg koldioxiden
med lite mer än 4 procentenheter, se bild 12. I den luft som passerat genom vårat kalkfilter hade
halten koldioxid minskat ner till ca 1 %, vilket var en tydlig skillnad, se bild 13. Samtidigt
ändrades inte syrehalten, den var densamma som den var innan luften passerade genom kalken. I
våran reaktion bildades det inget nytt syre eller någon annan gas. Det som bildades var
kalciumkarbonat, en fast fällning som stannade kvar i röret. När 4 % av volymen minskade ner
till 1 %, skillnaden i koldioxidhalt, minskade alltså den totala volymen med 3 %. Skulle vi vilja
använda detta system under ytan hade vi varit tvungna att fylla på med ny gas, syrgas eller en
blandning med syre och en annan diluentgas, så att vi hela tiden behöll samma volymmängd.
När vi hade en koldioxidhalt på ca 3 % minskade halten koldioxid till ca 1 % efter filtret, vilket
ger oss att kalket renade bort ca 67 % av allt koldioxid, se bild 14 och 15. När vi ändrade person
som andades genom röret ändrades även förbränningen av syre. När André som är större än vad
jag, Cecilia, är såg vi en tydlig skillnad. André förbrände mer syre och andades därför också ut
mer koldioxid än vad jag, Cecilia, gjorde. I bild 18 syns det att André förbrukar 1 procentenhet
mer syre än vad jag, Cecilia, gör. Detta betyder då att André har fler celler som behöver syret i sin
förbränning för att skapa energi, vilket stämmer då André är större än vad jag, Cecilia, är. Vårat
filter renade, när André andades, bort ca 67 % av koldioxiden och men när jag, Cecilia andades
var kalket inte lika effektivt. Då jag, Cecilia, andades innehöll utandningsluften som gick in i
filtret ca 1,8 % koldioxid och när luften sen kom ut genom filtret igen innehöll luften 1,2 %
koldioxid, bild 16 och 17. Detta betyder då att den bara renade bort ca 34 %, vilket är nästan
hälften så mycket som den gjorde när halten koldioxid var lite högre. Kalkets effektivitet beror
med andra ord på vilken koncentration koldioxid finns i. Ju lägre koncentration desto mindre
effektivt renar kalket bort den. Detta verkar ganska logiskt då hela reningsprocessen bygger på en
kemisk reaktion. Reaktionen behöver ske ganska snabbt eftersom luften hela tiden strömmar
genom kalken, den stannar inte upp och väntar tills all koldioxid reagerat. Hastigheten på
reaktionen är beroende av bland annat koncentrationerna av de ämnen som deltar i reaktionerna,
i vårat fall koldioxid och kalciumdioxid. Hastigheten är också beroende av värme. Vårat försök
gav trots detta ett annorlunda resultat. Istället för att effektiviteten ökade minskade den i vårat
försök. En anledning är bland annat att vi inte lyckades ha helt konstanta koncentrationer av
koldioxiden under hela försöket. Våra mätvärden pendlar mellan 1 – 3,5 % koldioxid i luften som
vi andades ut. Jämför man hur mycket koldioxid som renades bort i slutet av bild 18 och 19 får vi
att ca 57 % av koldioxiden renades bort. Bilderna 18 och 19 är ett mätvärde från slutet av försöket
och tittar vi på effektiviteten i början var den som tidigare nämnt ca 67 %, värden från bild 14 och
15. Skillnaden mellan dessa mätvärden var alltså koncentrationen av koldioxid som var högre i
bild 14 än den var i slutet av bild 18.
Trots att våra resultat bygger på att vi ville filtrera bort ganska låga koncentrationer av koldioxid
får man säga att effektiviteten hos kalket är relativt högt. Skulle vi vilja filtrera bort högre
koncentrationer skulle förmodligen effektiviteten öka. Detta är dock inte så relevant då denna
teknik utnyttjas av dykare som andas som inte kan andas ut så höga koncentrationer av
24
koldioxid. Vi satt stilla under våra försök och skulle vi simma som dykare gör skulle förmodligen
också koncentrationen av koldioxiden öka vilket skulle ge en ökad effektivitet. Att kalket i dessa
låga koncentrationer och små doser skulle klara rena bort all koldioxid verkat otroligt. Men vi
uppmätte ändå så pass tydliga resultat med ett enkelt byggt rör att man får se kalket som en
effektiv renare av koldioxid. Riktigs rebreather har mer designade behållare för kalket, scrubbern,
som har utformats så att de ska kunna innehålla mycket kalk och att luften tvingas ta en lång väg
genom kalket så att så mycket som möjligt av koldioxiden hinner reagera.
Vi kunde också mäta tydliga temperaturskillnader i röret. Det blev först varmt precis i rörets
början, vilket tyder på att reaktion trots dessa låga koncentrationer skedde relativt snabbt. Redan
vid den första termometern, ca 10 cm in i röret, blev det 40 °C medan nästa termometer bara visade 18,4 °C. Det var först efter ett tag som även den började bli varm och den sista blev aldrig så varm som den först och då höll ändå vårat försök på i nästan en hel timme. Vi kunde tydligt se hur reaktionen förflyttades i röret. Vi tror detta återigen har med koncentrationerna av de inblandade ämnena koldioxid och kalciumdioxid. I reaktionen förbrukas kalciumdioxiden under reaktionen, koncentrationen innan försöket inledes var då nästan 100 %, vi kan inte veta om kalket var helt rent från början. Efter nästan 10 min började nästa termometer visa en tydlig temperaturökning. Då hade alltså koncentrationen minskat, då den koldioxid vi andades in i röret under dessa 10 första minuter reagerat med det första kalket i röret och bildat kalciumkarbonat. På detta sett flyttades hela tiden stället för själva reaktionen i röret allt längre bak. Om vi hade fortsatt tills även den sista termometer visade strax över 35 °C hade koncentrationen av kalciumdioxiden varit jämn i hela röret och det hade förmodligen börjat om igen, att flesta reaktionerna skedde i början av röret och när det senare uppstod en koncentrationsskillnader förflyttades reaktionen så att den strävade efter en jämn koncentration i hela röret. Att man kan påvisa att vår utandningsluft innehåller koldioxid framgår av vårat försök som självklart. Att temperaturökningen skulle ha berott på något annat än själva reaktionen i röret känns som osannolikt. Eftersom rumstemperaturen bara var ca 21 °C kan inte rumstemperaturen värmt upp kalket till en temperatur av nästan 40 °C. För att kunna svara på frågan om man kan mäta kalkets effektivitet med hjälp av att mäta temperaturskillnaden kan vara svårare. Med mätutrustningen kunde vi se skillnader i kalkets effektivitet i realtid. Vi kunde se små snabba skillnader. Dessa små förändringar i effektiviteten kunde vi inte spåra i våra temperaturmätningar. En anledning till detta kan vara att våra termometrar inte klarade av att registrera små temperaturskillnader som bara varade i några få sekunder. Att våra termometrar istället gav ett medelvärde på det omgivande områdets temperatur. Sen kan det vara svårt att mäta hur all energi frigörs. I reaktion, som är en exotermreaktion frigörs hela tiden energi i form av värme. När det redan skett en massa reaktioner inom ett visst område kan omgivningen redan värmts upp och att energin som frigörs nu bara strålar ut. Skulle reaktionerna minska skulle sjunka väldigt långsamt eftersom kalken som omgav termometrarna då skulle fungerar isolerande och då behålla värmen inne vid termometrarna. Vi skulle då inte tidigt kunna se om kalkets effektivitet hade sjunkit. Våra termometrar var relativt enkla och billiga och skulle vi vilja bygga en reabreather som man skulle kunna dyka med skulle vi troligtvis satsa på en termometer av lite bättre kvalitet som klarade av att registrera små skillnader, och troligtvis också försöka använda oss av någon form av direkt mätning av koldioxid. Om vi vill jämföra ett slutet dyksystem som en rebreather med ett vanligt öppet dyksystem måste vi ta hänsynt till vilken sorts luft vi väljer att dyka med. För att göra det lite enklare utgår vi från att vi dyker med en vanlig luft som finns i atmosfären. I vårat rum gav det oss att syrehalten låg på ca 21 %. 25
Syre blir giftigt när syrets partialtryck överstiger 1,6 ata men i våra beräkningar sätter vi en gräns på 1,4 ata för att ha en liten säkerhetsmarginal. För att beräkna djupet räknar vi ut det totala trycket i ata för att sedan kunna räkna ut djupet i meter. Uträkning ser ut så här: 0,21 × ! = 1,4 !"! !=
1,4
≈ 6,7 !"! 0,21
Avrundar vi till 6 ata får vi en ännu större säkerhetsmarginal. Eftersom med varje 10:e meter stiger trycket med ungefär 1 ata och att trycket vid ytan redan ligger på ca 1 ata, ger det oss att med en luft innehållande 21 % syre kan vi dyka ner till ca 50 meter utan att den blir giftig. Eller om vi tittar i tabellen, bild 2, kan vi dyka ner till ett djup av 198 fsw, ungefär 60 meter. Om vi i resten av diskussionen säger att vi utgår från att vi kan dyka ner till 50 meter med en syrehalt på 21 %, så har vi ytterligare en liten säkerhetsmarginal. På 50 meters djup kan man med en 2,5 kg scrubber göra ett dyk på 97 min, se bild 2. På 97 min hinner vi förbruka 30 × 97 = 2910 liter luft om vi är på ett djup av 50 meter. Men pga av trycket skulle vi behöva ta med oss mer luft från ytan för att få denna volym nere på 50 meter. 2910 liter nere på 50 meter motsvarar: 2910 × 6 = 17460 !"#$! !"#$ !"# !"#$ Om vi ksulle vilja dyka med ett öppet system skulle vi alltså behöva ta med oss nästan 17500 liter luft. Vanliga dykflaskor brukar man kunna fylla med upp till 300 bar luft. Skulle vi vilja fylla 17500 liter luft in i flaskor skulle flaksorna behöva vara väldigt stora: 17500
= 58,2 !"#$% 300
Det beytder att flaskorna skulle behöva rymma 58,2 liter luft med 1 bars tryck upp vid vattenytan. Sådana stora flaskor finns inte och det skulle vara extremt otympligt att ta med sig så många flaskor att de tillsammans skulle rymma 58,2 liter. I den luft som vi andas in innehåller ca 21 % syre , vilket betyder att vi skulle behöva ta med oss: 0,21 × 17500 = 3675 !"#$% !! Skulle vi förbruka allt syre skulle vi alltså endast behöva ta med oss 3675 liter syre + diluentgas som vi skulle spä ut syrgasen med. Här ser man tydligt hur mycket man kan spara på att dyka med rebreather. Dock måste tilläggas att jag inte har räknat med luft och syre som behövs för nedstigning och uppstigning. Priset för en rebreather gör det så klart dyrare, men om man tittar på hur mycket mindre luft man måste fylla ser man ganska snabbt att själva kostnaden för dyket bortsett från utrustningen blir betydligt mindre. 26
Slutsats:
Kalk kan användas för att påvisa att en viss gasblandning innehåller koldioxid. Kalket klarar av
att ”rena bort koldioxiden relativt effektivt. Även om effektiviteten minskar med koncentrationen
av koldioxid. För att kunna vet om en okänd blandning gas innehåller koldioxid kan man mäta
temperaturen på kalket. Blir det en tydlig ökning kan man vara säker på att gasblandningen
innehåller koldioxiden. Däremot är det inte svårt eller omöjligt att se hur väl kalket klarar av att
rena bort den giftiga koldioxiden. Små förändringar hos kalkets effektivitet kunde vi inte se i
temperaturförändringarna.
Med en rebreather kan man dyka djupare eftersom man inte behöver ta med sig lika mycket luft
som man annars skulle ha varit tvungen att göra. Men våra uträkningar visar att man på att dyk
på 50 meter kan stanna där i nästan 100 min och endast behöva ta med sig 3674 liter syre plus
extra gas att spä ut syret med medan man skulle behöva ta med sig nästan 17500 liter luft om
man skulle ha dykt med ett öppet system.
27
Källförteckning:
Litteratur
Avancerad dykning - Teori och metoder. NAUI, 1995.
Bantin, John. ”Sentinel rebreather - så säker är den nya apparaten.” DYK, 03 2010.
Enriched Air Diver Manual. Göteborg: PADI, 2001.
Kjøller, Jesper. ”Slutna avdelingen del 2 - de tre grundtyperna.” DYK, 06 2008.
Kjøller, Jesper. ”Slutna avdelningen del 1 - grundbegrepp och historik.” DYK, 05 2008.
Internetkällor
havet.nu. http://www.havet.nu/?d=159 (använd den 19 10 2011).
http://www.sublight.se/module/product/product_view.php?Ll0=31&Ls0=2#Lta131 (använd
den 13 01 2012).
dykarna.nu. Dyklexikon, dekompression. http://www.dykarna.nu/lexicon/dekompression_5.html
(använd den 13 01 2012).
Lombardi, Michael, och Andrew Valainis. oceanopportunity.
http://www.oceanopportunity.com/attachments/ArticleScrubberTBL.pdf (använd den 16 01
2012).
Bildkällor
Titlesidebild: http://linneaeriksson.wordpress.com/category/dykning/ (använd den 17 01 2012)
Bild 1:
Gunnel Bjerneroth Lindström, narkosläkare, Granebergskliniken, Uppsala. 1177.
Stockholms läns landsting. den 28 11 2005.
http://www.1177.se/Stockholm/Tema/Kroppen/Immunforsvaret/Blodet-ochimmunforsvaret/ (använd den 13 01 2012).
28