Een SCUBA (self-contained underwater breathing apparatus) is een materiaalset die wordt gebruikt door duikers om onder water te kunnen ademen. Dat kan zijn voor werk onder water of voor de recreatieve duiksport.

De set bestaat uit een duikfles (of dubbelset) met samengeperst ademgas (lucht, nitrox of trimix) en een ademautomaat. Het ademgas heeft bij een volle fles meestal een druk van 200 of 300 bar. De ademautomaat brengt die druk door middel van een of twee reduceerventielen terug naar de omgevingsdruk die afhankelijk is van de waterdiepte (de hydrostatische druk).

Het eerste apparaat, met één reduceerventiel, werd in 1943 ontworpen door Émile Gagnan en Jacques-Yves Cousteau.^[1] Zij noemden hun apparaat de aqualong, wat later de merknaam Aqua-Lung werd.

De meeste moderne ademautomaaten bestaan uit twee hoofddelen: de eerste trap en de tweede trap, verbonden door een flexibele slang (tweetrapsautomaten). De eerste trap, die direct op de duikfles geschroefd wordt, reduceert de hoge luchtdruk uit de fles tot een middendruk (afhankelijk van merk en type meestal ongeveer 8–10 bar boven de omgevingsdruk). De tweede trap, met daaraan het mondstuk, reduceert de middendruk naar de heersende omgevingsdruk. Hierdoor wordt de druk in twee stappen teruggebracht naar de omgevingsdruk, en ontvangt de duiker ademgas van de juiste druk. Een goed afgestelde automaat geeft alleen luch als de duiker inademt, en houdt daar weer mee op als de duiker daarmee stopt of uitademt.

De omgevingsdruk waarmee een duiker te maken heeft is afhankelijk van de diepte. De druk van de lucht die de automaat levert moet gelijk zijn aan de omgevingsdruk: is de druk van de ademlucht lager, dan moet de duiker erg hard zuigen om lucht binnen te krijgen; is die druk hoger, dan krijgt de duiker teveel lucht binnen. De hydrostatische druk neemt met iedere 10 m diepte toe met 1 bar. Aan de oppervlakte is die 1 bar, op 20 meter is de omgevingsdruk dus 1 + 2 = 3 bar. De ademautomaat moet daar dan ook lucht met een druk van 3 bar leveren.

Er zijn eerste trappen van verschillende typen. De eerste onderverdeling betreft de gebruikte techniek: een membraan of een paddenstoel (zuiger, piston). Bij een membraan wordt de waterdruk via dat membraan overgedragen op de bewegende delen daaronder, binnen het huis van de eerste trap, die daardoor niet in contact komen met het water. Bij een paddenstoel komt het water in direct contact met de paddenstoel zelf die ook het enige bewegende deel is. Voordeel van de membraan-eerste trap is dat die van binnen niet vuil wordt en niet vaak onderhoud nodig heeft. Nadeel is dat er veel bewegende onderdelen zijn, wat de constructie ingewikkeld maakt, en ook het onderhoud ingewikkeld. Voordeel van de paddenstoelautomaat is dat de constructie erg eenvoudig is, met maar een bewegend onderdeel; nadeel is dat er via de waterkamer makkelijk vuil op de paddenstoel komt, en dat er regelmatig onderhoud moet plaatsvinden (minimaal inwendig schoonmaken en vervangen van de o-ringen). Van expanderende lucht neemt de temperatuur af, in een koude omgeving ook tot onder het vriespunt. Bij een paddenstoelautomaat is het risico op bevriezen groter omdat zich op de paddenstoel ijs kan vormen. De bewegende onderdelen in een membraanautomaat blijven droog en worden wel koud maar er vormt zich bij gebrek aan water geen ijs. Als een automaat bevriest gaat die niet meer dicht en blijft dus lucht geven.

De tweede te maken onderverdeling is die tussen gebalanceerde en ongebalanceerde eerste trappen. Bij een ongebalanceerde versie neemt bij het afnemen van de flesdruk ook de middendruk die de eerste trap afgeeft af. Bij een gebalanceerde eerste trap is de middendruk onafhankelijk van de flesdruk. Vergelijk het met een deur die een gang afsluit. Als er luchtdruk tegen de deur staat, en de deur gaat met die luchtdruk mee open, dan kost dat weinig moeite. Als die luchtdruk afneemt, dan gaat de deur ook minder makkelijk open. Is de deur een schuifdeur, dan werkt de luchtdruk niet in de richting waarin de deur beweegt, en gaat die telkens even makkelijk open en dicht, ongeacht de luchtdruk.

Als de middendruk tijdens de duik afneemt, dan is ook de druk waarmee de tweede trap moet werken lager. Die gaat dan minder makkelijk open waardoor de duiker krachtiger moet inademen om lucht binnen te krijgen. In duiktermen wordt dan meestal over een toenemende ademweerstand gesproken. Bij een gebalanceerd systeem blijft de middendruk gelijk, en werkt de tweede trap dus steeds met dezelfde druk, wat in principe tot een constante ademweerstand moet leiden.

Gebalanceerde systemen zijn doorgaans duurder.

Een moderne tweede trap werkt met een kamer waarin een groot flexibel membraan zit. Aan de ene kant van dat mebraan bevindt zich de ruimte waar het mondstuk aan vastzit en waaruit de duiker ademt. Aan de andere kant is een ruimte waarin het water vrijelijk naar binnen kan. Als de duiker niet inademt is de luchtdruk aan de binnenkant van het membraan gelijk aan de waterdruk aan de andere kant. Zodra de duiker inademt stroomt lucht uit de tweede trap en wordt de luchtdruk lager. De waterdruk duwt het membraan dan naar binnen, tegen een kleine hefboom die is verbonden met de klep die de middendruk afsluit. De klep gaat dan open en er stroomt lucht de automaat in, en naar het mondstuk. Als de duiker ophoudt met inademen bouwt de luchtdruk zich weer op. Het membraan bolt dan weer naar buiten, de hefboom gaat mee en de klep sluit zich weer. Er zit nog een tweede opening in de luchtkamer, met daar aan de buitenkant een zeer flexibel membraan tegenaan. Als de duiker uitademt en de luchtdruk in de luchtkamer bouwt zich iets op, dan gaat dat membraan open en stroomt de lucht naar buiten, het water in. Daarna sluit deze eenweg-klep zich weer. De duiker kan zo dus uitademen zonder het mondstuk uit te nemen.

Er zijn diverse technieken bedacht om het inademen zo makkelijk mogelijk te maken. Een daarvan is het venturi-effect, waarbij de lucht die de tweede trap instroomt direct naar het mondstuk wordt gericht waardoor er automatisch een luchtstroom het mondstuk uit, naar de duiker ontstaat, en een onderdruk in de luchtkamer waardoor de klep zonder kracht van de duiker open blijft totdat de duiker stopt met inademen. Een andere techniek is de bypass, waarbij de lucht die naar de duiker gaat grotendeels via een buis naast de automaat loopt, wat ertoe leidt dat de druk in de luchtkamer van de tweede trap laag blijft, en de klep dus open. Er zijn ook gebalanceerde tweede trappen waarbij de klep heen en weer beweegt tussen twee ruimtes waarin zich middendruk bevindt. Dat verkleint de kracht die het kost om de klep te openen, en vermindert in theorie de ademweerstand. Vooral de gebalanceerde tweede trap werkt alleen goed als die helemaal schoon is en op de juiste plaatsen goed ingevet. De extra techniek maakt ze ook storingsgevoeliger.