5. Rebreather Nasıl Çalışır?

Baştan söyleyelim bu yazı biraz uzun olacak. Meraklıları için ise umarım faydalı ve keyifli de olacak. Artık biraz ciddileşelim sonuçta ve rebreather'ların arkasındaki mekaniği anlamaya çalışalım.

Rebreather Gaz Akış Şeması

Bu yazıda 3 ana konu üzerinde duracağız;

1. Temel Gaz Akış Devresi

2. Karbondioksit Gazının Sistemden Filtrelenmesi

3. Oksijen Seviyesi Kontrolü ve Sensörler

Temel Gaz Akış Devresi

Her şeyden önce şunu bilelim ki, rebreather bir yerde ateşle oynamak demek. İçinde karbondioksit bulunan bir gazı tekrar soluyacağınız bir sisteme göndermek,  hayatınızın sualtında kimyasal ve elektronik bir sisteme bağlı olması çok yukarıdan bakınca kulağa hiç de hoş gelmiyor. Bu nedenle hem genel olarak rebreather’ın nasıl çalıştığını anlamak hem de kullandığınız ünitenin özelliklerine hakim olmak oldukça kritik bir hal alıyor.

“Rebreather Nedir?” Yazısında , rebreather’ın temel bileşenlerini listelemiştik;

1. Soluma borusu (breathing hose)

2. Dalgıç Yüzey valfi (diver surface valve - dsv)

3. Counterlung

4. Scrubber canister 

5. Oksijen tüpü

6. Diluent (seyreltici) tüp

Şimdi de tam kapalı elektronik bir rebreather’da gaz akışı nasıl gerçekleşir ve rebreather nasıl çalışır onu inceleyelim. Yukarıda örnek bir rebreather şeması görmekteyiz. Bu şemada nefes alış (inhale) ve nefes veriş (exhale) için 2 ayrı counterlung yer almaktadır. Bazı modellerde tek counterlung olsa da son yıllarda soluma direncini (WOB - work of breathing) düşürmek için bu şekilde çift counterlung kullanımı yaygınlaşmış durumdadır. Adım adım akışı incelersek;

1. Seyreltici (diluent) tüpten nefes alma torbasına (ihale counterlung) gaz basılır.

2. Dalgıç ağızlık aracılığıyla soluma borusundan nefes çeker, böylece temiz gaz nefes alma torbasından dalgıcın ciğerlerine geçer.

3. Dalgıcın nefes vermesiyle karbondioksitçe zengin gaz nefes verme torbasına (exhale counterlung) ulaşır. 

4. Nefes verme torbasından ise karbondioksit tutucu kimyasalın (soda-lime) olduğu scrubber (temizleyici) içinden geçerek gaz içerisindeki karbondioksit bu kimyasal tarafından hapsolur.

5. Karbondioksitten arındırılmış gaz, tam kapalı devrelerde HEAD olarak adlandırılan oksijen sensörlerin, elektronik aksamın ve otomatik oksijen ekleme işlemini sağlayan solenoid valfin bulunduğu bölgeden geçer.

6. Sensörler aracılığıyla ölçülen oksijen oranına göre eksik miktardaki oksijen sisteme otomatik olarak solenoid valf tarafından eklenir ve nefes alma torbasına tekrar ulaşır. Solenoid valf burada tabi saf oksijen tüpüne regülatör hortumu ile bağlı durumda. Solenoid açıldıkça saf oksijen tüpünden sisteme saf oksijen girişi olur.

Döngü bu şekilde devam ederek temelde aynı gaz, karbondioksidi tutulup oksijen eklenerek dalgıca tekrar solutulmuş olur. Burada dikkat çekmek istediğim ilk nokta; soluma borusunda ağızlık kısmının iki yanında tek yönlü valfler yer almaktadır; "mushroom valves". Mushroom Valves sayesinde sistem içerisindeki tüm gaz akış yönü tek taraflı gerçekleşir. Gaz akış yönünün bozulmaması veya bir başka deyişler bu tek taraflı (çek valf) valflerin düzgün çalışması sistemin sağlığı açısından oldukça kritik bir öneme sahiptir.  Çek valflerin düzgün çalışmaması durumunda karbondioksitçe zengin gaz, kimyasal tutucudan geçmeden tekrar nefes alma torbasına (inhale counterlung) gelme ihtimalini oluşturur. Bu durumun da dalış sırasında karbondioksit solunmasından ötürü ölümle sonuçlanabilecek kazalara zemin hazırlaması mümkündür. Bu sebeple her dalış gününde çek valflerin doğru çalıştığından emin olmak için bir dizi test gerçekleştiririz (detayları ilerileyen bölümlerde konuşacağız). 

Yukarıdaki şemada nefes alma torbasına giren diluent gazın ve nefes verme torbasına giren oksijen gazının ne işe yaradığını anlamaya çalışalım. Öncelikle şunu düşünebiliriz, teorik olarak dalış boyunca diluent gazı sürekli tekrar soluduğumuz için bu gazın sisteme neden tekrar ekleme ihtiyacı duyacağız sorusu akıllara gelebilir. Birincil sebep, derine indikçe nefes alma torbamız basınç etkisiyle küçülecek ve biz de ortam basıncından gaz soluyabilmek için sisteme yeni gaz eklemeliyiz. Bunu da manuel olarak veya ADV ile diluent gaz ekleyerek gerçekleştirebiliriz. Temelde de en çok bu nedenle sisteme diluent gaz eklememiz gerekir. ADV (automatic diluent valve) birçok ünitede, nefes alma torbasına bağlı bulunan bir çeşit ikinci kademe regülatördür. Nefes alma torbasından yeterince gaz yoksa dalgıç nefes çekmeye devam ederse bu parça demand regülatör gibi çalışarak nefes alma torbasına diluent gazın eklenmesini sağlar. Maske eşitleme gibi farklı sebeplerden oluşan gaz kaçaklarında da nefes alma torbası gaz/hacim kaybedeceği için diluent tüpten gaz ekleme ihtiyacı olur. Bir diğer sebep olarak da ileride detaylarını inceleyeceğimiz çeşitli sensör, solenoid, scrubber veya farklı sistem arızalarında tüm soluma devresindeki gazı boşaltıp yeni diluent ekleyerek devredeki gazı “tazeleyebiliriz”. Nefes verme torbasına giren oksijen gazını ise, solenoid veya farklı bir arızadan ötürü sisteme otomatik oksijen basılamadığı durumlarda manuel olarak oksijen eklemek için kullanabiliriz.

Karbondioksit Filtreleme

Scrubber

Gelelim rebreather dediğimiz bu güzide cihazı rebreather yapabilen bileşene; “scrubber”. Scrubber, Türkçe karşılığıyla “temizleyici”, nefes verdiğimiz gazdaki karbondioksiti filtrelemeyi gerçekleştiren kimyasal bileşendir. Soda-lime, “Absorbent”, “Sorb” gibi çeşitli isimlendirmelere sahip bu kimyasal; Kalsiyum oksit (CaO) (%75), su-nem (%20) ve Sodyum Hidroksit (NaOH) (%5) karışımı, tanecikli yapıda sert, beyaz bir kimyasal üründür. Ana kullanım alanı medikal sektöründen anestezi cihazlarındadır. Bir diğer kullanım alanı da denizaltı araçlarındadır. Denizaltı personelinin soluduğu havadaki karbondioksiti tutarak uzun süre yüzeye çıkmadan sualtında kalınmasına olanak sağlar.

Bu kadar büyük sektörlerde kullanılmıyor olsa zaten dalış gibi nispeten ufak bir pazar için böyle bir ürün üretimi ne kadar olurdu bilemiyorum. Yine de dalış için kullanılan soda lime diğer sektörlerden farklı şekilde özel olarak üretilirler. Tanecik boyutu 8-12 mesh olarak adlandırılan soluma direncini düşük tutacak ve canister içerisinde boşluk bırakmayacak optimum boyutlarda üretilmeye çalışılır. Eğer parçacık boyutu fazla büyük olursa canister içerisinde oluşacak hava boşluklarından “channelling” etkisi yaşanabilir. Channelling, sistemdeki gazın scrubber içerisinden geçerken bulduğu düşük dirençli bir noktadan geçerek kimyasalın diğer kısımlarının kullanılamamasına ve beklenenden çok daha kısa bir sürede karbondioksitin tutulamamasına neden olur. Tanecik boyutu çok küçük, kum gibi olursa da gazın kimyasal içerisinden geçip dalgıca ulaşması efor isteyecek yani soluma eforunu (WOB) arttıracak. Bu da dalış sırasında hiperkapniye sebep oluşturabilecek birçok farklı soruna neden olabilecek bir durum olduğu için elbette istemeyiz. Piyasada dalış için üretilen Sofnolime, Intersorb gibi markaların soda lime boyutları bu hassasiyetler göz önüne alınarak optimum boyut ve kalitede üretilir. Aynı zamanda diğer soda lime’larda olduğu gibi bittiğinin anlaşılması için renk değiştirme, koku verme gibi ekstra kimyasallar eklenmez.

Karbondioksitin soda lime aracılığıyla temizlenmesi kimyasal bir reaksiyon olarak sağlanır. Karbondioksit, soda lime ile tepkimeye girerek su ve kalsiyum karbonata dönüşür. Bu kimyasal reaksiyon ekzotermik olarak adlandırılan ısı veren bir reaksiyondur. Lise kimya derslerini hatırlayanlar aşağıdaki gösterimden de ne demek istediğimizi kolayca anlayacaktır;

CO2 + Ca(OH)2 (soda lime) -> CaCO3 + H20 + ısı

Nefes verdiğimiz gazdaki karbondioksit bu kimyasal tepkime sayesinde tutulurken diğer yandan da açığa ısı ve nem çıkması dalış sırasında hiç de hayır demeyeceğimiz ek faydalar da sağlıyor. Ortaya çıkan ısı sayesinde soluduğumuz gaz açık devreye göre daha sıcak olduğu için dalış sırasında üşümeyi azaltıyor. Bir yandan da tepkime sonucu çıkan nem, kuru hava (gaz) yerine nemli bir gaz solumamızı sağlayarak daha konforlu bir dalış imkanı sunuyor.

Elbette her şeyin bu kadar iyiye hizmet etmesi hiç de tabii olmayacağı için biraz da bu kimyasalın getirdiği sorunları değerlendirelim. En başta “sualtı” ve “kimyasal” gerçekten kulağa hiç hoş gelen ikili değil. Soda lime ile su teması “caustic cocktail” olarak adlandırılan acı bir kokteyl tadı veren alkali soda oluşumuna neden olur. Ortaya çıkan bu ürünün pH derecesi 12-14 arasındadır ve oldukça asidik olduğu anlamına gelir. Caustic cocktail’in solunması durumunda öksürük, nefes darlığı, yutkunmada zorlanma gibi acı verici rahatsızlıklara sebep olabilir. Bu nedenle soda lime kimyasalının tutulduğu bölümün (canister) sızdırmazlığı kritik önem taşır. Canister’in kapaklarındaki o-ring’lerin kontrolü ve bakımı özenle yapılmalıdır. Sızdırmazlığından dalış öncesi (daha sonra detaylarını anlatacağımız) kontroller sayesinde emin olunmalıdır. Diğer yandan bu bölmenin suyla dolmaya başlaması hem karbondioksit tutma kabiliyetini azaltacağı için soluduğunuz gazda karbondioksit olmaya başlayacak ve hiperkapni yaşamanıza neden olacaktır hem de soluma direncini arttıracağı için efora binmeye ve daha fazla karbondioksit üretmenize neden olacaktır. 

Soda lime ömrü; tam kapalı devre rebreather (CCR) sistemlerde dalış süresini limitleyen ilk faktör çoğunlukla soda lime kimyasalının ömrü olur. Çoğu üretici desteklediği/test ettiği kimyasal markasına göre 180 dakika maksimum kullanım süresi tanımaktadır. Şimdi bu süre konusundan bir önceki bölümde de biraz bahsetmiştik ve şunu söyleyelim; kimyasal ömrü için net bir süre söylemek oldukça güç. Üreticilerin verdiği değerler de kendilerinin de belirttiği gibi belli bir derinlikte belli bir karışım için, belli sıcaklıkta ve yüksek oranda karbondioksit üretiminin olduğu senaryolar için test edilen değerlerdir. Bu testler pratikte derinlik, sıcaklık, dalgıcın metabolik oksijen tüketimi gibi birden fazla değişken değere bağımlı olması kesin bir değer söyleme noktasında durumu zorlaştırmaktadır. Bu nedenle de 180 dakika (3 saat) değerine bağlı kalmak mümkün olduğu kadar güvenli olacaktır. 180 dakika içinde de kimyasal özelliğini yitirebilir. Özellikle üretim tarihi, daha doğrusu son kullanma tarihi, saklama koşulları da bu süreyi etkileyecektir. Son kullanam tarihi geçmiş bir soda lime kullanılmamalı, soda lime kendi bidonu içinde hava almayacak şekilde mümkünse nemsiz, havalandırılan ve önemlisi ışık almayan bir ortamda saklanmalıdır. 180 dakika* kullanım süresi tamamlandıktan sonra kimyasalın da değiştirilmesi gereklidir. Bazı üniteler scrubber'ın kalan kullanım ömrünü gösterebilen elektronik sistemlere sahiplerdir. Bazı üniteler ise sistemdeki karbondioksit oranını takip eden sensörler kullanır. Ancak maalesef bu her iki sistem de %100 doğrulukta çalışmıyor ve kendisine göre hata noktaları barındırıyor. Bu durumda kalan kimyasal ömrünü eğitimleriniz doğrultusunda sizin karar verip risk almadan değiştirmeniz gerekiyor.

*Not: 180 dakika değeri sanki biraz da 1.3 atm oksijen kısmi basıncıyla %100 CNS (oksijen zehirlenmesi) limitine benzediğinden de verilen bir değer olabilir gibi. 

Kullanılmış soda lime’ın saklanması; şimdi bu soda lime dediğimiz kimyasal da elbet bir maliyet. Aslına bakarsanız ortalama bir canister’i doldurma maliyeti 10 euro civarında, çok da uçuk kaçık bir maliyetten söz etmiyoruz. Yine de örneğin canister’inizi doldurdunuz, 1 saatlik bir dalış yaptınız ve bir sonraki dalış da 3 gün sonra. Ne yapacağız? En doğrusu aslında dök işte sonra yenisini doldur. Ama yine de ne bileyim bazen insanın içi el vermiyor :) Hem benim hem de dünya genelinde birçok CCR dalgıcının böyle bir durumda ne yaptığını anlatayım da, siz karar verin. Soda lime’ı canister’den çıkarmadan, canister’i bir kaç saat veya gece boyunca oda sıcaklığında kurumaya bırakıyorum. Yukarıda anlattığımız kimyasal tepkime sonucu ortaya çıkan su ve nefesimizdeki su buharının yoğuşmasıyla dalış sonu canister’in etrafının ıslak olduğunu göreceksiniz, dışını bir havlu veya kağıt peçete yardımıyla kurutup içinin de kuruması için uygun bir ortamda bekletiyorum. Bir yandan da çok kuruyup kendi öz yapısındaki nemi kaybetmemesi için gidip klimanın altına vs koymuyorum. Sonrasında canister’i, naylon çöp poşetinin içine koyup ağzını hava almayacak şekilde sıkıca düğümlüyorum. Hatta bunu 4-5 poşetle üst üste geçirerek tekrarlıyorum. Son poşeti de mümkünse siyah çöp poşeti olarak seçip ışık almayan bir yerde saklıyorum. Bu şekilde kullandığımda bir sonraki haftalarda da şimdiye kadar rahatlıkla dalışlarımı gerçekleştirebildim. Yine de bu riske değer mi, karar sizin?

Oksijen Seviyesi Kontrolü ve Sensörler

Temel gaz akışını anlatırken elektronik aksamın yer aldığı HEAD bileşeninden bahsetmiştik. Şimdi biraz bu bileşeni biraz daha detaylı inceleyelim.

Öncelikle burada genelde 3 veya 4 tane oksijen sensörleri yer alır. Oksijen sensörleri elektro kimyasal yapıda olup, üzerilerine gelen oksijen basıncına göre farklı değerlerde akım üreten bir çeşit pillerdir. Her pilin olduğu gibi de belli ömürleri vardır. Kapalı devre sistemlerde kullandığımız oksijenler ortalama 1-2 sene içinde ömrünü yitirerek işlevini kaybeder. Bu nedenle üreticinin yönlendirmesine de dikkat ederek düzenli değişimleri gerekir. 

Oksijen Sensörü Nedir?

Rebreather Oksijen Sensörü

Bir oksijen sensörü iki parçadan oluşur:

• Galvanik Hücre: Oksijenin kimyasal reaksiyona girerek akım oluşturduğu merkezi kısımdır.

• Devre Kartı: Farklı ortam sıcaklıklarına göre sensör değerlerinin değişmemesini sağlar, sensör değerlerinin farklı koşullar altında güvenilir olmasını sağlar.

Sensör, kimyasal reaksiyonu düşük bir elektrik akımına dönüştürerek oksijenin kısmi basıncını ölçer. Bu akım daha sonra okuyabileceğimiz bir voltaja dönüştürülür.

Kritik Nokta:

• Sensörler bir akım kaynağıdır, voltaj kaynağı değil.

• Çıkış oksijen seviyeleriyle orantılıdır, ancak sıcaklıktan etkilenir. Bu nedenle, elektronik bileşenler kullanılarak sensör çıkış değerleri sıcaklığa göre dengelenerek doğru okuma hedeflenir.

Sensörlerin kalibrasyonu; Her dalış gününde sensörleri kalibre edilerek dalış sırasında doğru oksijen oranını vermesi sağlanır. Sonuçta bu sensörler size aslen sadece ürettiği akıma göre oluşan gerilimi söyleyebiliyor. Dalış bilgisayarına veya artık daha doğru tabirimizle kontrolöre hangi gerilim değerinin (örneğin; 51 mV) %100 oksijen anlamına geldiğini her dalış günü başında söylememiz gerekir. Çünkü bu değer zamanla sensör eskidikçe değişecektir. Bu değeri belirlemek için her ünitede farklı işlemler uygulansa da temelde sistem %100 oksijen ile doldurularak sensörlerden gelen gerilim değeri okunur. Bu işleme de kalibrasyon denir. Kalibrasyondan sonra dalış bilgisayarı (kontrolör) sensörden gelen gerilim değerlerinden oksijenin kısmi basıncını hesaplayabilir ve hep belirlediğimiz seviyede kalması için çalışır. 

Sensör sayısı ve oylama (voting) algoritması; Tam kapalı devrelerde genelde 3 veya 4 oksijen sensörünün olduğunu görürüz. Bunun nedeni, sensör okuma hatası olması durumunda yedek sensör olmasını sağlamaktır. Tabi bunun için düşününce 2 sensör de yeterli olabilirdi fikri akıllara geliyor. 2 sensör olması durumunda bir sensörün hatalı okuma yapması halinde hangisinin hatalı olduğunu anlamak oldukça zor olacaktır. Bu sebeple sisteme üçüncü bir sensör eklediğimizde oylama algoritması dediğimiz mantıkla aynı değeri gösteren 2 sensörün doğru farklı değer gösteren sensörün hatalı okuma yaptığı sonucunu hızlıca çıkarabiliriz. 2 sensörün birden hatalı okuma yapıp 1 sensörün doğru okuma yapma ihtimali olsa da olasılık olarak düşük olduğu için kontrolör de birbirine yaklaşık değer veren 2 sensörü doğru kabul ederek sistemi yürütmeye devam eder. Burada olasılığı daha da düşürmek istersek sisteme dördüncü bir sensör de ilave edilebilir. Bazı marka üniteler de bu nedenle 3 yerine 4 sensör kullanmaktadır. Tabi onda da 3 sensörün hatalı okuma yapıp kalan sensörün doğru okuma yapma ihtimali yok değil. Bu nedenle de rebreather dalgıcının ilk bakışta sensörlerde hatalı okuma olduğunu gördükten sonra bulunduğu derinlikte olması gereken oksijen kısmi basıncını düşünerek, derinlik değiştirdikçe veya sisteme manuel olarak diluent/oksijen ekledikçe  sensörlerdeki değişimi inceleyerek kesin yargıya varması daha doğru olacaktır. Öyle ki 2 sensörün aynı değeri gösterip 1 sensörün farklı değer göstermesinden daha kötü 3 sensörün de farklı değer göstermesi durumu bile yaşanabiliyor. 

Yukarıda bahsettiğimiz sensörler galvanik oksijen sensörleri olarak geçerken son dönemlerde solid state oksijen sensörü olarak da adlandırılan yakın alan kızılötesi (near field infrared) teknolojisi kullanarak üretilen sensörler de çeşitli ürünler de kendine yer bulmaya başladı. Bu sensörler her dalış öncesi kalibre edilme ihtiyacı duymadan uzun yıllar boyunca da sorunsuzca kullanılabiliyor. Elbette bunların da ilk maliyetleri biraz yüksek kalıyor; 1200-1400 USD arası diyebiliriz. Poseidon tarafından 2017-2018 yıllarından beri kullanılan solid state sensörler diğer büyük markalar tarafından hem yüksek maliyeti hem de nemli ortamda çalışma verimliliğine duydukları şüpheden dolayı halen benimsenebilmiş değil. Markette biraz daha yeni çıkan markalarda farklılaştırma argümanı olarak rastlayabiliyoruz.  

Rebreather Solenoid Valf

Solenoid; elektronik rebreather’ların adeta alameti farikası olan otomatik oksijen ekleme işleminin gerçekleşmesini sağlayan elektro mekanik bir parçadır. Aslen birçok farklı elektro mekanik sistemde de yer alan solenoid, rebreather’larda aç/kapa işlemini gerçekleştiren bir oksijen valfi, vanası gibi düşünebiliriz. Kontrolör, sensörlerden okuduğu değere göre oksijen ekleme ihtiyacı olduğunda solenoid valfi açarak oksijen eklenmesini sağlar. Solenoid valflerin sistem içinde kendi güç kaynakları olan ayrı pilleri vardır genelde. Bu pilin bitmesi solenoid’in çalışmamasına neden olacaktır. Bu nedenle solenoid pilinin de kontrolü dalış öncesinde kontrolör üzerinden kontrol edilir. Dalış sırasında pil bitse ve solenoid çalışmasa dahi manuel oksijen ekleme mekanizması sayesinde dalış sağlıklı bir şekilde kolayca sonlandırılabilir. Nispeten daha zoru, solenoid valin açık kalması durumudur. Bu gibi oksijen seviyesindeki anomalilerde nasıl aksiyonlar almak gerektiğini sonraki yazılarda daha detaylı inceleyeceğiz.

Sensörlerin saklanması; rebreather sensörleri rebreather markasına özel üretilirler. Üretim tarihleri de kullanıcıya gönderilirken kritik önem taşıdığı için üzerinde yazar. Genel kabul, hiç kullanılmamış bir sensörün üretim tarihinden itibaren 2 yıl ömrü olduğu, kullanılmaya başladıktan sonra ise 1 yıl kullanılabileceği yönündedir. Örneğin 2024 Ocak ayında üretilmiş bir sensörü 2025 Ocak’ta kullanmaya başlayıp 2026 Ocak ayına kadar kullanabilirsiniz ancak 2025 Haziran’da kullanmaya başlasanız dahi yine en geç 2026 Ocak ayında kullanmamak tavsiye edilir. Pratikte ise sensörler bir buçuk hatta iki yıl bile dayanabiliyor. Yine de anlamsız risk almaya gerek olmadan değiştirmek doğru olacaktır. Sensörlerin ortalama maliyeti adet başına 60-80 euro olduğunu düşünürsek dalış sırasında içine düşeceğiniz bir sensör arızası durumu veya dalış öncesi okumama kaynaklı dalışı kaçırma bence daha büyük bir değer maliyetine sebep oluyor. Hatta şahsen yanımda her zaman bir set de yedek sensör taşırım. Özellikle uzun ve birbirini takip eden dalış günlerinde sensörler ünite içerisindeki su buharının yoğuşmasından dolayı nemleniyor ve kurumaya yeterli vakit kalmayınca hatalı okuma yapmaya başlıyor. Sensör değişiminde de tüm sensörleri aynı anda değiştirmek yerine 6 ayda bir tek bir sensörü değiştirmek önerilir. Böylece üretim hatası varsa aynı anda alınan sensörlerin hepsinde olacağı için farklı partilerde üretilmiş ürünleri kullanmış olursunuz. Son olarak, benim gibi yedek sensör alırsanız veya mevcut sensörlerinizi maksimumda kullanabilmek için hava ve nem almayan bir plastik poşette saklamayı düşünebilirsiniz. Bu sayede daha yavaş eskiyeceklerdir.