SS-1000

Rebreather Criogênico – Sterling Eletronics Inc., Ocean Technology Division

Em Julho de 1965, Halbert Fischel, um consultor físico do governo americano e de diversas empresas aeroespaciais, começa a perceber alguns problemas, envolvendo a tecnologia existente no circuito – fechado.

Surpreso, diante da primitividade do equipamento, Fischel identificou e começou a trabalhar com os problemas do controle da mescla gasosa e remoção do CO2. A resposta residia na ciência, relativamente nova, dos Criogênicos; a produção e manuseamento de gases super frios. Quando os gases se tornam super frios, eles se tornam líquidos.

A experiência de Fischel com criogênicos aeroespaciais, combinado com a sua física, e experiência no mergulho, o levou a considerar as técnicas de controle da mescla de gases. O oxigênio guardado na forma líquida, apesar de ocupar a fração do espaço requerido, para armazenar o mesmo volume com gás, tem propriedades mais úteis para controlar as mesclas gasosas.

Um ano e três meses mais tarde, o primeiro scuba de mescla gasosa de circuito fechado criogênico, foi criado no laboratório em Inglewood, Califórnia. A unidade foi desenhada e construída, sob a direção de Fischel, por uma equipe técnicos, chefiados por Tony DiChirio, um engenheiro de laboratório de testes aeroespaciais, e ainda pelos mergulhadores, Larry Cusman e Dave Joss. Em Outubro de 1967, a primeira unidade protótipo, Model S-600G, foi, com sucesso, testada no oceano de 47kgs. e tinha uma esperada duração de 8 horas a 184 metros.

Neste momento, Fischel formou a Sub-Marine System Inc. (SSI) e começou a criar outros sistemas de suporte de vida, baseados no criogênico. Em Abril de 1968, a empresa associou-se à Sterling Eletronics, Inc., empresa de distribuição, que se tornou sua divisão de produtos oceânicos. O SS-1000 é o último da série Scuba SSI. Quando completo, permitirá ao mergulhador trabalhar a 307 metros, por cinco horas, sem ter que estar ligado ao cordões umbilicais.

Capacetes convencionais, de fibra ou metal, podem ser usadas sem o perigo de crescimento do CO2, como resultado da capacidade de fluxo livre do sistema e a concentração do oxigênio, muda automaticamente, promovendo uma mescla respirável, ótima, ao nível de profundidade do mergulhador. O CO2 é completamente retirado criogenicamente. Um modelo do SS-1000 pode ser equipado com um “Loop” fechado com um sistema de aquecimento da água, o que permite ao mergulhador, trabalhar com conforto, apesar da temperatura da água. Para entender com SSI Criogênico funciona, devemos primeiramente entender como certos gases reagem em temperaturas super baixas.

O sistema é desenhado para se trabalhar com oxigênio e hélio, que são usados como mescla respiratória e o CO2 gerado pelo mergulhador. Estes 3 gases possuem diferentes características, quando reduzidos a temperaturas criogênicas (muito frias). À pressão, ao nível do mar, por exemplo, o CO2 se transforma em sólido (gelo seco ou neve) a menos 43,3 ºC . O oxigênio se torna líquido a uma temperatura de menos 147.7 ºC. E o hélio não se liquefaz, até cerca do zero absoluto (menos 232.2 ºC). O SSI scuba, pode ser considerado eficiente refrigerador portátil.

A “refrigeração” ou temperatura baixa da unidade é conseguida, enchendo-se um dos cilindros com nitrogênio líquido (LN2), um fluido criogênico barato e fácil disponibilidade. A temperatura do LN2 é aproximadamente menos 160 ºC, à pressão ao nível do mar. Quando o mergulhador exala a mescla gasosa, O2/He/CO2, para dentro do refrigerador scuba, o gás CO2 transforma-se em “neve”, quando a sua temperatura chegar aos 43.3 graus negativos, separando-se do gás OH2/He e as suas gotas caindo no reservatório de CO2. O gás oxigênio, torna-se líquido, quando a sua temperatura chegar a menos 147.7 ºC, separando-se do gás hélio e condensando-se de volta a oxigênio líquido, no tanque de fornecimento. O hélio não é atingido.

A quantidade de oxigênio, adicionado ou retirado da corrente de gás, pode se controlada, ao ajustar-se a relação pressão/temperatura naquela parte do scuba. Por exemplo, se a corrente de gás é fraca em oxigênio ao entrar no tanque de fornecimento do oxigênio, uma quantidade necessária é adicionada à corrente de gás por evaporação do fornecimento de oxigênio líquido. O processo de controle do oxigênio é automaticamente regulado, não por mecanismos internos, mas sim por uma válvula controla a pressão do banho refrigerante de LN2, ao controlar a quantidade de saída do gás em ebulição, que sai.

A pressão do banho refrigerante de LN2, por sua vez, determina a pressão parcial do oxigênio no fluxo móvel no scuba. O processo é uma relação pressão/temperatura, controlada pela válvula externa de gás refrigerante LN2. Uma vez que o CO2 congele e a concentração de oxigênio tenha sido restabelecida, por saturação com evaporação, ou condensando o vapor de oxigênio, a corrente de gás é aquecida, na troca de calor, no fluxo contrário e voltando ao mergulhador, como gás puro e ajustado para se inalar. Porque a remoção do CO2 e o controle da concentração do oxigênio são completos, pelo processo de equilíbrio passivo da temperatura, a confiabilidade do sistema é diretamente relacionada com a estabilidade termal.

Até mesmo, se o mecanismo de controle de oxigênio (válvula de pressão refrigerante) se tornar totalmente inoperante, a PPO2 não irá atingir níveis tóxicos, até pelo menos 1 hora. É esta propriedade, que faz com que a regeneração de gás criogênico, seja um sistema para scuba de circuito fechado de gases mistos sem – falhas !! A unidade é desenhada com 2 tanques e se parece com o equipamento usual de mergulho.

Cada tanque é um cilindro de aço, isolado à vácuo. Um cilindro contém a troca a troca de calor no fluxo contrário e o reservatório de CO2 (aproximadamente a quantidade que se acumula em 6 horas de trabalho intenso abaixo d`água). O outro tanque contém 4 de litros de Nitrogênio, líquido refrigerante, e 850 litros de oxigênio, na forma líquida (o oxigênio é condensado inteiramente líquido, quando colocado no scuba). 425 litros de hélio são mantidos em uma espiral fria, no mesmo tanque, a 207 bares (ocupando apenas 1/5 do volume requerido para um armazenamento não criogênico).

O espaço, entre cilindros, é usado para abrigar o cartucho depurador contendo 13 Kgs., de um dissecante químico renovável, que impede a umidade, de migrar, através das linhas frias da unidade scuba, e prevenir contra a inundação.

Carlos Nelli Borges
Carlos Nelli Borges é Master Scuba Instructor pela PADI, Instrutor de Rebreather pela TDI (E.1211.I) e Instrutor Trainer Rebreather pela RAB (BR-133-02/98), possindo mais de 1.200 mergulhos com rebreathers. Foi representante da Dräger no Brasil entre 1997 e 2000. Atualmente atua como instrutor na África do Sul.