De duikfles begrijpen – Van liters en cubic feet tot drijfvermogen
Iedere duiker kent de duikfles. Het is misschien wel het meest vertrouwde onderdeel van onze uitrusting: een stevige metalen cilinder, gevuld met ademgas, die we op onze rug dragen en waarop we onze ademautomaat aansluiten. We weten hoeveel lucht erin past en ongeveer hoelang we ermee kunnen duiken. Maar hoeveel weten we eigenlijk over de fles zelf? Hoeveel ademgas zit er eigenlijk in een duikfles? Waarom rekenen we in Europa met liters en in Amerika met cubic feet, en waarom levert een fles op 300 bar minder gas op dan je zou verwachten? Welke verschillende flesformaten bestaan er, en waarom verandert het drijfvermogen van een aluminiumfles tijdens de duik anders dan dat van een stalen fles? In dit tweede deel duiken we in de natuurkunde achter de duikfles en ontdekken we hoe inhoud, druk, gewicht en drijfvermogen met elkaar samenhangen. Dit is het tweede deel van een vierdelige serie over de duikfles. Welkom bij de tweede les in cilinderologie.
1. Hoeveel lucht zit er eigenlijk in een duikfles?
Wie in Europa een duikfles huurt, krijgt meestal een fles van 10, 12 of 15 liter mee. In Noord-Amerika en het Caribisch gebied wordt daarentegen vaak gesproken over een AL63, AL80 of AL100. Het zijn twee verschillende manieren om duikflessen aan te duiden, en dat kan behoorlijk verwarrend zijn. Een Europese 12-literfles bevat immers veel meer dan 12 liter ademlucht, terwijl een Amerikaanse AL80 beslist geen omvang heeft van 80 cubic feet. Dat zou neerkomen op een kubus van ruim 4,3 voet, of 1,3 meter, aan iedere zijde. Niet bepaald iets wat je gemakkelijk op je rug meeneemt, laat staan waarmee je comfortabel kunt duiken.
Om te begrijpen hoeveel ademgas een duikfles werkelijk kan bevatten, moeten we eerst onderscheid maken tussen de inhoud van de fles zelf en de hoeveelheid lucht die daarin onder hoge druk wordt opgeslagen. En dan blijkt dat zowel de Europese als de Amerikaanse benaming eigenlijk maar het halve verhaal vertelt. Al moet gezegd worden dat de Amerikanen er bijzonder goed in geslaagd zijn om dat halve verhaal dubbel zo ingewikkeld te maken. Maar goed, dit is niet de plek om de spot te drijven met het Amerikaanse maatsysteem. Dat heb ik in mijn artikel over Meten en rekenen in het duiken al uitgebreid gedaan.
In het metrische systeem wordt een duikfles gewoonlijk aangeduid met haar waterinhoud: het volume dat beschikbaar zou zijn als je de lege fles volledig met water zou vullen. Een 12-literfles heeft dus een inwendig volume van 12 liter, ongeacht of zij leeg is of onder druk staat. Hoeveel ademlucht erin zit, hangt vervolgens af van de druk. Bij een werkdruk van 200 bar bevat zo'n fles volgens een eenvoudige berekening ongeveer 2.400 liter lucht, gemeten bij atmosferische druk. Bij 300 bar wordt dat 3.600 liter. Dat zijn voorlopig theoretische waarden, maar ze laten goed zien waarom de waterinhoud alleen weinig zegt over de hoeveelheid ademgas die een duiker kan meenemen.
In de Amerikaanse duikindustrie is een andere gewoonte ontstaan. Daar worden flessen vaak aangeduid met de hoeveelheid ademgas die zij bij hun nominale werkdruk kunnen bevatten, uitgedrukt in cubic feet, oftewel kubieke voet. Eén cubic foot komt overeen met ongeveer 28,3 liter. Een AL80 is dus een aluminiumfles met een nominale gascapaciteit van ongeveer 80 cubic feet, oftewel ruim 2.260 liter ademlucht. De waterinhoud van een gangbare AL80 bedraagt echter slechts ongeveer 11,1 liter en de werkdruk is 3.000 psi, oftewel ongeveer 207 bar. De aanduiding AL80 vertelt ons dus iets over de gascapaciteit, niet rechtstreeks over de fysieke afmetingen van de fles.
Het verschil tussen beide systemen is vooral dat de Europese benaming uitgaat van het volume van de cilinder, terwijl de Amerikaanse benaming verwijst naar de hoeveelheid gas die erin kan worden opgeslagen. Geen van beide systemen vertelt op zichzelf het volledige verhaal. Bij een Europese 12-literfles moet je de werkdruk kennen om de gascapaciteit te kunnen berekenen, terwijl je bij een Amerikaanse AL80 juist aanvullende informatie nodig hebt om te weten hoe groot de cilinder werkelijk is. Dat wordt duidelijk wanneer we een aantal gangbare stalen en aluminium duikflessen naast elkaar zetten.
| Type duikfles | Waterinhoud | Werkdruk | Gasinhoud (theoretisch) |
|---|---|---|---|
| Staal 10 L | 10,0 L | 232 bar | 2.320 L |
| Staal 12 L | 12,0 L | 232 bar | 2.784 L |
| Staal 12 L (HP) | 12,0 L | 300 bar | 3.600 L |
| Staal 15 L | 15,0 L | 232 bar | 3.480 L |
| Aluminium AL40 | ca. 5,7 L | 207 bar (3.000 psi) | ca. 1.180 L |
| Aluminium AL63 | ca. 8,9 L | 207 bar (3.000 psi) | ca. 1.840 L |
| Aluminium AL80 | ca. 11,1 L | 207 bar (3.000 psi) | ca. 2.300 L |
| Aluminium AL100 | ca. 13,9 L | 228 bar (3.300 psi) | ca. 3.010 L |
De gasinhoud is hier berekend door de waterinhoud met de werkdruk te vermenigvuldigen. Dit zijn theoretische waarden, zonder correctie voor het niet-ideale gedrag van samengeperste lucht. De waterinhoud van aluminiumflessen kan per fabrikant en model enigszins verschillen.
De tabel laat zien dat de Europese en Amerikaanse aanduidingen niet rechtstreeks met elkaar te vergelijken zijn. Stel dat we een Europese stalen 12-literfles en een aluminium AL80 allebei tot precies 200 bar vullen, dus iets onder hun nominale werkdruk van respectievelijk 232 en 207 bar. De stalen fles heeft dan een theoretische gasinhoud van 2.400 liter, terwijl de aluminium AL80 volgens dezelfde berekening ongeveer 2.220 liter bevat. Dat is zo'n 180 liter minder. De naam AL80 verwijst echter naar de nominale gascapaciteit bij de officiële werkdruk van ongeveer 207 bar: 80 cubic feet komt overeen met ongeveer 2.265 liter. Voor duikers is het daarom nuttig om niet alleen naar de naam van een fles te kijken, maar naar haar werkelijke waterinhoud en vuldruk. Een AL80 en een Europese 12-literfles worden in de praktijk vaak als min of meer vergelijkbare flessen beschouwd, maar ze zijn niet identiek.
Op een eiland als Curaçao, waar vooral met Amerikaans duikmateriaal wordt gewerkt, maar veelal in Europese termen wordt gedacht, lopen de Amerikaanse en Europese benamingen voor duikflessen in de dagelijkse praktijk regelmatig door elkaar. Zo wordt een AL80 vaak ten onrechte een 12-literfles genoemd en een AL100 een 15-literfles, terwijl hun werkelijke waterinhoud respectievelijk ongeveer 11,1 en 13,9 liter bedraagt. Het zou dus correcter zijn om de eerste een 11-literfles en de tweede een 14-literfles te noemen. Ook de kleinere AL63 is geen 10-literfles, maar met een waterinhoud van ongeveer 8,9 liter eerder een 9-literfles. Zulke ingeburgerde onnauwkeurigheden blijken bijzonder hardnekkig en worden zelfs door ervaren duikprofessionals voortdurend herhaald. Wie vervolgens met die verkeerde flesinhouden zijn beschikbare gasvoorraad berekent, rekent zichzelf ongemerkt rijk.
Toch zit er nog een addertje onder het gras. Tot nu toe hebben we de hoeveelheid ademgas steeds berekend door de waterinhoud van de fles met de druk te vermenigvuldigen. Dat is een bijzonder handige vuistregel, maar bij hoge drukken is zij niet helemaal nauwkeurig. Lucht gedraagt zich namelijk niet altijd zoals de eenvoudige gaswetten voorspellen. Een fles van 12 liter op 300 bar bevat daardoor niet noodzakelijk anderhalf keer zoveel ademgas als dezelfde fles op 200 bar. Om te begrijpen waarom dat zo is, moeten we iets dieper in de natuurkunde van samengeperste gassen duiken.
2. Waarom 300 bar niet anderhalf keer zoveel lucht oplevert als 200 bar
In het vorige hoofdstuk hebben we de hoeveelheid ademgas in een duikfles berekend door de waterinhoud met de druk te vermenigvuldigen. Een fles van 12 liter op 200 bar bevat volgens die berekening 2.400 liter lucht, terwijl dezelfde fles op 300 bar goed zou zijn voor 3.600 liter. Dat lijkt logisch: als we de druk met 50% verhogen, zou er ook 50% meer lucht in dezelfde ruimte moeten passen. Toch klopt dat bij zulke hoge drukken niet helemaal. De eenvoudige berekening gaat namelijk uit van een theoretisch model waarin gassen zich iets netter gedragen dan ze in werkelijkheid doen.
Dat model is gebaseerd op de ideale gaswet, die het verband beschrijft tussen druk, volume, temperatuur en de hoeveelheid gas. Bij een constante temperatuur geldt volgens deze wet dat een verdubbeling van de druk ook een verdubbeling van de hoeveelheid gas in dezelfde ruimte mogelijk maakt. Voor veel alledaagse toepassingen is dat een uitstekende benadering. Maar de ideale gaswet berust op enkele vereenvoudigingen. Zo wordt aangenomen dat gasmoleculen zelf geen ruimte innemen en dat ze elkaar, afgezien van hun onderlinge botsingen, niet beïnvloeden. In werkelijkheid hebben moleculen wel degelijk een eigen volume en oefenen ze aantrekkende en afstotende krachten op elkaar uit. Bij lage drukken zijn die effecten meestal verwaarloosbaar, maar naarmate we een gas verder samenpersen, worden ze steeds belangrijker.
Bij drukken van 200 tot 300 bar zitten de gasmoleculen zo dicht op elkaar dat lucht merkbaar afwijkt van het ideale model. Om dat verschil te beschrijven, gebruiken natuurkundigen de compressibiliteitsfactor, aangeduid met de letter Z. Bij een ideaal gas is Z precies 1. Bij sterk samengeperste lucht is deze factor onder normale omgevingstemperaturen doorgaans groter dan 1. Dat betekent dat er bij een bepaalde druk minder gas in de fles past dan de eenvoudige berekening voorspelt. De moleculen laten zich als het ware steeds moeilijker dichter op elkaar drukken. De druk neemt dus wel verder toe, maar de hoeveelheid extra gas die we daarmee opslaan, groeit minder snel.
Het verschil is bij 300 bar bovendien groter dan bij 200 bar. Een fles van 12 liter op 300 bar bevat daardoor niet werkelijk anderhalf keer zoveel ademlucht als dezelfde fles op 200 bar. De extra 100 bar levert nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid gas op, maar minder dan de theoretische 1.200 liter die we zouden verwachten. Hoe groot het verschil precies is, hangt onder meer af van de temperatuur en de samenstelling van het gas. Wie de werkelijke hoeveelheid ademlucht nauwkeurig wil bepalen, moet daarom rekening houden met de compressibiliteitsfactor. Bij het mengen van ademgassen en het berekenen van grote gasvoorraden kan die correctie belangrijk zijn. Voor eenvoudige duikberekeningen blijft de vermenigvuldiging van liters met bar echter een bijzonder bruikbare vuistregel.
Daar komt nog een tweede verschijnsel bij: temperatuur. Wanneer lucht tijdens het vullen wordt samengeperst, wordt zij warmer. Dat komt niet alleen door de compressie in de compressor zelf, maar ook doordat de lucht onder hoge druk de fles binnenstroomt. Vooral wanneer een duikfles snel wordt gevuld, kan de temperatuur van het gas en de cilinderwand merkbaar stijgen. En omdat de druk van een gas mede afhangt van zijn temperatuur, kan de manometer direct na het vullen een hogere waarde aangeven dan wanneer de fles enige tijd heeft kunnen afkoelen. Stel bijvoorbeeld dat een duikfles direct na het vullen 200 bar aanwijst, terwijl de lucht in de fles is opgewarmd tot 40 °C. Wanneer diezelfde fles vervolgens afkoelt tot 25 °C, daalt de druk, ook al is er geen lucht ontsnapt. Volgens een eenvoudige benadering met de ideale gaswet zou de druk dan afnemen tot ongeveer 190 bar. In werkelijkheid spelen ook de eigenschappen van samengeperste lucht en de temperatuur van de fles zelf een rol, maar het voorbeeld laat goed zien waarom een warme fles na het afkoelen minder druk kan aangeven. De hoeveelheid gas is niet veranderd; alleen de temperatuur en daarmee de druk zijn gedaald.
Het omgekeerde gebeurt wanneer een gevulde duikfles warmer wordt. Een fles die in een koele vulruimte op druk is gebracht en vervolgens in de tropische zon wordt gelegd, kan een hogere druk aanwijzen zonder dat er extra lucht is toegevoegd. Dat betekent overigens niet dat de fles ineens meer ademgas bevat. Het laat vooral zien dat druk en gasinhoud niet hetzelfde zijn. Een manometer meet de druk in de cilinder, maar vertelt ons zonder aanvullende informatie over temperatuur en flesvolume niet precies hoeveel gasmoleculen er aanwezig zijn.
Voor een duiker is dit onderscheid vooral van praktisch belang. Wanneer we tijdens een duik onze resterende gasvoorraad berekenen, gebruiken we meestal de waterinhoud van de fles en de druk die de manometer aangeeft. Dat is voldoende nauwkeurig voor veel gewone toepassingen, zolang we begrijpen dat het om een benadering gaat en we met passende gasreserves plannen. Bij hogere werkdrukken, nauwkeurige gasberekeningen en het vullen van cilinders worden de afwijkingen van het ideale model belangrijker. Ook de temperatuur tijdens en na het vullen verdient dan aandacht.
De hoeveelheid ademgas die we kunnen meenemen, hangt dus niet alleen af van hoe groot een fles is en tot welke druk we haar vullen. Ook de natuurkundige eigenschappen van het gas en de temperatuur spelen een rol. Daarmee wordt meteen duidelijk waarom duikflessen in zoveel verschillende afmetingen en uitvoeringen bestaan. Een kleine cilinder kan onder hoge druk verrassend veel gas bevatten, terwijl een grotere fles bij een lagere druk soms een vergelijkbare voorraad heeft. Van piepkleine flesjes voor het opblazen van een markeringsboei tot enorme buffercilinders in een vulstation: in het volgende hoofdstuk bekijken we hoe uiteenlopend die formaten kunnen zijn.
3. Van miniflesje tot grote buffertank
Duikflessen bestaan in allerlei soorten en maten, van piepkleine cilinders voor het opblazen van een markeringsboei tot grote stalen buffertanks van 50 of 80 liter voor de opslag van ademlucht in een vulstation. Daartussen bestaat een grote verscheidenheid aan flesformaten, elk ontwikkeld voor een bepaalde toepassing. Bij de keuze van een duikfles gaat het bovendien niet alleen om de hoeveelheid gas die erin past, maar ook om de lengte, diameter, het gewicht en de manier waarop de fles wordt gebruikt of gedragen. Een grotere fles biedt doorgaans meer gascapaciteit, maar is niet automatisch praktischer. En soms blijkt juist een verrassend klein flesje precies groot genoeg voor zijn taak.
De kleinste cilinders: DSMB en argon
De allerkleinste duikcilinders zijn nauwelijks groter dan een handpalm. Zo bestaan er speciale miniflesjes met een waterinhoud van slechts 0,1 liter (100 milliliter), die bij een werkdruk van 232 bar theoretisch ongeveer 23 liter lucht kunnen bevatten. Ze worden onder meer gebruikt om een Delayed Surface Marker Buoy (DSMB), een opblaasbare markeringsboei, onder water te vullen. Zo'n flesje is slechts ongeveer 11,5 centimeter lang en wordt vooraf vanuit een gewone duikfles gevuld. De beschikbare hoeveelheid lucht is veel te klein om er zinvol uit te ademen, maar kan voldoende zijn om een markeringsboei op te blazen. Het is een mooi voorbeeld van hoe een kleine hoeveelheid samengeperst gas toch een nuttige functie kan vervullen.
Een andere bijzondere toepassing zijn kleine argonflessen, meestal met een waterinhoud van ongeveer 0,85 tot 1,5 liter, waarmee technische duikers hun droogpak kunnen opblazen. Argon geleidt warmte minder goed dan lucht en kan daardoor onder bepaalde omstandigheden voor een iets betere thermische isolatie zorgen. Zulke cilinders worden met een afzonderlijke drukregelaar op het droogpak aangesloten. Ze zijn dus niet bedoeld om uit te ademen, maar om een ander onderdeel van de duikuitrusting van gas te voorzien. Dat laat meteen zien dat niet iedere cilinder die een duiker meeneemt noodzakelijk ademgas bevat.
Pony bottles: een onafhankelijke gasreserve
Een stap groter zijn de kleine duikflessen die wel bedoeld zijn om uit te ademen, met een waterinhoud van ongeveer 2 tot 6 liter. Ze worden onder meer gebruikt als onafhankelijke noodluchtvoorziening. Een pony bottle is een kleine fles met een eigen kraan en ademautomaat, die naast de gewone duikfles wordt meegenomen. De naam verwijst inderdaad naar een pony, een klein paard: naast het grote werkpaard draagt de duiker als het ware nog een kleiner exemplaar mee. Mocht de primaire luchtvoorziening uitvallen, dan beschikt de duiker over een afzonderlijke gasvoorraad waarmee hij naar de oppervlakte kan terugkeren. Vooral bij diepere duiken, koudwaterduiken en bepaalde vormen van zelfstandig duiken worden dergelijke systemen als back-up gebruikt.
Een veelvoorkomend formaat is de aluminium AL19, met een waterinhoud van ongeveer 2,7 liter en een nominale gascapaciteit van 19 cubic feet, oftewel zo'n 540 liter ademlucht bij een werkdruk van 207 bar. Voor een duiker die met een AL80 duikt, betekent dit een extra, onafhankelijke gasreserve van bijna een kwart van de capaciteit van zijn hoofdfles. Er bestaat ook een kleinere variant, de AL13. In Europa hebben we het over 2 en 3-liter flessen. Een 3-literfles op 200 bar bevat volgens de eenvoudige berekening ongeveer 600 liter lucht, terwijl een 6-literfles op dezelfde druk ongeveer 1.200 liter bevat. Dat klinkt misschien als een behoorlijke hoeveelheid, maar op diepte wordt ademgas veel sneller verbruikt dan aan de oppervlakte. Bij 30 meter diepte is de omgevingsdruk ongeveer vier bar en verbruikt een duiker bij hetzelfde ademvolume per minuut ongeveer vier keer zoveel lucht als aan de oppervlakte. Een kleine noodgasfles moet daarom voldoende capaciteit hebben voor de volledige terugweg, inclusief eventuele veiligheids- of decompressiestops. Niet iedere kleine fles is daarvoor automatisch geschikt.
De gewone recreatieve duikfles
Voor de meeste recreatieve duiken worden flessen met een waterinhoud van ongeveer 10 tot 15 liter gebruikt. In Europa zijn vooral stalen 10-, 12- en 15-literflessen populair. Een 10-literfles is relatief compact en gemakkelijk te hanteren, terwijl een 15-literfles meer ademgas biedt voor langere duiken of duikers met een hoger luchtverbruik. De 12-literfles vormt voor veel duikers een praktisch compromis tussen capaciteit en gewicht. Daarnaast bestaan er grotere stalen 18-literflessen, al worden die minder vaak gebruikt vanwege hun afmetingen en gewicht. Welke inhoud het meest geschikt is, hangt niet alleen af van de geplande duik, maar ook van het luchtverbruik, de lichaamsbouw en de voorkeur van de duiker.
In Noord-Amerika en het Caribisch gebied is de aluminium AL80 waarschijnlijk de bekendste recreatieve duikfles. Daarnaast bestaan de kleinere AL63 en de grotere AL100. Zoals we in het eerste hoofdstuk zagen, verwijzen deze aanduidingen naar de nominale gascapaciteit in cubic feet. Een AL63 is daardoor niet alleen kleiner dan een AL80, maar doorgaans ook korter en lichter. Dat kan prettig zijn voor kleinere duikers of mensen die minder ademgas nodig hebben. Een AL100 biedt juist meer capaciteit, maar is ook omvangrijker en zwaarder.
Het grootste formaat is bovendien niet automatisch de beste keuze. Twee flessen met dezelfde waterinhoud kunnen een heel verschillende vorm hebben. Zo bestaan er relatief korte, brede stalen 12-literflessen en langere, smallere uitvoeringen. De eerste kan bij een lange duiker wat hoog op de rug zitten, terwijl de tweede bij een kleinere duiker juist tegen de benen kan komen. Ook de positie van de kraan, het gewicht van de fles en de verdeling daarvan over het lichaam beïnvloeden het comfort. Onder water komt daar het drijfvermogen bij: een aluminiumfles wordt tijdens de duik vaak steeds positiever, terwijl een stalen fles doorgaans negatief blijft. De juiste fles is daarom niet alleen een kwestie van voldoende ademgas, maar ook van een goede balans. Op die verschillen komen we in het laatste hoofdstuk uitgebreid terug.
De AL40: een kleine fles met een grote rol
Een bijzonder populair formaat bij technisch duiken is de aluminium AL40, met een waterinhoud van ongeveer 5,7 liter en een nominale gascapaciteit van 40 cubic feet, oftewel ruim 1.130 liter ademgas. De gebruikelijke werkdruk bedraagt 3.000 psi, ongeveer 207 bar. Daarmee is de AL40 ongeveer half zo groot als een AL80, maar nog altijd goed voor een aanzienlijke hoeveelheid ademgas. De fles is relatief compact en gemakkelijk aan de zijkant van het lichaam te bevestigen, waardoor zij bijzonder geschikt is als extra cilinder.
De AL40 wordt vooral gebruikt als stagefles of decompressiefles. Bij technische duiken nemen duikers vaak verschillende ademgasmengsels mee, die ieder voor een bepaald gedeelte van de duik zijn bedoeld. Een AL40 kan bijvoorbeeld gevuld zijn met EAN50, een mengsel van 50% zuurstof en 50% stikstof, dat tijdens decompressiestops op geschikte dieptes wordt gebruikt. Ook wordt de AL40 regelmatig ingezet voor zuivere zuurstof tijdens de laatste decompressiestops, op dieptes waar dat veilig is. De keuze voor dit formaat heeft niet alleen met de gascapaciteit te maken, maar ook met het relatief gunstige drijfvermogen van aluminiumflessen. Daardoor kan een AL40 gemakkelijk naast het lichaam worden gedragen, zonder dat zij voortdurend sterk naar beneden trekt.
Hoewel de AL40 qua afmetingen tussen de pony bottles en de gewone recreatieve duikflessen in zit, vervult zij dus meestal een heel andere functie. Een pony bottle is bedoeld als onafhankelijke noodgasvoorziening, terwijl een stage- of decompressiefles onderdeel is van een vooraf geplande gasstrategie. De cilinder zelf hoeft daarvoor overigens niet anders te zijn: het is vooral de inhoud en de manier waarop de fles wordt gebruikt die het onderscheid bepalen. In het volgende hoofdstuk bekijken we uitgebreider hoe technische duikers zulke extra cilinders combineren en beheren.
Kleine flessen voor rebreathers
Naast de gewone recreatieve duikflessen bestaan er cilinders die speciaal zijn afgestemd op apparatuur met een heel ander gasverbruik. Een goed voorbeeld zijn de kleine flessen van een rebreather, vaak met een waterinhoud van slechts 2 of 3 liter. Een rebreather werkt anders dan een gewone ademautomaat: het uitgeademde gas wordt grotendeels opnieuw gebruikt, terwijl koolstofdioxide wordt verwijderd en zuurstof wordt aangevuld. Daardoor gaat veel minder ademgas verloren en zijn grote cilinders voor de normale gasvoorziening niet nodig. Bij een gesloten rebreather zijn doorgaans twee afzonderlijke flessen aanwezig: één met zuurstof en één met een verdunningsgas, zoals lucht of trimix.
Dat betekent echter niet dat een rebreatherduiker met alleen twee kleine flessen op pad kan. Bij een storing moet de duiker kunnen overschakelen op een onafhankelijke ademgasvoorziening, het zogenaamde bailoutgas. Afhankelijk van de duik kunnen daarvoor één of meerdere grotere cilinders nodig zijn. De kleine flessen van de rebreather illustreren vooral hoe sterk de benodigde gasvoorraad afhangt van de manier waarop het ademgas wordt gebruikt. Een open-circuitduiker blaast bij iedere ademhaling gas uit in het water, terwijl een rebreatherduiker een groot deel ervan opnieuw gebruikt. Daardoor kunnen twee systemen met heel verschillende cilindergroottes toch voor vergelijkbare duiktijden geschikt zijn.
Medische zuurstofflessen
Een andere cilinder die je op vrijwel iedere duikschool zult tegenkomen, is de zuurstoffles. Deze maakt deel uit van de EHBO-uitrusting en is bedoeld om bij een duikongeval zo snel mogelijk zuurstof toe te dienen. Dezelfde soort flessen kom je ook tegen in ziekenhuizen en ambulances. Hier raken de duikwereld en de medische wereld elkaar: zuurstof is in dit geval niet zomaar een ademgas, maar een geneesmiddel dat we als eerste hulp bij een duikongeval toedienen. Hoewel zo'n fles uiterlijk sterk op een gewone duikfles kan lijken, is ze niet bedoeld om onder water mee te duiken. Medische zuurstofflessen zijn daarom doorgaans voorzien van een eigen kleurcodering en een speciale kraanaansluiting.
In de Verenigde Staten en Canada zijn medische zuurstofflessen traditioneel herkenbaar aan hun groene schouder, een kleurcodering die je ook in delen van het Caribisch gebied tegenkomt. Veel Amerikaanse modellen hebben een werkdruk van 2.015 psi (ongeveer 140 bar). De kleinere, draagbare flessen bevatten doorgaans enkele honderden liters zuurstof en gebruiken een zogenaamde pin-index-aansluiting (CGA-870). Daarbij zorgen twee kleine metalen pennen ervoor dat alleen een passend zuurstofreduceerventiel kan worden aangesloten. Grotere cilinders, die duizenden liters zuurstof kunnen bevatten, hebben meestal een schroefaansluiting (CGA-540).
In Europa zijn medische zuurstofflessen doorgaans volledig wit en worden ze vaak tot 200 bar gevuld. Ook hier wordt het pin-indexsysteem gebruikt, onder andere bij de draagbare noodzuurstofsets van DAN. Daarnaast bestaan verschillende schroefaansluitingen, die per land kunnen verschillen. Zo worden in Duitsland andere aansluitingen gebruikt dan in Frankrijk of België. Zelfs kleine medische zuurstofflessen zijn verkrijgbaar met zowel pin-index- als schroefaansluitingen. De keuze hangt dus niet uitsluitend af van de grootte van de cilinder, maar ook van de nationale standaard en het bijbehorende reduceerventiel.
Al die verschillende aansluitingen hebben hetzelfde doel: voorkomen dat zuurstofapparatuur per ongeluk op een fles met een ander gas wordt aangesloten. Zuurstof is zelf niet brandbaar, maar kan de verbranding van andere materialen sterk versnellen. Daarom moeten ook de fleskraan en het reduceerventiel speciaal geschikt zijn voor zuurstof. Een medische zuurstoffles is dus niet zomaar een gewone duikfles met een andere inhoud.
De grootste flessen blijven aan land
Aan het andere uiterste van het spectrum vinden we de grote cilinders die helemaal niet bedoeld zijn om mee te duiken. Professionele vulstations slaan ademlucht op in grote stalen hogedrukcilinders, die meestal permanent in een rek of frame zijn opgesteld. Veelgebruikte formaten hebben een waterinhoud van 50 of 80 liter en zijn geschikt voor opslagdrukken van bijvoorbeeld 300 bar. Een enkele 50-litercilinder bevat bij die druk theoretisch 15.000 liter lucht, terwijl een 80-litercilinder op dezelfde druk goed is voor 24.000 liter. Voor industriële toepassingen bestaan nog veel grotere hogedrukcilinders en drukvaten, met waterinhouden van honderden of zelfs duizenden liters.
Bij Air & Dive Supply op Curaçao gebruiken we momenteel 43 stalen buffercilinders van elk 50 liter, met een maximale opslagdruk van 300 bar. Samen hebben ze een waterinhoud van 2.150 liter en een theoretische opslagcapaciteit van maar liefst 645.000 liter ademlucht. Dat komt overeen met de theoretische inhoud van ruim 290 gewone 11-literflessen op 200 bar. De cilinders zijn verdeeld over drie banken, aangeduid als LOW, MID en HIGH. Door tijdens het vullen achtereenvolgens lucht uit verschillende banken te gebruiken, kunnen we de beschikbare luchtvoorraad veel efficiënter benutten dan wanneer alle cilinders voortdurend met elkaar verbonden zouden zijn. Zo kunnen we grote aantallen duikflessen vullen zonder volledig afhankelijk te zijn van de hoeveelheid lucht die onze compressoren op dat moment produceren. De volledige theoretische opslagcapaciteit is daarbij overigens niet hetzelfde als de hoeveelheid lucht die we bij een bepaalde vuldruk daadwerkelijk aan duikflessen kunnen afgeven.
Daarmee zijn we van een miniflesje van 100 milliliter bij een opslaginstallatie van meer dan 2000 liter aangekomen. Toch berusten beide op hetzelfde principe. Door gas onder hoge druk samen te persen, kunnen we een verrassend grote hoeveelheid ervan in een relatief kleine ruimte bewaren. De afmetingen van een cilinder worden uiteindelijk bepaald door de hoeveelheid gas die nodig is, de druk waarvoor zij is ontworpen en de praktische omstandigheden waarin zij wordt gebruikt.
Maar met de juiste flesinhoud zijn we er nog niet. Soms heeft een duiker aan één cilinder voldoende, terwijl bij andere duiken meerdere flessen nodig zijn, bijvoorbeeld voor extra gasvoorraad, een onafhankelijke noodvoorziening of verschillende ademgasmengsels. Die flessen kunnen op de rug worden gedragen, langs de zijkanten van het lichaam worden bevestigd of in verschillende combinaties worden samengebouwd. En daarmee komen we bij de volgende vraag: hoe organiseren duikers al die cilinders wanneer één fles niet meer voldoende is?
4. Een fles, twee flessen of een hele verzameling?
Voor de meeste recreatieve duiken is één duikfles voldoende. Een AL80 of een stalen 12-literfles biedt doorgaans genoeg ademgas voor een ontspannen duik, zolang de diepte, het luchtverbruik en de geplande duiktijd binnen de gebruikelijke grenzen blijven. Maar naarmate duiken langer, dieper of ingewikkelder worden, kan één cilinder onvoldoende zijn. Soms is er simpelweg meer ademgas nodig, soms willen duikers beschikken over een volledig onafhankelijke reserve en soms moeten er verschillende ademgasmengsels worden meegenomen. In zulke gevallen wordt de duikuitrusting uitgebreid met extra flessen, die op verschillende manieren kunnen worden gedragen en met elkaar verbonden.
Het gaat daarbij niet alleen om de hoeveelheid gas. Ook de bereikbaarheid van de kranen, de verdeling van het gewicht, de bewegingsvrijheid en de mogelijkheid om bij een storing veilig verder te handelen, spelen een belangrijke rol. Technische duikers kunnen daardoor met twee, drie of zelfs nog meer cilinders te water gaan. Voor een buitenstaander ziet dat er misschien uit alsof iemand de halve voorraad van een vulstation heeft meegenomen, maar iedere fles heeft in principe een eigen functie.
Dubbelsets: twee flessen op de rug
De meest voor de hand liggende manier om meer ademgas mee te nemen, is twee flessen naast elkaar op de rug te dragen. Bij technisch duiken zijn vooral dubbelsets met twee stalen 7-, 10- of 12-literflessen bekend, aangeduid als bi-7, bi-10 en bi-12. Een bi-12 bestaat bijvoorbeeld uit twee flessen van elk 12 liter, samen goed voor een waterinhoud van 24 liter. Bij een druk van 232 bar komt dat volgens de eenvoudige berekening overeen met 5.568 liter ademgas. Daarmee beschikt de duiker over aanzienlijk meer gas dan met een enkele fles, maar nemen ook het gewicht en de omvang van de uitrusting flink toe.
In Noord-Amerika en het Caribisch gebied worden ook aluminium dubbelsets gebruikt, bijvoorbeeld twee AL80-flessen die samen als double 80s of twin 80s worden aangeduid. Hun gezamenlijke waterinhoud bedraagt ongeveer 22,2 liter en bij een werkdruk van 207 bar bevatten ze theoretisch zo'n 4.600 liter ademgas. Stalen dubbelsets zijn bij technisch duiken echter bijzonder populair, onder meer omdat ze bij een relatief compacte omvang veel gas kunnen bevatten en doorgaans negatief drijvend blijven. Welke configuratie het meest geschikt is, hangt af van de duikomstandigheden, de benodigde gasvoorraad en de voorkeur van de duiker.
De twee flessen worden meestal met stevige metalen banden aan elkaar bevestigd en als één geheel op de rug gedragen. Bij veel technische configuraties zijn ze bovendien verbonden door een manifold: een hogedrukverbinding tussen beide cilinders, voorzien van een afsluitbare isolatiekraan. Aan de buitenzijden bevinden zich de gewone fleskranen, waarop twee afzonderlijke ademautomaten worden aangesloten. Zolang de isolatiekraan openstaat, kunnen beide ademautomaten gas uit de gezamenlijke voorraad gebruiken. De duiker heeft dus niet simpelweg twee volledig gescheiden flessen, maar één gasvoorraad die via twee onafhankelijke ademautomaten bereikbaar is.
Het voordeel van zo'n manifold wordt vooral duidelijk wanneer er iets misgaat. Bij een defect aan een ademautomaat of een lekkage aan een van de aansluitingen kan de betreffende kraan worden gesloten. Als de storing zich in een deel van de verbinding tussen de flessen bevindt, kan de isolatiekraan worden gesloten om te voorkomen dat de volledige gasvoorraad verloren gaat. Welke hoeveelheid gas behouden blijft, hangt af van de plaats van de storing en de handelingen die de duiker uitvoert. Dat vereist uiteraard oefening: onder water, met dikke handschoenen en mogelijk beperkt zicht, moet een technische duiker zijn kranen kunnen bereiken en de juiste afsluitprocedure uitvoeren.
Dubbelsets worden daarom vooral gebruikt bij duiken waarbij een grotere gasvoorraad en een zekere mate van redundantie noodzakelijk zijn, bijvoorbeeld bij diepe duiken, grotduiken en wrakpenetraties. Wanneer een directe opstijging naar de oppervlakte niet mogelijk is, kan een probleem met de gasvoorziening immers veel ernstiger gevolgen hebben. De extra cilinder biedt dan niet alleen meer ademgas, maar maakt ook deel uit van een zorgvuldig ontworpen veiligheidssysteem.
Sidemount: de flessen naast het lichaam
Niet iedere duiker draagt zijn flessen op de rug. Bij sidemount worden de cilinders langs de zijkanten van het lichaam bevestigd, meestal één links en één rechts. Iedere fles heeft doorgaans een eigen kraan en ademautomaat, waardoor de gasvoorraden onafhankelijk van elkaar blijven. De duiker wisselt tijdens de duik regelmatig tussen beide ademautomaten om het gasverbruik over de flessen te verdelen. Daarmee verschilt sidemount fundamenteel van een dubbelset met een open manifold: de twee cilinders vormen geen gezamenlijke gasvoorraad.
Sidemount is vooral bekend geworden vanuit het grotduiken. In nauwe doorgangen kan een grote dubbelset op de rug behoorlijk onhandig zijn, terwijl afzonderlijke flessen langs het lichaam een lager profiel mogelijk maken. Bovendien kunnen de cilinders, afhankelijk van de configuratie, tijdelijk worden losgemaakt en naar voren worden gebracht om door bijzonder smalle passages te bewegen. Inmiddels wordt sidemount ook veel gebruikt in open water, waar duikers de configuratie onder meer waarderen vanwege de bereikbaarheid van de kranen en de mogelijkheid om de flessen afzonderlijk te hanteren.
Voor sidemount worden zowel aluminium als stalen cilinders gebruikt. In warm water zijn AL80-flessen een bekende keuze, terwijl in koud water ook stalen flessen populair zijn. Het drijfvermogen van de cilinders speelt daarbij een belangrijke rol. Een fles die bij volledige vulling mooi horizontaal langs het lichaam hangt, kan naarmate het gas wordt verbruikt een andere positie aannemen. Vooral aluminiumflessen kunnen aan het einde van de duik positief worden, waardoor de achterkant van de cilinder omhoog wil bewegen. Met de juiste bevestigingspunten en een goede afstelling van het harnas kan de duiker dat opvangen.
Sidemount betekent overigens niet automatisch dat een duiker meer ademgas bij zich heeft dan iemand met een dubbelset. Twee AL80-flessen bevatten samen ongeveer evenveel gas als dezelfde twee flessen op de rug. Het verschil zit vooral in de configuratie, de onafhankelijkheid van de gasvoorraden en de manier waarop de duiker zijn uitrusting beheert. Ook sidemount vereist daarom specifieke training, onder meer in het wisselen van ademautomaten, het controleren van beide manometers en het omgaan met storingen.
Stageflessen: extra gas voor onderweg
Bij langere of diepere technische duiken kan zelfs een dubbelset of sidemountconfiguratie onvoldoende gas bevatten. In dat geval kunnen duikers extra cilinders meenemen, die meestal aan de zijkant van het lichaam worden bevestigd. Zulke flessen worden vaak stageflessen genoemd. Ze bevatten extra ademgas dat tijdens een bepaald gedeelte van de duik wordt gebruikt, bijvoorbeeld om de beschikbare gasvoorraad te vergroten of om een specifiek mengsel mee te nemen voor de afdaling of de terugweg.
Het woord stage verwijst naar een fase of etappe van de duik. In het grotduiken kan een stagefles bijvoorbeeld worden gebruikt tijdens het eerste gedeelte van de penetratie, waarna de duiker de cilinder op een vooraf bepaalde plaats achterlaat. Op de terugweg wordt dezelfde fles weer opgepakt en kan het resterende gas worden gebruikt. Zo hoeft niet alle benodigde ademlucht voortdurend op de rug te worden gedragen. Uiteraard vraagt dit om een nauwkeurige gasplanning: de duiker moet vooraf bepalen hoeveel gas uit iedere cilinder mag worden gebruikt en welke reserves beschikbaar moeten blijven.
Een veelgebruikt formaat is de aluminium AL80, die voldoende gas bevat voor een aanzienlijke extra voorraad. Voor kleinere hoeveelheden worden ook AL40-flessen gebruikt. Zoals we in het vorige hoofdstuk zagen, heeft een AL40 een waterinhoud van ongeveer 5,7 liter en een nominale capaciteit van 40 cubic feet, oftewel ruim 1.130 liter ademgas. De keuze tussen beide formaten hangt af van de hoeveelheid gas die nodig is, maar ook van het gewicht, de afmetingen en de manier waarop de fles onder water gedragen wordt.
Stageflessen worden doorgaans met twee bevestigingspunten aan het harnas vastgemaakt, zodat ze zo veel mogelijk langs het lichaam liggen. Iedere fles heeft haar eigen kraan, ademautomaat en manometer. Bij het gebruik van meerdere flessen wordt het belangrijk om de inhoud en de functie van iedere cilinder duidelijk te kunnen herkennen. Een vergissing tussen twee ademgasmengsels kan immers veel ernstiger gevolgen hebben dan het verwisselen van twee flessen die allebei gewone perslucht bevatten.
Decompressieflessen: het juiste gas op de juiste diepte
Een bijzondere toepassing van extra cilinders is de decompressiefles. Bij technische duiken waarbij verplichte decompressiestops nodig zijn, kunnen duikers tijdens de opstijging overschakelen op ademgasmengsels met een hoger zuurstofpercentage. Daarmee kan, binnen de grenzen van het decompressieplan, de afvoer van opgenomen inert gas worden versneld. Zulke mengsels worden daarom vaak decompressiegassen genoemd.
Een bekend voorbeeld is EAN50, een mengsel van 50% zuurstof en 50% stikstof. Dit gas wordt bij technische duiken vaak gebruikt vanaf een diepte van maximaal ongeveer 21 meter, uitgaande van een maximale partiële zuurstofdruk van 1,6 bar. Een ander veelgebruikt decompressiegas is zuivere zuurstof, die bij dezelfde zuurstofdruklimiet pas vanaf 6 meter of ondieper mag worden ingeademd. Deze grenzen zijn geen algemene aanbevelingen om zomaar op die dieptes van gas te wisselen: de exacte wisseldieptes, zuurstofblootstelling en decompressieprocedure maken deel uit van een vooraf opgesteld duikplan.
Voor dergelijke decompressiegassen is de aluminium AL40 bijzonder populair. De cilinder is relatief compact, biedt voor veel decompressieprofielen voldoende capaciteit en kan gemakkelijk naast het lichaam worden gedragen. Wanneer meer gas nodig is, kan een AL80 geschikter zijn. De keuze hangt af van de geplande decompressietijd, het gasverbruik en de noodzakelijke reserves. Bij sommige technische duiken worden meerdere decompressieflessen meegenomen, ieder met een ander mengsel en een eigen maximale gebruiksdiepte.
Het onderscheid tussen een stagefles en een decompressiefles zit dus niet noodzakelijk in de cilinder zelf. Dezelfde AL40 kan de ene dag worden gebruikt als extra voorraad ademlucht en de volgende dag als decompressiefles met EAN50. Wat verandert, is de functie en vooral het gas dat erin zit. Daarom zijn een duidelijke identificatie van het mengsel, de maximale gebruiksdiepte en een zorgvuldige gascontrole essentieel. Bij het wisselen van gas moet de duiker zeker weten dat hij de juiste ademautomaat gebruikt en dat het betreffende mengsel veilig is op de actuele diepte.
Bailout: een onafhankelijke uitweg
Extra cilinders worden niet alleen meegenomen om langer te kunnen duiken of sneller te decompressen. Ze kunnen ook dienen als onafhankelijke noodgasvoorziening, doorgaans aangeduid als bailoutgas. Dat principe kwamen we eerder al tegen bij de pony bottle, maar bij technisch duiken kan de benodigde hoeveelheid noodgas aanzienlijk groter zijn.
Vooral bij rebreatherduiken speelt bailout een belangrijke rol. Een gesloten rebreather gebruikt het ademgas grotendeels opnieuw, waardoor de normale gasvoorziening vaak bestaat uit twee relatief kleine cilinders: één met zuurstof en één met verdunningsgas. Maar wanneer de rebreather niet meer veilig gebruikt kan worden, moet de duiker kunnen overschakelen op een onafhankelijk open-circuitsysteem. Vanaf dat moment wordt bij iedere ademhaling gas aan het water afgegeven en stijgt het verbruik sterk. De kleine cilinders van de rebreather zijn daarom doorgaans niet voldoende om als volledige noodgasvoorziening te dienen.
Een rebreatherduiker kan om die reden één of meerdere bailoutflessen meenemen, afhankelijk van de diepte, de geplande duiktijd en eventuele decompressieverplichtingen. Bij een diepe technische duik kan het nodig zijn verschillende bailoutgassen beschikbaar te hebben voor verschillende delen van de opstijging. De benodigde voorraad moet voldoende zijn om de duik veilig te beëindigen, ook wanneer het probleem zich op het ongunstigste moment voordoet. De aanwezigheid van een extra fles is op zichzelf dus nog geen garantie voor voldoende veiligheid; het gaat om de hoeveelheid gas, de geschiktheid van het mengsel en de bereikbaarheid ervan wanneer dat nodig is.
Zo kan één duiker uiteindelijk met een behoorlijk indrukwekkende verzameling cilinders te water gaan: een dubbelset op de rug, één of twee stageflessen, verschillende decompressiegassen en eventueel nog een aanvullende noodvoorziening. Iedere cilinder heeft dan een eigen plaats in het duikplan. Het geheel lijkt misschien ingewikkeld, maar de onderliggende gedachte is betrekkelijk eenvoudig: voldoende gas meenemen, het juiste gas op het juiste moment gebruiken en bij een storing over veilige alternatieven beschikken.
Daarmee zijn we terug bij een vraag die ook bij de gewone recreatieve duikfles belangrijk is: hoe gedragen al die cilinders zich eigenlijk onder water? Want wie meerdere flessen meeneemt, krijgt niet alleen te maken met hun gezamenlijke gewicht, maar ook met hun drijfvermogen. Een stalen dubbelset kan behoorlijk negatief zijn, terwijl aluminium stageflessen tijdens het leegademen steeds lichter worden. En dat brengt ons bij een van de interessantste eigenschappen van duikflessen: waarom een aluminiumfles aan het einde van de duik kan gaan drijven, terwijl een stalen fles meestal blijft zinken.
5. Waarom een aluminiumfles anders drijft dan een stalen fles
Wie zowel met stalen als aluminium duikflessen heeft gedoken, weet dat ze zich onder water heel verschillend kunnen gedragen. Een stalen fles blijft meestal negatief drijvend, ook wanneer zij bijna leeg is, terwijl een aluminium AL80 aan het einde van de duik juist de neiging heeft om omhoog te drijven. Dat lijkt misschien vreemd. Aluminium is immers veel lichter dan staal, maar een aluminium duikfles is vaak nauwelijks lichter dan een vergelijkbare stalen fles. Bovendien verandert de fles tijdens de duik niet noemenswaardig van vorm of afmeting. Waar komt dat verschil in drijfvermogen dan vandaan? Om dat te begrijpen, moeten we terug naar een natuurkundige die ruim tweeduizend jaar geleden leefde: Archimedes.
Archimedes en de opwaartse kracht
Volgens de overlevering ontdekte de Griekse geleerde Archimedes ruim tweeduizend jaar geleden het principe van de opwaartse kracht toen hij in bad stapte. Zo enthousiast was hij over zijn ontdekking dat hij naakt en luid Eureka! roepend door de straten van Syracuse rende. Gelukkig is dat tegenwoordig geen gebruikelijke reactie meer wanneer een duiker eindelijk begrijpt hoeveel lood hij nodig heeft. Het principe zelf is echter nog altijd precies hetzelfde.
De wet van Archimedes stelt dat ieder voorwerp dat in water wordt ondergedompeld een opwaartse kracht ondervindt die gelijk is aan het gewicht van het water dat het verplaatst. Een voorwerp met een uitwendig volume van 10 liter verdringt dus 10 liter water. In zoet water komt dat overeen met ongeveer 10 kilogram, terwijl hetzelfde volume in zeewater ongeveer 10,2 tot 10,3 kilogram water verdringt. Of het voorwerp vervolgens zinkt of drijft, hangt af van de verhouding tussen zijn eigen gewicht en het gewicht van het verplaatste water. Weegt het voorwerp meer dan het water dat het verdringt, dan zinkt het. Weegt het minder, dan drijft het.
Bij een duikfles moeten we daarvoor niet naar de waterinhoud kijken, maar naar het totale uitwendige volume. Een aluminium AL80 heeft bijvoorbeeld een waterinhoud van ongeveer 11,1 liter, maar door de relatief dikke wanden neemt de fles aan de buitenkant aanzienlijk meer ruimte in. Een stalen fles met een vergelijkbare gascapaciteit heeft doorgaans dunnere wanden en verdringt daardoor minder water. Hoewel staal als materiaal bijna drie keer zo zwaar is als aluminium, is het verschil in het gewicht van de complete flessen dus veel kleiner dan je op basis van de materiaaldichtheid zou verwachten. Het drijfvermogen wordt uiteindelijk bepaald door het gewicht van de hele fles, inclusief de kraan en de aanwezige lucht, tegenover het gewicht van het water dat zij verdringt.
Waarom aluminiumflessen positiever drijven
In het eerste deel van Cilinderologie zagen we al dat staal een dichtheid van ongeveer 7,8 gram per kubieke centimeter heeft, tegenover ongeveer 2,7 gram voor aluminium. Om dezelfde hoge druk te kunnen weerstaan, heeft een aluminium duikfles doorgaans veel dikkere wanden nodig dan een stalen fles. Die dikkere wanden voegen niet alleen materiaal en gewicht toe, maar vergroten ook het uitwendige volume en daarmee de hoeveelheid water die de fles verdringt. Het resultaat is dat een aluminiumfles relatief veel opwaartse kracht ondervindt. Bij een gangbare AL80 kan die opwaartse kracht, wanneer de fles bijna leeg is, zelfs groter worden dan het gewicht van de fles zelf.
Bij een stalen duikfles ligt dat meestal anders. Door de grotere sterkte van het materiaal kunnen de wanden relatief dun blijven, terwijl het staal zelf een hoge dichtheid heeft. Daardoor is het gewicht van de fles doorgaans groter dan het gewicht van het water dat zij verdringt, ook wanneer er nog maar weinig ademgas in zit. De stalen fles blijft dus negatief drijvend, terwijl een aluminiumfles afhankelijk van haar constructie en de resterende gasvoorraad neutraal of positief kan worden. Dat is overigens geen absolute regel: ook tussen verschillende modellen stalen en aluminium cilinders bestaan aanzienlijke verschillen. Het materiaal alleen bepaalt dus niet of een fles zinkt of drijft.
Het gewicht van de lucht
Maar waarom verandert het drijfvermogen tijdens de duik eigenlijk? De fles wordt niet kleiner en de hoeveelheid water die zij verdringt blijft vrijwel gelijk. Wat wél verandert, is het gewicht van de lucht die erin zit. Lucht heeft massa, ook al merken we daar in het dagelijks leven weinig van. Eén liter lucht bij atmosferische druk weegt ongeveer 1,2 gram. Een duikfles met 2.400 liter ademlucht bevat dus bijna 3 kilogram lucht. Wanneer die lucht tijdens de duik wordt verbruikt, verdwijnt dat gewicht geleidelijk uit de fles, terwijl de opwaartse kracht vrijwel onveranderd blijft.
Neem bijvoorbeeld een stalen 12-literfles die aan het begin van de duik gevuld is tot 200 bar. Volgens onze eenvoudige berekening bevat deze fles ongeveer 2.400 liter lucht. Wanneer de duiker terugkomt met 50 bar, resteert er nog ongeveer 600 liter. Er is dus zo'n 1.800 liter lucht verbruikt, met een massa van ongeveer 2,2 kilogram. De fles is tijdens de duik ruim twee kilogram lichter geworden, zonder dat haar uitwendige volume merkbaar is veranderd. Haar drijfvermogen is daardoor ongeveer 2,2 kilogram positiever geworden. Dat geldt net zo goed voor een stalen als voor een aluminium fles: het verschil zit niet in hoeveel drijfvermogen er tijdens de duik verandert, maar in het uitgangspunt.
Een AL80 met een nominale gascapaciteit van ongeveer 2.265 liter bevat bij volledige vulling ruwweg 2,7 kilogram lucht. Wanneer de druk daalt van ongeveer 207 naar 50 bar, wordt het grootste deel daarvan verbruikt. De fles wordt daardoor ongeveer 2 kilogram lichter en krijgt dus ook ongeveer 2 kilogram meer positief drijfvermogen. Een AL80 die aan het begin van de duik nog duidelijk negatief is, kan aan het einde neutraal of zelfs positief worden. Een stalen fles die aanvankelijk bijvoorbeeld vier kilogram negatief was, kan na hetzelfde gasverbruik nog steeds ongeveer twee kilogram negatief zijn.
Dit verklaart ook waarom een correcte loodcontrole bij voorkeur wordt uitgevoerd met een vrijwel lege duikfles, of met een hoeveelheid lood die rekening houdt met het nog te verbruiken gas. Aan het einde van de duik, wanneer de fles het lichtst is, moet de duiker nog altijd zijn drijfvermogen kunnen beheersen en een veiligheidsstop kunnen maken. Wie zijn loodhoeveelheid uitsluitend afstemt op het gewicht van een volle fles, kan later in de duik ontdekken dat hij onvoldoende gewicht bij zich heeft om comfortabel op diepte te blijven.
Zoet water en zout water
Ook het soort water waarin je duikt maakt verschil. Zeewater bevat opgeloste zouten en heeft daardoor een grotere dichtheid dan zoet water. Gemiddeld weegt een liter zeewater ongeveer 1,025 kilogram, tegenover ongeveer 1 kilogram voor zoet water. Dat verschil van 2,5% lijkt klein, maar over het totale volume van een duiker en zijn uitrusting kan het aanzienlijk zijn. Daarom hebben duikers in zee doorgaans meer lood nodig dan in een zoetwatermeer, zelfs wanneer ze precies dezelfde uitrusting gebruiken.
Voor een duikfles geldt hetzelfde principe. Een fles die in zoet water nog net negatief drijft, kan in zeewater neutraal of zelfs positief worden, omdat zij daar iets meer opwaartse kracht ondervindt. Het verschil is bij één fles meestal beperkt tot enkele honderden grammen, maar bij meerdere cilinders kan het merkbaar worden. Bovendien varieert de dichtheid van zeewater enigszins met het zoutgehalte en de temperatuur. De opwaartse kracht van een fles is dus niet overal ter wereld precies hetzelfde, ook al veranderen haar gewicht en afmetingen niet.
Waarom technische duikers graag aluminium stageflessen gebruiken
Het veranderende drijfvermogen van aluminiumflessen lijkt misschien vooral een nadeel, maar bij technisch duiken kan het juist heel praktisch zijn. Stage- en decompressieflessen worden vaak aan de zijkant van het lichaam gedragen, bevestigd aan het harnas met twee karabijnhaken. Een stalen stagefles kan behoorlijk negatief zijn en daardoor naar beneden trekken, terwijl een aluminiumfles doorgaans minder negatief is en tijdens het leegademen steeds lichter wordt. Dat maakt het gemakkelijker om meerdere flessen mee te nemen zonder dat de totale uitrusting onnodig zwaar en moeilijk te balanceren wordt.
Vooral aluminium AL40- en AL80-flessen zijn populair als stage- en decompressieflessen. De AL40, die we eerder al tegenkwamen, heeft een waterinhoud van ongeveer 5,7 liter en biedt voldoende capaciteit voor veel decompressietoepassingen. De grotere AL80 kan worden gebruikt wanneer meer ademgas nodig is. Beide formaten zijn gemakkelijk verkrijgbaar en hebben voor dit soort toepassingen doorgaans gunstige drijfvermogenseigenschappen. Naarmate het gas wordt verbruikt, verandert hun positie in het water en moeten ze soms iets anders worden bevestigd om netjes langs het lichaam te blijven hangen. Ervaren technische duikers houden daar bij de configuratie van hun uitrusting rekening mee.
De keuze voor aluminium heeft dus niet alleen te maken met het gewicht op het droge, maar vooral met de manier waarop de fles zich onder water gedraagt. Een volle aluminium stagefles kan licht negatief zijn, terwijl dezelfde fles na het verbruiken van een groot deel van haar gasvoorraad neutraal of positief wordt. Dat vraagt om een goede bevestiging en een doordachte gewichtsverdeling, maar voorkomt doorgaans dat de duiker voortdurend met een grote hoeveelheid extra negatief gewicht aan zijn harnas rondzwemt. Bij meerdere stageflessen wordt dat verschil des te belangrijker.
Uiteindelijk laat dit zien waarom de keuze tussen staal en aluminium niet simpelweg een kwestie is van welk materiaal het lichtst is. Een duikfles is een combinatie van materiaal, wanddikte, gasvoorraad en waterverplaatsing. De wet van Archimedes bepaalt hoeveel opwaartse kracht de fles ondervindt, terwijl het gewicht van de fles en de resterende lucht bepalen of zij zinkt of drijft. En omdat dat laatste tijdens iedere duik verandert, is een goede gewichtsverdeling minstens zo belangrijk als de hoeveelheid ademgas die je meeneemt.
Tot slot
En daarmee zijn we aan het einde gekomen van dit tweede deel van Cilinderologie. We hebben ontdekt dat de inhoud van een duikfles niet zo eenvoudig is als het getal dat erop staat. We hebben gezien waarom liters en cubic feet verschillende dingen beschrijven, waarom 300 bar niet automatisch anderhalf keer zoveel gas oplevert als 200 bar, hoe sterk duikflessen in afmetingen kunnen verschillen en waarom zelfs de lucht in een fles een merkbare invloed heeft op het drijfvermogen. Maar een cilinder die honderden bar moet kunnen verdragen, brengt ook andere vragen met zich mee. Hoe weten we eigenlijk dat een duikfles veilig is? Wat betekenen alle markeringen op de schouder, en waarom bestaan er zoveel verschillende fleskranen en schroefdraden? Dat is het onderwerp van het derde deel van Cilinderologie.
