Mecanismo de los reguladores de buceo

Los conectores de horquilla CGA 850 (a veces llamados abrazaderas en A por su forma) son la conexión de regulador más popular en Norteamérica y otros países. Sujetan la entrada de alta presión del regulador contra la salida de la válvula de la botella y se sellan mediante una junta tórica en una ranura de la superficie de contacto de la válvula. El usuario enrosca la abrazadera apretándola con los dedos para mantener en contacto las superficies metálicas de la válvula de la botella y la primera etapa del regulador, comprimiendo la junta tórica entre las caras radiales de la válvula y el regulador. Al abrir la válvula, la presión del gas presiona la junta tórica contra la superficie cilíndrica exterior de la ranura, completando el sellado. El buceador debe tener cuidado de no apretar demasiado la horquilla, ya que podría resultar imposible retirarla sin herramientas. Por el contrario, no apretarla lo suficiente puede provocar la extrusión de la junta tórica bajo presión y una pérdida importante de gas respiratorio. Esto puede ser un problema grave si ocurre cuando el buceador está a profundidad. Los racores de horquilla están clasificados para una presión de trabajo máxima de 240 bares (3500 psi) . ^{[ 3 ]} 

La salida de la válvula CGA 850 se encuentra en una superficie plana del cuerpo de la válvula, dentro de una ranura concéntrica para junta tórica de sellado frontal, con una hendidura cónica en la superficie opuesta del cuerpo de la válvula, coaxial con la ranura para junta tórica. La abrazadera de yugo se ajusta alrededor del cuerpo de la válvula y la superficie de sellado de la entrada del regulador se asienta sobre la ranura para junta tórica. Un tornillo de punta cónica se ubica en la hendidura y, al apretarse, presiona contra el cuerpo de la válvula y tira de la superficie de sellado de la entrada del regulador contra la junta tórica. Este tornillo debe apretarse lo suficiente para mantener el contacto metal con metal entre la entrada del regulador y el cuerpo de la válvula cuando la válvula se abre a la presión máxima del cilindro y bajo cargas de trabajo normales, incluyendo impactos menores y el uso del regulador como asa para levantar el equipo, para evitar la rotura del sello por extrusión de la junta tórica y la consiguiente pérdida de gas respiratorio. El tornillo tampoco debe apretarse en exceso, ya que después de su uso debe retirarse manualmente. La rigidez de la horquilla varía según el diseño; el apriete se realiza manualmente y queda a criterio del usuario. Afortunadamente, el mecanismo tolera bastante bien las variaciones en la fuerza de contacto. Al abrir la válvula, la presión del gas sobre la junta tórica la presiona contra la superficie cilíndrica exterior de la ranura y la cara de la entrada del regulador, comprimiéndola hacia las superficies de contacto de estas piezas. La presión ejerce una fuerza que empuja el regulador lejos del cuerpo de la válvula, y si la precarga del tornillo es insuficiente, la elasticidad de la abrazadera permitirá que se forme un espacio entre la válvula y el regulador, a través del cual la junta tórica puede extruirse. Cuando esto sucede, la pérdida de gas es rápida, y se debe cerrar la válvula, aflojar la abrazadera, inspeccionar la junta tórica y, posiblemente, reemplazarla. La recuperación de una junta tórica extruida bajo el agua a menudo no es posible, y puede ser necesario recurrir a un suministro de gas independiente o realizar un ascenso de emergencia .

La conexión DIN es un tipo de conexión roscada a la válvula de la botella. El sistema DIN es menos común a nivel mundial, pero tiene la ventaja de soportar mayor presión, hasta 300 bar, lo que permite el uso de botellas de acero de alta presión. ^{[ 4 ]} Son menos susceptibles a que se rompa la junta tórica si se golpean contra algo durante su uso. Las conexiones DIN son el estándar en gran parte de Europa y están disponibles en la mayoría de los países. Muchos buceadores técnicos consideran que la conexión DIN es más segura y, por lo tanto, más fiable . ^{[ 5 ] : 117}

Las válvulas DIN se fabrican con presiones nominales de 232 bar y 300 bar. El número de roscas y la configuración detallada de las conexiones están diseñados para evitar combinaciones incompatibles de la conexión del llenador o del regulador con la válvula del cilindro. ^{[ 6 ]}

• Salida/Conector DIN de 232 bar (rosca de 5, G5/8) n.° 13 a DIN  477 parte 1. ^{[ 6 ]}
• Conector/salida DIN de 300 bar (rosca de 7 pulgadas, G5/8)  n.° 56 a DIN 477 parte 5: son similares a los racores DIN de 5 roscas, pero están clasificados para presiones de trabajo de 300 bar. ^{[ 6 ]} Las presiones de 300 bar son comunes en el buceo europeo y en el buceo en cuevas en EE. UU.

La ranura para la junta tórica que sella el conector de salida DIN de 232 y 300 bar a la válvula está especificada por la norma ISO 12209 con un diámetro interior de 12  mm y un diámetro exterior de 17  mm, originalmente con una profundidad de ranura de 1,9  mm, que se aumentó a 2,0  mm en 2003. La especificación de la junta tórica es un diámetro interior de 11,2 mm con un diámetro de sección de 2,65 mm. Esto es muy cercano al tamaño estándar imperial de la junta tórica 112 con dimensiones nominales de 12,37 milímetros (0,487 pulg.) x 2,62 milímetros (0,103 pulg.) , y esta junta tórica se utiliza en la mayoría de los reguladores. Algunos fabricantes como Apeks, Atomic y ScubaPro utilizan una ranura ligeramente más pequeña que se ajusta mejor a la junta tórica de tamaño 111 con dimensiones nominales de 10,77 milímetros (0,424 pulg.) x 2,62 milímetros (0,103 pulg.) . Las ranuras de Cressi y Poseidon se ajustan más al estándar original y la junta tórica que mejor se ajusta es la junta tórica métrica BS ISO 3601 con dimensiones nominales de 11,3 mm x 2,4 mm, para la cual no existe un equivalente imperial estándar. ^{[ 7 ]}      

Existen adaptadores que permiten acoplar una primera etapa DIN a un cilindro con válvula de acoplamiento de horquilla (adaptador de horquilla o adaptador de abrazadera en A), y una primera etapa de horquilla a una válvula de cilindro DIN (adaptador de tapón y adaptador de bloque). ^{[ 5 ] : 118}

Varios fabricantes comercializan una primera etapa prácticamente idéntica, diferenciándose únicamente en el tipo de conexión de la válvula del cilindro. En estos casos, es posible adquirir componentes originales para adaptar la conexión del yugo a DIN y viceversa. La complejidad de la adaptación puede variar y, por lo general, las piezas no son intercambiables entre fabricantes. La adaptación de los reguladores Apeks es especialmente sencilla y solo requiere una llave Allen y una llave de anillo .

También existen válvulas para cilindros destinadas a botellas de buceo que contienen gases distintos del aire:

• La norma europea EN  144-3:2003 introdujo un nuevo tipo de válvula, similar a las válvulas DIN existentes de 232 bar o 300 bar, pero con una rosca métrica M26×2. Estas están diseñadas para usarse con gas respiratorio con un contenido de oxígeno superior al que se encuentra normalmente en el aire natural de la atmósfera terrestre (es decir, 22-100%). ^{[ 8 ]} Desde agosto de 2008, estas válvulas fueron obligatorias en la Unión Europea para todos los equipos de buceo utilizados con nitrox u oxígeno puro. La idea detrás de esta nueva norma es obligar a que las botellas y los reguladores se utilicen exclusivamente con nitrox, para evitar que se llene una mezcla rica en oxígeno en una botella que no esté limpia de oxígeno . Sin embargo, incluso con el uso del nuevo sistema, sigue siendo necesario un cuidado manual para asegurar que una botella con una nueva válvula permanezca limpia de oxígeno ^{[ 8 ]} , que es exactamente como funcionaba el sistema anterior. La junta tórica utilizada para sellar el conector M26x2 tiene unas dimensiones nominales de 13,9 milímetros (0,55 pulg.) x 2,6 milímetros (0,10 pulg.) , lo que coincide bastante con la junta tórica estándar imperial de tamaño 113. Esta conexión rara vez se ve fuera de la UE. ^{[ 7 ]}  
• Algunos rebreathers recreativos de circuito semicerrado Dräger (Dräger Ray) venían equipados con una válvula de cilindro de rosca macho M24x2 para su uso con mezclas de nitrox. ^{[ 9 ]} El regulador suministrado con el rebreather tenía una conexión compatible.

Actualmente, la mayoría de las válvulas de las botellas de buceo son del tipo K, una válvula de rosca manual sencilla. A mediados de la década de 1960, las válvulas J eran muy comunes. Estas válvulas contienen un mecanismo de resorte que restringe o corta el flujo cuando la presión de la botella cae a 300-500 psi, lo que provoca resistencia a la respiración y alerta al buceador de que tiene una cantidad peligrosamente baja de gas respiratorio. El gas de reserva se libera tirando de una palanca en la válvula. Las válvulas J cayeron en desuso con la introducción de los manómetros, que permiten a los buceadores controlar su gas bajo el agua, especialmente porque este tipo de válvula es vulnerable a la liberación accidental de aire de reserva y aumenta el costo y el mantenimiento. Ocasionalmente, las válvulas J todavía se utilizan cuando se trabaja en condiciones de visibilidad tan reducidas que el manómetro no se puede ver, ni siquiera con una linterna. ^{[ 5 ] : 167–178 [ 10 ] : Sec 7.2.2} La mayoría de las válvulas de husillo lateral son de mano derecha, lo que significa que la perilla está en el lado derecho del buceador, pero también se producen válvulas de mano izquierda para conjuntos de colectores y otras aplicaciones donde es más conveniente. También están disponibles válvulas de husillo axial donde el husillo se encuentra en el eje de la rosca que conecta la válvula al cilindro, con la perilla en la parte superior, y varias configuraciones con salidas dobles o conexiones para colectores de buceo .

La primera etapa del regulador se monta en la válvula o colector del cilindro mediante uno de los conectores estándar (Yoke o DIN). Reduce la presión del cilindro a una presión intermedia , generalmente entre 8 y 11 bares (120 y 160 psi) superior a la presión ambiente, también denominada presión entre etapas , presión media o baja . El gas respiratorio se suministra entonces a la segunda etapa a través de una manguera. ^{[ 1 ] : 17–20} 

Una primera etapa de regulador balanceado mantiene automáticamente una diferencia de presión constante entre la presión entre etapas y la presión ambiente, incluso cuando la presión del tanque disminuye con el consumo. El diseño del regulador balanceado permite que el orificio de la primera etapa sea tan grande como sea necesario sin que se produzca una degradación del rendimiento como resultado de los cambios en la presión del tanque. ^{[ 1 ] : 17–20}

El cuerpo del regulador de primera etapa generalmente tiene varias salidas (puertos) de baja presión para reguladores de segunda etapa, infladores de chalecos compensadores y otros equipos; y una o más salidas de alta presión, que permiten que un manómetro sumergible (SPG), un ordenador de buceo integrado en el gas o un transductor de presión inalámbrico remoto midan la presión de la botella. La válvula puede diseñarse de manera que un puerto de baja presión se denomine "Reg" para el regulador principal de segunda etapa, ya que ese puerto permite un mayor caudal para reducir el esfuerzo respiratorio a máxima demanda. Un pequeño número de fabricantes ha producido reguladores con un diámetro de manguera y puerto mayor que el estándar para esta salida principal. ^{[ 11 ] : 50}

El mecanismo dentro de la primera etapa puede ser de diafragma o de pistón. Ambos tipos pueden ser equilibrados o desequilibrados. En los reguladores desequilibrados, la presión del cilindro empuja la válvula aguas arriba de la primera etapa para cerrarla, lo cual se contrarresta con la presión de la etapa intermedia y un resorte. A medida que disminuye la presión del cilindro, la fuerza de cierre es menor, por lo que la presión regulada aumenta a menor presión en el tanque. Para mantener este aumento de presión dentro de límites aceptables, el tamaño del orificio de alta presión es limitado, pero esto disminuye la capacidad de flujo total del regulador. Un regulador equilibrado mantiene una facilidad de respiración similar a todas las profundidades y presiones, al utilizar la presión del cilindro para oponerse indirectamente a la apertura de la válvula de la primera etapa. ^{[ 1 ] : 17–20}

Primera etapa de tipo pistón

Algunos componentes de las primeras etapas de tipo pistón son más fáciles de fabricar y tienen un diseño más simple que los de tipo diafragma. Pueden requerir un mantenimiento más cuidadoso, ya que algunas piezas móviles internas pueden estar expuestas al agua y a cualquier contaminante presente en ella, por lo que pueden ser más propensas a la corrosión y a la acumulación de suciedad. ^{[ 1 ] : 9–13}

El pistón en la primera etapa es rígido y actúa directamente sobre el asiento de la válvula. La presión en la cámara de presión intermedia disminuye cuando el buceador inhala por la válvula de demanda, lo que provoca que el pistón se separe del asiento fijo de la válvula al deslizarse hacia la cámara de presión intermedia. La válvula, ahora abierta, permite que el gas a alta presión fluya hacia la cámara de baja presión hasta que la presión en esta última aumente lo suficiente como para empujar el pistón de vuelta a su posición original contra el asiento y, por lo tanto, cerrar la válvula. ^{[ 1 ] : 9–13}

Primera etapa de tipo diafragma

Las primeras etapas de diafragma son más complejas y tienen más componentes que las de pistón. Su diseño las hace especialmente adecuadas para el buceo en aguas frías y para trabajar en agua salada y en aguas con alto contenido de partículas en suspensión, limo u otros materiales contaminantes, ya que las únicas partes móviles expuestas al agua son el resorte de apertura de la válvula y el diafragma; todas las demás partes están selladas herméticamente. En algunos casos, el diafragma y el resorte también están sellados herméticamente. ^{[ 12 ] [ 1 ] : 9–13}

El diafragma es una cubierta flexible de la cámara de presión intermedia. Cuando el buceador consume gas de la segunda etapa, la presión en la cámara de baja presión disminuye y el diafragma se deforma hacia adentro, empujando contra el elevador de la válvula. Esto abre la válvula de alta presión, permitiendo que el gas fluya a través del asiento de la válvula hacia la cámara de baja presión. Cuando el buceador deja de inhalar, la presión en las cámaras de baja presión aumenta y el diafragma vuelve a su posición plana neutra, dejando de presionar el elevador de la válvula e interrumpiendo el flujo hasta la siguiente respiración. ^{[ 1 ] : 9–13}

Una manguera de presión intermedia, media o baja se utiliza para transportar gas respiratorio (normalmente entre 8 y 10 bar por encima de la presión ambiente) desde el regulador de primera etapa hasta la segunda etapa, o válvula de demanda, que el buceador sostiene en la boca o está conectada a la máscara facial completa o al casco de buceo. ^{[ 5 ] : 88} La manguera estándar entre etapas tiene 30 pulgadas (76 cm) de largo, pero las mangueras de 40 pulgadas (100 cm) son estándar para los reguladores Octopus y las mangueras de 7 pies (2,1 m) son populares para el buceo técnico, particularmente para la penetración en cuevas y pecios donde las limitaciones de espacio pueden hacer necesario nadar en fila india mientras se comparte el gas. También hay otras longitudes disponibles. La mayoría de los puertos de baja presión tienen rosca UNF de 3/8", pero algunos reguladores se comercializaron con un puerto UNF de 1/2" destinado a la válvula de demanda primaria. Los puertos de alta presión son casi exclusivamente de 7/16" UNF. No existe la posibilidad de conectar una manguera al puerto de presión incorrecto. ^{[ 5 ] : 112}      

La segunda etapa, o válvula de demanda, reduce la presión del suministro de aire entre etapas a la presión ambiente a petición del buceador. El funcionamiento de la válvula se activa por una caída de presión aguas abajo al inhalar el buceador. La diferencia de presión sobre el diafragma necesaria para iniciar la apertura de la válvula se conoce como presión de apertura .

válvulas de escape

Las válvulas de escape son necesarias para evitar que el buceador inhale agua y para permitir que se induzca una diferencia de presión negativa sobre el diafragma para controlar la válvula de demanda. Las válvulas de escape deben operar con una diferencia de presión muy pequeña y causar la menor resistencia al flujo posible, sin ser engorrosas ni voluminosas. Las válvulas de elastómero tipo hongo cumplen adecuadamente esta función, ^{[ 5 ] : 108} aunque las válvulas de pico de pato también eran comunes en los reguladores de doble manguera. Cuando es importante evitar fugas hacia el regulador, como al bucear en agua contaminada, un sistema de dos conjuntos de válvulas en serie puede reducir el riesgo de contaminación. Una opción más compleja, que se puede utilizar para cascos con suministro de superficie, es utilizar un sistema de escape de recuperación que utiliza un regulador de flujo independiente para controlar el escape que regresa a la superficie a través de una manguera dedicada en el umbilical. ^{[ 14 ] : 109}

colector de escape

El colector de escape (T de escape, tapa de escape, bigotes) es el conducto que protege la(s) válvula(s) de escape y desvía el aire exhalado hacia los lados para que no forme burbujas en la cara del buceador y le obstruya la visión. Esto no es necesario para los reguladores de doble manguera, ya que expulsan el aire por detrás de los hombros. ^{[ 5 ] : 33}

Botón de purga

Un accesorio estándar en las segundas etapas de una sola manguera, tanto las bucales como las integradas en una máscara facial completa o casco de demanda, es el botón de purga, que permite al buceador desviar manualmente el diafragma para abrir la válvula y hacer que el aire fluya hacia la carcasa. Esto se usa generalmente para purgar la carcasa o la máscara facial completa si se ha inundado. Esto suele ocurrir si la segunda etapa se cae o se retira de la boca mientras se está bajo el agua. ^{[ 5 ] : 108} Es una pieza separada montada en la tapa frontal o la tapa puede ser flexible y servir como botón de purga. Al presionar el botón de purga, se presiona contra el diafragma directamente sobre la palanca de la válvula de demanda, y este movimiento de la palanca abre la válvula para liberar aire a través del regulador. ^{[ 15 ]} Se puede usar la lengua para bloquear la boquilla durante la purga para evitar que el agua u otra materia en el regulador sea expulsada a las vías respiratorias del buceador por el chorro de aire. Esto es particularmente importante al purgar después de vomitar a través del regulador.

El botón de purga también lo utilizan los buceadores recreativos para inflar una boya de señalización de superficie retardada o una bolsa de elevación . Siempre que se accione el botón de purga, el buceador debe ser consciente de la posibilidad de un flujo libre y estar preparado para afrontarlo. ^{[ 16 ]}

Modificadores de flujo ajustables por el usuario

Puede ser conveniente que el buceador tenga cierto control sobre las características de flujo de la válvula de demanda. Los aspectos ajustables habituales son la presión de apertura y la retroalimentación del caudal a la presión interna de la carcasa de la segunda etapa. La presión entre etapas de los aparatos de respiración de demanda suministrados desde la superficie se controla manualmente en el panel de control y no se ajusta automáticamente a la presión ambiente como lo hacen la mayoría de las primeras etapas de buceo, ya que esta función se controla mediante la retroalimentación a la primera etapa desde la presión ambiente. Esto tiene como consecuencia que la presión de apertura de una válvula de demanda suministrada desde la superficie varíe ligeramente con la profundidad, por lo que algunos fabricantes proporcionan un mando de ajuste manual en el lateral de la carcasa de la válvula de demanda para ajustar la presión del muelle en la válvula aguas abajo, que controla la presión de apertura. Este mando es conocido entre los buceadores profesionales como "ajustar la respiración". Un ajuste similar se proporciona en algunas válvulas de demanda de buceo de gama alta, para permitir al usuario ajustar manualmente el esfuerzo respiratorio en profundidad ^{[ 5 ] : 17}

Las válvulas de demanda de buceo ajustadas para una respiración ligera (baja presión de apertura y bajo trabajo respiratorio) pueden tender a abrirse con relativa facilidad, especialmente si el flujo de gas en la carcasa se ha diseñado para ayudar a mantener la válvula abierta reduciendo la presión interna. La presión de apertura de una válvula de demanda sensible suele ser menor que la diferencia de presión hidrostática entre el interior de una carcasa llena de aire y el agua debajo del diafragma cuando la boquilla apunta hacia arriba. Para evitar una pérdida excesiva de gas debido a la activación inadvertida de la válvula cuando la válvula de demanda está fuera de la boca del buceador, algunas segundas etapas tienen un mecanismo de desensibilización que provoca cierta contrapresión en la carcasa, al impedir el flujo o dirigirlo contra el interior del diafragma. ^{[ 5 ] : 21}

• 
  Flujo de inhalación con asistencia Venturi activada
• 
  Flujo de inhalación con asistencia venturi desactivado

Cuando el gas a alta presión pasa por la primera etapa del regulador, la caída de presión desde la presión del cilindro hasta la presión entre etapas provoca una disminución de la temperatura a medida que el gas se expande . Cuanto mayor sea la presión del cilindro, mayor será la caída de presión y más frío se pondrá el gas en la manguera de baja presión hacia la segunda etapa. Un aumento del caudal incrementará la cantidad de calor perdido y el gas se enfriará aún más, ya que la transferencia de calor del agua circundante es limitada. Si la frecuencia respiratoria es baja o moderada (de 15 a 30 l/min), el riesgo de formación de hielo es menor. ^{[ 36 ]}

Los factores que influyen en la formación de hielo son: ^{[ 36 ]}

• Presión del cilindro: La caída de temperatura es proporcional a la caída de presión. Véase la ecuación general de los gases . El riesgo es mayor en cilindros de alta presión cuando están llenos.
• Caudal respiratorio o volumétrico: - La pérdida de calor es proporcional al flujo másico de gas, que depende de la presión y del caudal volumétrico.
• Profundidad: - El flujo másico es proporcional a la presión aguas abajo para un flujo volumétrico dado.
• Temperatura del agua: - El recalentamiento del gas expandido y del mecanismo regulador depende de la temperatura del agua y de la diferencia de temperatura entre el gas y el agua.
• Duración del flujo: Durante caudales elevados, la pérdida de calor es más rápida que el recalentamiento, y la temperatura del gas disminuirá.
• Diseño y materiales del regulador: Los materiales, la disposición de las piezas y el flujo de gas en el regulador afectan el recalentamiento y la formación de hielo. La conductividad térmica de los componentes del regulador influye en la velocidad de transferencia de calor.
• Composición del gas respiratorio: - La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura depende de la capacidad calorífica específica del gas.

Si la presión del cilindro es de 2500 libras por pulgada cuadrada (170 bar) o más, y el flujo es suficientemente grande (50 a 62,5 l/min), a menudo se formará hielo dentro de la mayoría de los reguladores de demanda de segunda etapa, incluso en agua de 7,2 a 10 °C (45,0 a 50,0 °F). Una vez que la temperatura del agua desciende por debajo de 4,4 °C (39,9 °F), la posibilidad de que se forme hielo en la segunda etapa se convierte en un riesgo significativo y debe tenerse en cuenta antes de comenzar un ejercicio intenso, llenar un BC o cualquier otra actividad que requiera un flujo de aire sustancial. En agua de 7,2 a 10 °C (45,0 a 50,0 °F) , la mayoría de los reguladores se congelarán si el buceador purga agresivamente el regulador de demanda durante solo 5 a 10 segundos para llenar una pequeña bolsa de elevación. Por esta razón, una regla importante en el buceo en aguas frías es nunca dejar fluir el regulador intencionadamente. ^{[ 36 ]}       

Una vez que la temperatura del agua desciende por debajo de 3,3 °C (37,9 °F), no hay suficiente calor en el agua para recalentar los componentes de la segunda etapa que se están enfriando con el gas frío de la primera etapa, y la mayoría de las segundas etapas comienzan a formar hielo. ^{[ 36 ]}  

El aire frío entre etapas entra en la segunda etapa y se reduce a la presión ambiente, lo que lo enfría aún más, enfriando así los componentes de la válvula de entrada de la segunda etapa a temperaturas muy por debajo del punto de congelación. A medida que el buceador exhala, la humedad del aire exhalado se condensa en los componentes fríos y se congela. El calor del agua circundante puede mantener los componentes del regulador de la segunda etapa lo suficientemente calientes como para evitar la acumulación de hielo. El aire exhalado por el buceador, a una temperatura de entre 29 y 32 °C (84 y 90 °F) , no tiene suficiente calor para compensar el efecto de enfriamiento del aire entrante en expansión una vez que la temperatura del agua está muy por debajo de los 4 °C (39 °F) . Una vez que la temperatura del agua desciende por debajo de los 4 °C (39 °F), no hay suficiente calor en el agua para recalentar los componentes del regulador con la suficiente rapidez como para evitar que la humedad del aire exhalado por el buceador se congele si este respira con dificultad. Por eso, el límite de agua fría de la certificación CE es de 4 °C (39 °F), que es el punto en el que muchos reguladores de buceo comienzan a retener hielo libre. ^{[ 36 ]}        

Cuanto más tiempo se expanda el gas a alta velocidad, más gas frío se producirá y, para una velocidad de recalentamiento dada, más fríos se pondrán los componentes del regulador. Mantener caudales altos durante el menor tiempo posible minimizará la formación de hielo. ^{[ 36 ]}

El aire de la botella de buceo sufre una drástica reducción de presión —hasta 220 bar (3200 psi) desde una botella llena de 230 bar (3300 psi) , y 290 bar (4200 psi) desde una botella llena de 300 bar (4400 psi) en la superficie— al pasar por la primera etapa del regulador. Esto disminuye la temperatura del aire, y el calor es absorbido por los componentes del regulador. Dado que estos componentes son en su mayoría metálicos y, por lo tanto, buenos conductores de energía térmica, el cuerpo del regulador se enfría rápidamente a una temperatura inferior a la del medio circundante. El gas que sale de la primera etapa siempre estará más frío que el agua una vez que el gas en la botella haya alcanzado la temperatura del agua, por lo que, al sumergirse en agua durante una inmersión, el agua que rodea al regulador se enfría y, si esta agua ya está muy fría, puede congelarse. ^{[ 38 ] [ 36 ]}        

Dos factores pueden provocar la congelación en la primera etapa. El menos común es la congelación interna debida a un exceso de humedad en el gas. La mayoría de los sistemas de filtración de compresores de aire respirable de alta presión suministran aire con un punto de rocío inferior a -40 °C (-40 °F) . La congelación interna en la primera etapa puede ocurrir si el contenido de humedad supera el punto de rocío debido a un mantenimiento inadecuado de los separadores del compresor y del medio filtrante.  

La causa más común de congelación de la primera etapa es la congelación externa del agua circundante. Esto puede ocurrir en agua a temperaturas inferiores a 4,4 °C (39,9 °F) si los caudales y las presiones de suministro del cilindro son elevados. El agua más fría y los caudales elevados aumentan el riesgo de formación de hielo en la primera etapa. Los diseños de primera etapa más eficaces para agua fría tienen una gran superficie y una buena conductividad térmica para permitir una transferencia de calor más rápida desde el agua circundante. A medida que el hielo se forma y se espesa en el exterior de la primera etapa, reduce aún más la transferencia de calor, ya que el hielo es un mal conductor del calor. En agua a 1,6 °C (34,9 °F) o menos, puede que no haya suficiente calor para derretir el hielo en la primera etapa más rápido de lo que se forma, con un caudal de 40 l/min o superior. Una capa gruesa de hielo tardará un tiempo en derretirse incluso después de que se haya detenido el flujo de gas, aunque la primera etapa permanezca sumergida. La congelación de la primera etapa puede ser un problema mayor en agua dulce, ya que el hielo en agua dulce es más difícil de derretir que el hielo en agua de mar. ^{[ 36 ]}    

Si el agua en contacto directo con el mecanismo de transferencia de presión (diafragma o pistón y el resorte que equilibra la presión interna), o sobre los puertos de detección de la primera etapa del regulador, se congela, se pierde la retroalimentación de la presión ambiente y el mecanismo se bloquea en la posición en la que se produce la congelación, que puede estar entre cerrada y completamente abierta, ya que el hielo impide el movimiento necesario para controlar la presión aguas abajo. Dado que el enfriamiento se produce durante el flujo a través del regulador, es común que la congelación ocurra cuando la válvula de la primera etapa está abierta, lo que la congela en esa posición, permitiendo un flujo continuo a través de la primera etapa. Esto provoca que la presión entre etapas aumente hasta que la segunda etapa se abre para aliviar el exceso de presión y el regulador fluye libremente a un ritmo bastante constante, que puede ser un flujo libre masivo o insuficiente para proporcionar gas respirable para satisfacer la demanda. Si la segunda etapa se cierra, la válvula de alivio de presión de la primera etapa se abrirá o una manguera o conexión de baja presión se romperá. Todos estos efectos permitirán que el flujo a través de la primera etapa continúe, por lo que el enfriamiento continuará, y esto mantendrá congelado el hielo que causa el problema. Para romper el ciclo es necesario detener el flujo de gas en la entrada o exponer el hielo a una fuente de calor capaz de derretirlo. Bajo el agua, es improbable encontrar una fuente de calor para descongelar el hielo y detener el flujo es la única opción. Claramente, el flujo se detendrá cuando la presión en el cilindro baje a la presión ambiente, pero esto es indeseable ya que significa la pérdida total del gas respiratorio. La otra opción es cerrar la válvula del cilindro, cortando la presión en la fuente. Una vez hecho esto, el hielo normalmente se derretirá a medida que el calor del agua circundante sea absorbido por el hielo ligeramente más frío, y una vez que el hielo se haya derretido, el regulador volverá a funcionar. ^{[ 38 ] [ 36 ]}

Esta congelación puede evitarse impidiendo que el agua entre en contacto directo con las partes móviles refrigeradas del mecanismo regulador, ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} o aumentando el flujo de calor del entorno circundante para que no se produzca la congelación. ^{[ 42 ]} Ambas estrategias se utilizan en el diseño de reguladores. ^{[ 36 ]}

Los reguladores de buceo con capas de plástico en el exterior no son adecuados para su uso en aguas frías. Aislar la primera o la segunda etapa impide el recalentamiento por el agua circundante y acelera la congelación. ^{[ 36 ]}

Los kits de aislamiento ambiental en la mayoría de las primeras etapas pueden ayudar en cierta medida, al menos durante la duración de las pruebas actuales del simulador de respiración CE. La congelación de una primera etapa suele tardar más que la de una segunda etapa. La mayoría de las primeras etapas pueden suministrar 62,5 l/min durante al menos cinco minutos a 1,6 °C (34,9 °F) hasta una profundidad de 57 msw (190 fsw) sin congelarse, pero si la segunda etapa inicia un flujo libre de alta velocidad, la primera etapa generalmente se congelará rápidamente y perderá la retroalimentación de la presión ambiental. ^{[ 36 ]}    

Los reguladores de primera etapa sumergidos en agua a la misma temperatura, utilizando la misma presión de suministro, presión entre etapas y caudal, producirán la misma temperatura del gas de descarga, con una variación de 1 o 2 grados, dependiendo de la conductividad del cuerpo de la válvula. ^{[ 36 ]}

Con cada inhalación se produce una caída repentina de presión desde la presión del cilindro, que suele estar entre 230 y 50 bar, hasta la presión entre etapas, que suele ser de unos 8 bar por encima de la presión ambiente. Si la temperatura del agua ronda los 0-2 °C (32-36 °F) y la frecuencia respiratoria es alta, de 62,5 l/min, la temperatura entre etapas estará entre -27 y -28 °C (-17 y -18 °F) , muy por debajo del punto de congelación del agua. Para cuando el aire haya pasado por una manguera estándar de 700 a 800 milímetros (28-31 pulgadas) de longitud hasta la segunda etapa, solo se habrá calentado hasta unos -11 °C (12 °F) , que sigue estando por debajo del punto de congelación. Habrá un enfriamiento adicional menor durante la expansión a través de la segunda etapa. ^{[ 36 ]}       

El aire y los componentes refrigerados de la segunda etapa estarán lo suficientemente fríos como para congelar la humedad del aire exhalado, lo que puede formar una capa de hielo en el interior de la segunda etapa. Presiones más altas en el cilindro producirán aire más frío durante la expansión de la primera etapa. Una purga de tres a cinco segundos desde un cilindro de 200 bar en agua a 0 a 2 °C (32 a 36 °F) puede causar una temperatura inferior a −31 °C (−24 °F) en la primera etapa y a −20 °C (−4 °F) en la entrada de la segunda etapa. ^{[ 36 ]}      

En aguas de 10 °C (50 °F) o más frías, una presión del cilindro de 170 bares (2500 psi) y una frecuencia respiratoria de 50 lpm o superior, la temperatura del aire que entra en la segunda etapa puede estar muy por debajo del punto de congelación, y cuanto mayor sea la presión del cilindro, más frío estará el aire. ^{[ 36 ]} En aguas más frías de 4,4 °C (39,9 °F) , la posibilidad de formación y acumulación de hielo en la segunda etapa aumenta considerablemente, especialmente si la frecuencia respiratoria supera los 50 lpm. Un flujo libre causado por la congelación a menudo aumentará en intensidad hasta que el regulador descargue una gran cantidad de aire, aumentando el esfuerzo de exhalación y dificultando mucho la respiración. El flujo másico de aire aumenta con la profundidad y el esfuerzo, y las temperaturas disminuyen en consecuencia. Una manguera entre etapas más larga permitirá un recalentamiento ligeramente mayor del gas entre etapas antes de que llegue a la válvula de la segunda etapa, aunque el recalentamiento no es del todo proporcional a la longitud de la manguera, y el material de la manguera no es un conductor de calor particularmente bueno. ^{[ 36 ]}     

La temperatura del aire sobre el hielo puede ser considerablemente más fría que la del agua debajo del hielo, y el calor específico del aire es mucho menor que el del agua. En consecuencia, se produce un menor calentamiento del cuerpo del regulador y del gas entre etapas cuando está fuera del agua, y es posible que se produzca un mayor enfriamiento. Esto aumenta el riesgo de formación de hielo en la segunda etapa, y el gas en el cilindro puede enfriarse lo suficiente como para que se produzca condensación de la humedad residual durante la expansión de la primera etapa, ya que el gas en expansión puede enfriarse por debajo del punto de rocío de −50 °C (−58 °F) especificado para el gas respiratorio de alta presión, lo que podría causar la formación de hielo interno en la primera etapa. Esto puede evitarse limitando al mínimo la respiración del equipo en el aire frío. ^{[ 43 ]}  

Un efecto similar ocurre con la segunda etapa. El aire que ya se ha expandido y enfriado al pasar por la primera etapa se expande de nuevo y se enfría aún más en la válvula de demanda de la segunda etapa. Esto enfría los componentes de la segunda etapa y el agua en contacto con ellos puede congelarse. Los componentes metálicos que rodean las partes móviles del mecanismo de la válvula permiten la transferencia de calor desde el agua circundante, ligeramente más caliente, y desde el aire exhalado por el buceador, que está considerablemente más caliente que el entorno. ^{[ 38 ]}

La congelación de la segunda etapa puede desarrollarse rápidamente debido a la humedad del aliento exhalado, por lo que los reguladores que previenen o reducen el contacto del aliento exhalado del buceador con los componentes más fríos y el área por donde entra el gas frío generalmente acumularán menos hielo en los componentes críticos. Las propiedades de transferencia de calor de los materiales también pueden influir significativamente en la formación de hielo y el riesgo de congelación. Los reguladores con válvulas de escape que no sellan bien formarán hielo rápidamente a medida que el agua ambiente se filtre en la carcasa. Todas las segundas etapas pueden desarrollar hielo cuando la temperatura del gas de entrada promedia por debajo de −4 °C (25 °F) y esto puede ocurrir en temperaturas del agua de hasta 10 °C (50 °F) . El hielo que se forma puede o no causar un flujo libre, pero cualquier hielo dentro de la carcasa del regulador puede representar un riesgo de inhalación. ^{[ 36 ]}    

También es probable que se produzca una congelación en la segunda etapa con la válvula abierta, lo que provoca un flujo libre que puede precipitar la congelación de la primera etapa si no se detiene de inmediato. Si se puede detener el flujo a través de la segunda etapa congelada antes de que se congele la primera, se puede paralizar el proceso. Esto puede ser posible si la segunda etapa está equipada con una válvula de cierre, pero si se hace esto, la primera etapa debe estar equipada con una válvula de sobrepresión, ya que al cerrar el suministro a la segunda etapa se desactiva su función secundaria como válvula de sobrepresión. ^{[ 38 ]}

Las segundas etapas de metal y plástico se enfrían por igual, pero difieren en la velocidad de enfriamiento. Las carcasas metálicas conducen el calor más rápido, por lo que se enfrían antes, pero también se calientan más rápido que las piezas de plástico. Además, los componentes de plástico pueden aislar los componentes metálicos internos, reduciendo la velocidad de recalentamiento por el agua. Los componentes metálicos pueden ser más problemáticos fuera del agua, en ambientes muy fríos, ya que absorben el calor de cualquier parte del cuerpo con la que entren en contacto más rápidamente que el plástico o el caucho. ^{[ 36 ]}

En la mayoría de los casos, los cascos con suministro de superficie y las válvulas de demanda de máscaras faciales completas no se enfrían lo suficiente como para que se forme hielo porque el umbilical funciona como un intercambiador de calor y calienta el aire hasta la temperatura del agua. ^{[ 36 ]} Si el buceador con suministro de superficie abandona el sistema para utilizar el suministro de gas de emergencia para buceo, los problemas son idénticos a los del buceo, aunque el bloque de gas metálico y los conductos de gas de tubo curvado antes de la segunda etapa proporcionarán cierto calentamiento del gas entre etapas más allá de lo que normalmente proporcionaría un equipo de buceo.

Cuando se practica buceo en agua entre 7 y 10 °C (45 y 50 °F), el aire que llega a la segunda etapa puede estar fácilmente en el rango de −20 a −10 °C (−4 a 14 °F) , mientras que el aire suministrado desde la superficie estará casi a la misma temperatura que el agua, que en el peor de los casos estaría justo por debajo del punto de congelación, pero aún lo suficientemente caliente como para que el aliento exhalado por los buceadores evite la formación de hielo. ^{[ 36 ]} Si las temperaturas del aire de la superficie están muy por debajo del punto de congelación (por debajo de −4 °C (25 °F) ), el exceso de humedad del tanque de volumen puede congelarse en gránulos de hielo que luego pueden viajar por el umbilical y terminar en la entrada del casco, bloqueando el aire a la válvula de demanda, ya sea como una reducción en el flujo o un bloqueo completo si los gránulos se acumulan y forman un tapón. La formación de hielo en un sistema suministrado desde la superficie se puede prevenir mediante el uso de un sistema eficaz de separación de humedad y el drenaje regular del condensado. También se pueden utilizar filtros desecantes. El uso de gas de alta presión para el suministro de superficie generalmente no presenta problemas, ya que los compresores de alta presión utilizan un sistema de filtrado que seca el aire lo suficiente como para mantener el punto de rocío por debajo de −40 °C (−40 °F) . Mantener la sección superficial del umbilical expuesta al aire frío durante el menor tiempo posible también ayudará. La parte sumergida en el agua normalmente no está lo suficientemente fría como para ser un problema. ^{[ 36 ]}        

• Diseño y construcción inadecuados del regulador: Cualquier característica de diseño que reduzca la transferencia de calor entre el regulador y el agua circundante, como los revestimientos de plástico, puede aumentar el riesgo de congelación. Los reguladores aptos para su uso con agua fría, y que hayan sido probados, lo indicarán en sus especificaciones.
• Caudales elevados a través del regulador. Esto puede deberse a:
  • Flujo libre accidental al soltar la segunda etapa. Esto ocurre con mayor probabilidad cuando la boquilla apunta hacia arriba y puede provocar la congelación en aguas relativamente cálidas, especialmente en la superficie si la primera etapa está fuera del agua.
  • La purga puede provocar caudales extremadamente altos.
  • El sistema de respiración compartida proporciona gas a dos buceadores a través de las mismas primera y segunda etapas.
  • La respiración en modo octogonal proporciona gas para dos buceadores a través de la misma primera etapa, y es más probable que provoque la congelación de la primera etapa.
  • Llenar una bolsa de elevación o una boya de señalización de superficie (DSMB) desde el regulador de respiración. ^{[ 39 ]}
  • Inflación prolongada del traje seco o del chaleco compensador mientras se respira con el mismo regulador.
  • Frecuencia respiratoria elevada debido al esfuerzo físico.
• Baja temperatura del agua: Es probable que el agua que se encuentra directamente debajo del hielo esté más fría que el agua a mayor profundidad en agua dulce.
• Respirar a través del regulador por encima del hielo a temperaturas bajo cero, donde no hay recalentamiento del gas en la manguera entre etapas por agua ambiente relativamente caliente.

• Mantener el interior de la segunda etapa completamente seco antes de entrar en el agua ^{[ 44 ]}

• No respire a través del regulador hasta estar bajo el agua. Al probar el regulador antes de la inmersión, inhale solo; evite exhalar a través del regulador, ya que la humedad de la respiración se congelará en la válvula de demanda. ^{[ 44 ]}

• Evitar que entre agua en la cámara de segunda etapa durante o entre inmersiones ^{[ 44 ]}
• Presionar el botón de purga durante no más de 5 segundos antes o durante la inmersión, y evitar incluso esto si es posible ^{[ 44 ].}
• Evitar cargas de trabajo pesadas que aumentarían significativamente la frecuencia respiratoria y el volumen de aire movido a través de la válvula con cada ciclo respiratorio ^{[ 44 ].}
• Asegurarse de que el aire de buceo esté libre de humedad ^{[ 44 ]}
• Mantener el regulador en un ambiente cálido antes de la inmersión, si es posible. ^{[ 44 ]}

Kirby Morgan ha desarrollado un intercambiador de calor de tubo de acero inoxidable ("Thermo Exchanger") para calentar el gas del regulador de primera etapa y reducir el riesgo de congelación del regulador de buceo de segunda etapa al bucear en aguas extremadamente frías a temperaturas de hasta -2,2 °C (28,0 °F) . ^{[ 36 ]} La longitud y la conductividad térmica relativamente buena del tubo, junto con la masa térmica del bloque, permiten que el calor del agua sea suficiente para calentar el aire hasta uno o dos grados por encima de la temperatura del agua circundante. ^{[ 36 ]}  

• El buceador cerrará la válvula de la botella que alimenta el regulador congelado y cambiará al regulador de reserva para respirar. Esto conserva el gas y permite que el regulador congelado se descongele.
• Si el buceador está sujeto a la cuerda, puede indicarle al encargado de la cuerda la señal de emergencia previamente acordada (normalmente cinco o más tirones) mientras respira con el regulador de flujo libre (opción menos recomendable si no hay suministro de gas alternativo). Cinco tirones suelen indicar que el encargado de la cuerda debe subir al buceador a la superficie o, en este caso, al agujero en el hielo.
• Si se bucea sin cuerda de seguridad, el buceador debe seguir la línea guía de regreso al agujero y evitar abandonarla a menos que pueda usar una cuerda de salto o pueda ver el agujero en el hielo.
• Ascenso de emergencia si se encuentra directamente debajo del agujero en el hielo y dentro del alcance visual. (La opción menos deseable, salvo ahogarse).

El protocolo para un bloqueo del regulador a menudo incluye abortar la inmersión. ^{[ 44 ]}