Helium in het horloge. Ga er even voor zitten.
Met alle respect voor vorige auteurs, het volgende.
(Lees niet over de vorige zin heen, want voor je het weet is er gemopper, en bleef het daar maar bij.)
Over wat er gebeurt als een duiker niet volgens de regels decompresseert is voldoende te vinden op het internet. Ik ga daar niet verder op in, en bovendien ben ik geen arts.
Wat betreft de ontmythologisering.
Moleculen en atomen worden niet groter bij afnemende druk, of kleiner bij toenemende druk. Alle moleculen en atomen, of het een gas, een vloeistof of een vaste stof betreft, hebben een onveranderlijke afmeting. Ook het heliumatoom wordt niet kleiner bij hoge druk, en zet niet uit bij verlaging van druk.
In de decompressietank wordt stikstof vervangen door helium. Er is door het blootstaan aan hoge druk toch al meer stikstof in het bloed opgenomen dan wenselijk is. Die stikstof kun je dus missen als kiespijn. Helium lost minder gemakkelijk op in het bloed. 100 % zuurstof in de tank is af te raden. Op het internet kunt u vinden waarom. Helium is nogal duur, maar niet zo duur meer als vroeger, toen het onder begeleiding van bereden politie en met escorte van burgemeester en hoogwaardigheidsbekleders het Natuurkundig Laboratorium in Leiden werd binnengedragen.
Drukverhoging in een gas is het gevolg van gasmoleculen die meer op een kluitje gaan zitten. Je krijgt dat door de ruimte waarin die moleculen bewegen te verkleinen, en dat gebeurt in een cilinder met een goedpassende zuiger, als je die zuiger indrukt. De grootte van de gasmoleculen, of atomen in het geval van helium, verandert niet, ze botsen alleen maar meer en krachtiger tegen elkaar. Je kunt de druk ook verhogen door gasmoleculen toe te voegen. Wat voor soort gas doet er niet toe, als de gassen maar niet met elkaar reageren. Daarop kom ik terug.
Heb je twee gassen in twee afzonderlijke ruimtes met ongelijke druk, en verbind je die twee ruimtes, dan zullen de gasmoleculen zodanig bewegen dat er overal een gelijke druk ontstaat. Nivelleren heet dat met een tegenwoordig politiek beladen term. Dat nivelleren kan explosief, denk aan het rotje met oud en nieuw, maar je kunt het ook geleidelijk laten verlopen, door bijvoorbeeld een kraantje meer of minder open te zetten.
Gauw naar het horloge, want daar gaat het om.
Het horloge van de duiker is water en gasdicht. De druk in het horloge zal op het moment dat de duiker met horloge en al de decompressietank betreedt dezelfde zijn als toen hij zijn werk deed op werkdiepte, dat is ongeveer 1 atmosfeer, een verouderde eenheid, maar dat doet er hier niet toe. Ik ga er van uit dat de horlogekast en het glas letterlijk geen krimp geven.
Zo gauw de deur van de decompressietank sluit wordt de buitenlucht in de tank vervangen door een mengsel van zuurstof en helium in een juiste verhouding.
De druk in de tank wordt opgevoerd tot de druk zoals die heerste op de werkdiepte. Dat is de druk van de waterkolom. Bij een duik tot 30 meter diepte is dat ongeveer 3 atmosfeer overdruk.
De druk in het horloge is echter nog steeds 1 atmosfeer, dat is veel lager dan de druk in de decompressiekamer. En omdat er een krachtig streven naar nivellering is, zal het gas in de tank willen binnendringen in het horloge. Dat binnendringen lukt de zuurstofmoleculen niet of nauwelijks, want die zijn te groot. Maar de heliumatomen zijn klein, en die vinden voldoende gelegenheid om tussen de intermoleculaire ruimtes van het rubber of het kunststof van de afdichtring(en) door te glippen. Trouwens, elke rijwielhersteller kan u vertellen dat ook de lucht in uw fietsband op de lange duur ontsnapt door het rubber van de binnenband, volgens hetzelfde proces dat diffusie heet. Het is een kwestie van tijd.
Er zit buitenlucht in het horloge, en nu komen de heliummoleculen er bij.
De druk in het horloge wordt daarom hoger. Zie een vorige alinea.
Dat er aan het einde van de decompressie, zonder voorzorgsmaatregelen te treffen, een hogere druk dan 1 atmosfeer in het horloge overblijft komt door het volgende.
Zie het schetsje dat met enige goede wil als grafiek mag worden gelezen.
Verticaal: de druk. Horizontaal: de tijd.
De drukverandering in het horloge is bij een dicht ‘heliumventiel’ aangegeven met een zwarte onderbroken lijn en bij open ventiel met een blauwe onderbroken lijn.
Bij het begin van de decompressie is het drukverschil tussen tank en horloge het grootst. Op dat moment zal het transport van het helium het snelst gaan en zal het meeste helium in het horloge binnendringen. Bedenk dat de afdichtingen nog steeds een hindernis vormen voor het helium, het is geen open verbinding. De druk in de tank wordt nu steeds kleiner gemaakt om het lichaam tijd en gelegenheid te geven om de overmatige stikstof kwijt te raken. Het drukverschil tank(hoog)-horloge(laag) wordt nu steeds kleiner naarmate de tijd vordert, daarom loopt de onderbroken zwarte lijn niet recht, maar steeds vlakker.
Op zeker moment is de druk in het horloge gelijk aan die in de tank. We zijn dan nog niet aan het einde van de rit. Vanaf dat moment is de druk in het horloge groter dan die van zijn omgeving, en er zal helium uit het horloge willen ontsnappen. Maar dat ontsnappen gaat langzamer dan het aanvankelijke vullen, omdat het drukverschil horloge(hoog)-tank(laag) veel kleiner is dan andersom bij het begin van decompressie. Het tijdstip van evenwicht ligt ook dichter bij het einde van de rit dan bij het begin.
Als er geen maatregel wordt getroffen is het resultaat een overdruk in het horloge ten opzichte van de buitenlucht als de decompressie voltooid is. Volg vanaf het evenwichtspunt de zwarte onderbroken lijn. De schets geeft een restdruk aan van een halve atmosfeer. In de praktijk kan dat hoger of lager zijn.
Zo’n maatregel, het ‘heliumventiel’, zou dus reeds in de tank, meteen als het evenwicht bereikt is, automatisch moeten opengaan om schade te voorkomen. De druk zal dan de blauwe onderbroken lijn volgen, en het eindresultaat is geen overdruk in het horloge.
De afdichtingen in het horloge zijn zelfdichtend van buiten naar binnen. Des te hoger de buitendruk, des te steviger de afdichting. Andersom werkt dat niet, zodat dichtingen defect kunnen raken, en het glas uit de kast kan springen.
In het eenvoudigste geval is zo’n ventiel een terugslagklep die alleen gas doorlaat van binnen naar buiten. Het ontsnapte gas uit het horloge is dan een mengsel van zuurstof en helium in een verhouding die gelijk is aan het mengsel dat in het horloge achterblijft. Het helium in dat mengsel kan verder geen kwaad.
Als het de horlogemaker gelukt om zo’n klep doorlaatbaar te maken voor helium, en niet voor zuurstof of lucht, dan zal al het helium uit het horloge verdwijnen. De maker zou dan een stof moeten uitvinden en toepassen dat heliumatomen vele malen beter doorlaat dan het rubber van de afdichtingsringen, anders schiet het niet op. En de fabrikant zou dat allemaal moeten monteren in een nauwelijks zichtbaar klepje.
Geen geringe prestatie.
Een verstandige duiker doet zijn horloge af voordat hij de tank betreedt. Dat lost alle problemen op. Tegenwoordig brengt dat echter weer andere risico’s met zich mee. In mijn offshore-tijd, meer dan 40 jaar geleden, waren er geen kluisjes op de booreilanden, misschien tegenwoordig wel.