Traje de buceo atmosférico

Los principales factores ambientales que afectan al diseño son la presión hidrostática ambiental de la profundidad máxima de operación y las consideraciones ergonómicas con respecto al rango potencial de operadores. ^{[ 6 ] [ 3 ]} La estructura y la mecánica del traje deben soportar de forma fiable la presión externa, sin colapsar ni deformarse lo suficiente como para provocar fugas en los sellos o fricción excesiva en las juntas, y el rango completo de movimiento no debe cambiar el volumen desplazado interno o externo, ya que esto tendría consecuencias para la cantidad de fuerza necesaria para mover las juntas, además de la fricción de los sellos de las juntas. El aislamiento es relativamente simple y se puede aplicar al interior del traje y en forma de ropa sobre el buceador. También es posible la calefacción y refrigeración activas utilizando tecnología bien establecida. Los cambios de masa se pueden utilizar para proporcionar condiciones de flotabilidad iniciales y de emergencia mediante pesos de lastre fijos y desechables. ^{[ 3 ]}

Las consideraciones ergonómicas incluyen el tamaño y la fuerza del usuario. Las dimensiones internas deben ajustarse o ser modificables para adaptarse a un rango razonable de operadores, y las fuerzas operativas en las articulaciones deben ser razonablemente practicables. El campo de visión está limitado por el diseño del casco o la posición de la ventana de visualización, aunque el video de circuito cerrado puede extenderlo considerablemente en cualquier dirección. Las condiciones generales de visibilidad y movimiento del agua bajo el agua deben ser manejables para el rango de condiciones en las que se espera que se utilice el traje. Se pueden montar propulsores marinos en el traje para ayudar con la maniobra y el posicionamiento, ^{[ 6 ] [ 3 ]} y el sonar y otras tecnologías de escaneo pueden ayudar a proporcionar una visión externa aumentada. ^{[ 3 ]}

Factores que afectan al diseño y la construcción: ^{[ 6 ]}

• Forma del casco de presión: volumen suficiente para los sistemas internos necesarios, limitado por el tamaño y la forma del operador humano, y por formas con alta resistencia al colapso bajo presión externa. ^{[ 6 ]}
  • Desplazamiento: necesidad de flotabilidad neutra en el trabajo y flotabilidad positiva en emergencias ^{[ 6 ]}
  • Hidrodinámica – velocidad de crucero ^{[ 6 ]}
  • Propulsión – Tipo y disposición de los propulsores ^{[ 6 ]}
  • Ergonomía: antropometría, diseño de articulaciones para la articulación de las extremidades bajo presión externa.
• Clasificación de profundidad de trabajo: resistencia, rigidez y densidad de los materiales. Factores limitantes de pandeo, volumen constante y fricción de la junta ^{[ 6 ].}
  • Materiales de construcción ^{[ 6 ]}
  • Seguridad ^{[ 6 ]} .

Los sistemas suelen incluir:

Sistema de soporte vital a bordo: ^{[ 6 ] [ 4 ]}

• Suministro, monitoreo y reciclaje de gas respiratorio ^{[ 6 ] [ 4 ]}
  • Monitoreo de la presión parcial de oxígeno, nivel de dióxido de carbono ^{[ 6 ] [ 4 ]}
  • Eliminación de dióxido de carbono ^{[ 6 ] [ 4 ]}
  • Reposición de oxígeno, cilindros de almacenamiento de oxígeno ^{[ 6 ] [ 4 ]}
  • Sistemas de circulación de rebreather de emergencia. ^{[ 4 ]}
• Gestión térmica ^{[ 6 ]}

Sistemas de flotabilidad y lastre de trimado: ^{[ 6 ]}

• Control de la flotabilidad básica ^{[ 6 ]}
• Ajuste del trimado: control de las posiciones del centro de gravedad y del centro de flotabilidad. ^{[ 6 ]}
• Compensación del trimado y la flotabilidad por los efectos de la carga útil. ^{[ 6 ]}
• Lograr estabilidad cuando está sumergido y en emergencia ^{[ 6 ]} Compensación por variaciones en la densidad del agua debido a la estratificación (variaciones de temperatura y salinidad). ^{[ 6 ]}
• Compensación por efectos de presión. ^{[ 6 ]}
• Sistemas de balasto ajustables y desmontables. ^{[ 6 ]}

Sistemas de movimiento, propulsión y navegación: ^{[ 6 ]}

• Sistemas de propulsión, propulsores. ^{[ 6 ]}
• Control del movimiento vertical, lateral y hacia adelante, así como de la rotación y la orientación en tres dimensiones. ^{[ 6 ]}

Clases de emergencia:

• Incendios y métodos de extinción de incendios.
• Fugas e inundaciones.
• Enredo.
• Fallos en los sistemas de soporte vital, ^{[ 4 ]} riesgos tóxicos.
• Pérdida de comunicaciones y opciones de comunicación de emergencia
• Pérdida de energía y fallos en los sensores.

El aislamiento prolongado bajo el agua también tiene efectos fisiológicos y psicológicos debido a la privación sensorial y al estrés térmico.

Habilidades del operador: ^{[ 6 ]}

• Procedimientos operativos estándar: ^{[ 6 ]}
  • Configuración de flotabilidad del traje (el lastre variará según la masa y el centro de gravedad del operador) ^{[ 6 ]}
  • Volar dentro y alrededor de estructuras submarinas ^{[ 6 ]}
  • Informar las lecturas del sistema de soporte vital mientras se mantiene en vuelo estacionario ^{[ 6 ]}
  • Protocolos de comunicación a través del agua ^{[ 6 ]}
  • Preparación y trabajos de aparejo ^{[ 6 ]}
    • Conectar el umbilical a una línea descendente ^{[ 6 ]}
    • Colocar un grillete para trabajar en el fondo y en aguas medias ^{[ 6 ]}
    • Uso de bolsas de elevación flotantes ^{[ 6 ]}
  • Transportar cargas y gestionar una cesta de herramientas ^{[ 6 ]}
  • Uso de herramientas subacuáticas motorizadas ^{[ 6 ]}
  • Medición subacuática ^{[ 6 ]}
• Procedimientos de emergencia: ^{[ 6 ]}
  • Ascenso al umbilical en caso de pérdida de energía, atrapamiento) ^{[ 6 ]}
  • Sistemas de eyección de emergencia ^{[ 6 ]}

Estas pueden incluir rescate submarino, salvamento, inspección y ensayos no destructivos, y tareas típicas de construcción y mantenimiento de yacimientos petrolíferos, o una variedad de actividades de observación y muestreo científico. ^{[ 6 ]}

• El operador debe caber dentro del traje, poder mover sus extremidades con eficacia y poder salir de él. ^{[ 6 ]}
• El operador debe poder alcanzar y operar los paneles electrónicos y los sistemas de soporte vital, ser capaz de arrojar el lastre y operar los cortadores de cables umbilicales y de propulsores. ^{[ 6 ]}
• El operador debe estar física, médica y psicológicamente apto para el trabajo. ^{[ 6 ]}

Los principales modos de fallo estructural de un sistema de defensa aérea son el pandeo por compresión, las fugas y el bloqueo de las juntas. Tanto las fugas como el pandeo por compresión provocan una reducción de la flotabilidad. Las fugas y el bloqueo de las juntas articuladas pueden ser reversibles al disminuir la presión. También es posible que se produzca un incendio por desprendimiento eléctrico.

Las fallas del sistema pueden incluir pérdida de energía, comunicaciones o propulsión, o fallas en los sistemas de soporte vital, como la imposibilidad de eliminar el dióxido de carbono del aire respirable o la falla del control de temperatura interno. La recuperación de la mayoría de estas fallas implicaría abortar la inmersión y realizar un ascenso de emergencia. Puede ser necesario recurrir al sistema de respiración de emergencia y soltar el lastre para lograr flotabilidad positiva. Si el ADS está sujeto, se puede izar. La consecuencia más peligrosa es una fuga catastrófica, que probablemente resulte fatal.

Se ha producido un incidente mortal con un sistema de lanzamiento aéreo (ADS). En agosto de 1999, un WASP cayó desde una altura de 25 metros (80 pies) debido a un fallo estructural en un sistema de lanzamiento y recuperación recientemente probado, y el buzo falleció por el impacto con la plataforma de lanzamiento. Esto se da en el contexto de decenas de miles de horas de operación de los WASP sin incidentes graves. ^{[ 1 ]} 

Traje de buceo de cobre de Jacob Rowe , confeccionado en la década de 1710.

Réplica moderna expuesta en el Museo de Historia del Buceo , Florida.

En 1715, el inventor británico John Lethbridge construyó una «máquina de buceo». Consistía esencialmente en un barril de madera de unos 1,8 m de longitud con dos orificios para los brazos del buzo sellados con puños de cuero y una mirilla de 100 mm de cristal grueso. Según se informa, se utilizó para bucear hasta 18 m de profundidad y para rescatar cantidades sustanciales de plata del pecio del barco mercante de la Compañía Británica de las Indias Orientales Vansittart , que se hundió en 1719 frente a las islas de Cabo Verde . ^{[ 8 ]} Jacob Rowe utilizó un diseño similar, hecho de cobre, en el mismo contrato de salvamento. ^{[ 9 ]}   

El primer traje blindado con articulaciones reales, diseñado con piezas de cuero y anillos en forma de resorte (también conocido como articulación de acordeón), fue diseñado por el inglés W. H. Taylor en 1838. Las manos y los pies del buzo estaban cubiertos de cuero. Taylor también ideó un tanque de lastre acoplado al traje que podía llenarse de agua para lograr flotabilidad negativa . Si bien fue patentado, el traje nunca llegó a producirse. Se considera que su peso y volumen lo habrían hecho prácticamente inmóvil bajo el agua. ^{[ 8 ]}

Lodner D. Phillips diseñó el primer ADS completamente cerrado en 1856. Su diseño constaba de un torso superior en forma de barril con extremos abovedados y articulaciones esféricas en brazos y piernas articulados. Los brazos tenían articulaciones en el hombro y el codo, y las piernas en la rodilla y la cadera. El traje incluía un tanque de lastre, una mirilla, una entrada a través de una tapa de alcantarilla en la parte superior, una hélice accionada manualmente y manipuladores rudimentarios en los extremos de los brazos. El aire para respirar se suministraría desde la superficie mediante una manguera. No hay indicios de que el traje de Phillips llegara a construirse. ^{[ 8 ]}

El primer diseño antropomórfico propiamente dicho del ADS, construido por los hermanos Carmagnolle de Marsella , Francia, en 1882, presentaba articulaciones convolutas enrollables formadas por secciones esféricas concéntricas ajustadas y selladas por membranas de tela impermeables. El traje tenía 22 de estas articulaciones: cuatro en cada pierna, seis en cada brazo y dos en el torso. El casco tenía 25 mirillas individuales de 50 mm (2 pulgadas) espaciadas a la distancia promedio entre los ojos humanos. ^{[ 10 ]} Con un peso de 380 kg (830 libras) , el ADS de Carmagnolle nunca funcionó correctamente y sus articulaciones nunca fueron completamente impermeables. Actualmente se exhibe en el Museo Nacional de la Armada de Francia en París. ^{[ 11 ]}  

Otro diseño fue patentado en 1894 por los inventores John Buchanan y Alexander Gordon, de Melbourne , Australia. Su construcción se basaba en una estructura de alambres en espiral recubierta de material impermeable. Alexander Gordon mejoró el diseño al unir el traje al casco y otras partes, e incorporar varillas articuladas en las extremidades. Esto dio como resultado un traje flexible capaz de soportar alta presión. El traje fue fabricado por la empresa británica Siebe Gorman y probado en Escocia en 1898.

ADS de la Armada de los EE. UU. de 1913

ADS de la Marina de los EE. UU. de 1913 en el Museo Man in the Sea, Panama City, FL con las pinzas de langosta.

Vista de cerca de la pinza de dos mandíbulas y la articulación de cabeceo y guiñada de la muñeca en un traje de buceo blindado de la Armada de los Estados Unidos de 1913.

El diseñador estadounidense Macduffee construyó el primer traje que utilizaba rodamientos de bolas para proporcionar movimiento articular en 1914; fue probado en Nueva York a una profundidad de 65 metros (214 pies ) , pero no tuvo mucho éxito. Un año después, Harry L. Bowdoin, de Bayonne, Nueva Jersey , creó un ADS mejorado con articulaciones rotatorias llenas de aceite. Cada articulación tiene un pequeño conducto hacia su interior para permitir la ecualización de la presión. El traje fue diseñado para tener dieciocho articulaciones: cuatro en cada brazo y pierna, y una en cada pulgar. Cuatro mirillas y una lámpara montada en el pecho estaban destinadas a facilitar la visión subacuática. No hay evidencia de que el traje de Bowdoin se haya construido alguna vez, ni de que hubiera funcionado de haberse construido. ^{[ 8 ]} 

Los trajes de buceo atmosféricos construidos por Neufeldt y Kuhnke de Alemania se utilizaron durante el rescate de lingotes de oro y plata del pecio del barco británico SS Egypt , un transatlántico de P&O de 8000 toneladas que se hundió en mayo de 1922. El traje fue relegado a funciones como cámara de observación a la profundidad del pecio de 560 pies (170 m) ^{[ 12 ]} y se utilizó con éxito para dirigir las pinzas mecánicas que abrieron el almacenamiento de lingotes. En 1917, Benjamin F. Leavitt de Traverse City, Michigan , buceó en el SS Pewabic que se hundió a una profundidad de 182 pies (55 m) en el lago Hurón en 1865, rescatando 350 toneladas de mineral de cobre. En 1923, participó en el rescate de los restos de la goleta británica Cape Horn, que yacía a 67 metros de profundidad frente a Pichidangui , Chile, recuperando cobre por valor de 600 000 dólares. El traje de Leavitt era de su propio diseño y construcción. El aspecto más innovador del traje de Leavitt era que era completamente autónomo y no necesitaba un umbilical, ya que la mezcla respiratoria se suministraba desde un tanque montado en la parte posterior del traje. El aparato respiratorio incorporaba un depurador y un regulador de oxígeno y podía durar hasta una hora. ^{[ 13 ]}   

En 1924, la Reichsmarine probó la segunda generación del traje Neufeldt & Kuhnke a 160 metros de profundidad , pero el movimiento de las extremidades era muy difícil y se consideró que las articulaciones no eran a prueba de fallos , ya que, de fallar, existía la posibilidad de que se viera comprometida la integridad del traje. Sin embargo, estos trajes fueron utilizados por buzos blindados alemanes durante la Segunda Guerra Mundial y posteriormente fueron adoptados por los Aliados occidentales tras la guerra. 

Entre 1929 y 1931, dos trajes sumergibles individuales de presión atmosférica diseñados por Carl Wiley se utilizaron en el exitoso rescate del vapor Islander , que se hundió en el estrecho de Stevens , cerca de Juneau, Alaska , el 15 de agosto de 1901, con una gran cantidad de polvo de oro en su carga. Los trajes operaban a una profundidad máxima de 111 metros (365 pies ) . Cada uno estaba equipado con un brazo mecánico con una garra en el extremo, operado desde el interior del traje. Los trajes eran capaces de desplazarse sobre un sustrato duro y relativamente liso mediante ruedas, y se utilizaron para colocar los cables de acero empleados para elevar el pecio mediante la acción de las mareas (con un rango de marea de 5 metros o 18 pies ) bajo una barcaza catamarán por etapas, mientras esta era remolcada a aguas poco profundas. Los trajes contaban con energía eléctrica y el buzo/piloto utilizaba un respirador de oxígeno. Estos trajes también se han descrito como campanas de buceo y cámaras de observación, ya que no se ajustan a la definición habitual de un traje de buceo atmosférico, pero eran más que simples cámaras de observación, pues eran capaces de trabajar y tenían movilidad independiente, por lo que tampoco se ajustan a la definición habitual de una campana de buceo. Eran un tipo inusual de sumergible tripulado con cable. ^{[ 14 ]} 

En 1952, Alfred A. Mikalow construyó un ADS (Sistema de Defensa Aérea) con articulaciones esféricas, específicamente para localizar y recuperar tesoros hundidos. Se informó que el traje era capaz de sumergirse hasta 300 metros (1000 pies) de profundidad y se utilizó con éxito para explorar los restos del SS City of Rio de Janeiro cerca de Fort Point, San Francisco, a una profundidad de 100 metros (330 pies ) . El traje de Mikalow contaba con varios instrumentos intercambiables que podían montarse en los extremos de los brazos en lugar de los manipuladores originales. Llevaba siete cilindros de alta presión de 2,5 metros cúbicos (90 pies cúbicos) para proporcionar gas respiratorio y controlar la flotabilidad. El compartimento de lastre cubría los cilindros de gas. Para la comunicación, el traje utilizaba hidrófonos . ^{[ 15 ]}  

El sistema de buceo atmosférico WASP se sitúa a medio camino entre un sumergible unipersonal y un traje de buceo atmosférico, ya que cuenta con brazos articulados que contienen y son movidos por los brazos del operador, mientras que las piernas del operador están contenidas en una carcasa rígida. La movilidad se proporciona mediante dos propulsores marinos eléctricos verticales y dos horizontales controlados por interruptores de pie . La profundidad operativa indicada fue de 2300 pies (700 m) ^{[ 2 ].} 

WASP tiene 84 pulgadas (2,1 m) de alto, 42 pulgadas (1,1 m) de ancho y 34 pulgadas (0,86 m) de profundidad. Su peso lastrado en el aire es de aproximadamente 2200 libras (1000 kg) , para una flotabilidad neutra en el agua, pero la flotabilidad puede aumentarse hasta 35 libras (16 kg) durante la operación, y el lastre puede ser arrojado en caso de emergencia. WASP se transporta sobre una estructura de soporte. ^{[ 2 ]}