
La planificación de gases para buceo es el aspecto de la planificación y gestión de la inmersión que se ocupa del cálculo o la estimación de las cantidades y mezclas de gases que se utilizarán para una inmersión planificada. Puede asumirse que se conoce el perfil de la inmersión , incluida la descompresión, pero el proceso puede ser iterativo, implicando cambios en el perfil de la inmersión como consecuencia del cálculo de los requerimientos de gas o cambios en las mezclas de gases elegidas. El uso de reservas calculadas en función del perfil de la inmersión planificada y las tasas estimadas de consumo de gas, en lugar de una presión arbitraria, se denomina a veces gestión de gases en el fondo marino . El propósito de la planificación de gases es asegurar que, para todas las contingencias razonablemente previsibles, los buceadores de un equipo tengan suficiente gas respiratorio para regresar de forma segura a un lugar donde haya más gas respiratorio disponible. En casi todos los casos, este será la superficie. [ 1 ]
La planificación del gas incluye los siguientes aspectos: [ 2 ] : Sec.3
- Elección de gases respiratorios
- Elección de la configuración de buceo
- Estimación del gas necesario para la inmersión planificada, incluyendo el gas de fondo , el gas de desplazamiento y los gases de descompresión , según corresponda al perfil. [ 1 ]
- Estimación de las cantidades de gas para contingencias razonablemente previsibles. Bajo estrés, es probable que un buceador aumente su frecuencia respiratoria y disminuya su velocidad de natación. Ambos factores conllevan un mayor consumo de gas durante una salida de emergencia o un ascenso. [ 1 ]
- Selección de cilindros para transportar los gases necesarios. El volumen y la presión de trabajo de cada cilindro deben ser suficientes para contener la cantidad de gas requerida.
- Cálculo de las presiones de cada uno de los gases en cada uno de los cilindros para obtener las cantidades requeridas.
- Especificar las presiones críticas de las mezclas de gases relevantes para las etapas (puntos de referencia) apropiadas del perfil de inmersión planificado (compatibilidad de gases).
La planificación del gas es una de las etapas de la gestión del gas de buceo. Las otras etapas incluyen: [ 2 ] : Sec.3 [ 1 ]
- Conocimiento de las tasas de consumo de gas personales y de los miembros del equipo en diferentes condiciones.
- consumo básico en la superficie para variaciones en la carga de trabajo
- variación en el consumo debido a la variación de profundidad
- variación en el consumo debido a las condiciones de buceo y al estado físico y mental personal.
- Supervisar el contenido de los cilindros durante una inmersión.
- Conciencia de las presiones críticas y su uso para gestionar la inmersión.
- Uso eficiente del gas disponible durante la inmersión planificada y durante una emergencia.
- Limitar el riesgo de fallos en los equipos que podrían provocar una pérdida de gas respiratorio.
El término «planificación de gases en el fondo marino» se utiliza para referirse al método de planificación de gases basado en un perfil de inmersión planificado, donde se dispone de una estimación razonablemente precisa de las profundidades, los tiempos y el nivel de actividad. De esta forma, los cálculos para las mezclas de gases y las cantidades adecuadas de cada mezcla se conocen con suficiente precisión como para realizar cálculos bastante rigurosos. Para inmersiones que no requieren paradas de descompresión prolongadas, se suelen utilizar reglas generales más sencillas, fáciles y bastante arbitrarias. Estos métodos suelen ser adecuados para inmersiones de bajo riesgo, pero confiar en ellos para planes de inmersión más complejos puede suponer un riesgo significativamente mayor para los buceadores si desconocen las limitaciones de cada método y los aplican de forma incorrecta.
Elección del gas respiratorio
La elección del gas respiratorio para el buceo se divide en cuatro grupos principales.
Aire
El aire es el gas más utilizado en la mayoría de las inmersiones recreativas a poca profundidad, y en algunas partes del mundo puede ser el único gas fácilmente disponible. Es de fácil acceso, de calidad constante y se comprime con facilidad. Si no existieran problemas asociados al uso de aire en inmersiones más profundas y prolongadas, no habría razón para utilizar ningún otro gas.
Las limitaciones en el uso del aire son:
- Los efectos de la narcosis por nitrógeno se producen a profundidades superiores a unos 30 m, pero dependen de cada buceador.
- Limitaciones en el buceo sin parada de descompresión y en la duración de la descompresión debido a la disolución de nitrógeno en los tejidos corporales.
Estas limitaciones pueden mitigarse mediante el uso de gases formulados específicamente para la respiración a presión.
Nitrox
Para reducir los problemas de descompresión derivados de las altas presiones parciales de nitrógeno a las que se expone el buceador al respirar aire a profundidad, se puede añadir oxígeno como sustituto de parte del nitrógeno. La mezcla resultante de nitrógeno y oxígeno se conoce como nitrox. Se considera que las trazas de argón y otros gases atmosféricos son insignificantes. [ 3 ] [ 4 ] : Cap. 3
El nitrox es una mezcla de nitrógeno y oxígeno. Técnicamente, puede incluir aire y mezclas hipóxicas de nitrox, donde la fracción de oxígeno es menor que en el aire (21%), [ 4 ] : Cap. 3 pero estas no se utilizan generalmente. El nitrox se entiende generalmente como aire enriquecido con oxígeno adicional, ya que ese es el método habitual para producirlo. La fracción de oxígeno puede variar del 22% al 99%, pero suele estar entre el 25% y el 40% para el gas de fondo (respirado durante la parte principal de la inmersión) y entre el 32% y el 80% para las mezclas de descompresión. [ 2 ]
Mezclas a base de helio
El helio es un gas inerte que se utiliza en mezclas respiratorias para buceo con el fin de reducir o eliminar los efectos narcóticos de otros gases a profundidad. Es un gas relativamente caro y tiene algunos efectos secundarios indeseables, por lo que se utiliza donde mejora significativamente la seguridad. Otra característica deseable del helio es su baja densidad y baja viscosidad en comparación con el nitrógeno. Estas propiedades reducen el trabajo respiratorio, [ 5 ] [ 6 ] que puede convertirse en un factor limitante para el buceador a profundidades extremas. [ 2 ] : Sect.1 [ 7 ] [ 6 ] [ 8 ]
Las propiedades indeseables del helio como componente de gas respiratorio incluyen una transferencia de calor altamente efectiva , [ 9 ] que puede enfriar rápidamente a un buceador, [ 10 ] y una tendencia a fugarse más fácil y rápidamente que otros gases. Las mezclas a base de helio no deben usarse para inflar trajes secos. [ 2 ] : Sec.1 [ 6 ]
El helio es menos soluble que el nitrógeno en los tejidos corporales, pero debido a su peso molecular muy pequeño (4, en comparación con 28 para el nitrógeno), se difunde más rápido, como describe la ley de Graham . Por consiguiente, los tejidos se saturan más rápido con helio, pero también se desaturan más rápido, siempre que se evite la formación de burbujas. La descompresión de los tejidos saturados será más rápida con helio, pero la de los tejidos no saturados puede ser más larga o más corta que con nitrógeno, dependiendo del perfil de la inmersión. [ 6 ]
El helio se suele mezclar con oxígeno y aire para producir una gama de mezclas de gases de tres componentes conocidas como trimixes . El oxígeno está limitado por restricciones de toxicidad, y el nitrógeno por efectos narcóticos aceptables. El helio se utiliza para completar el resto de la mezcla, [ 2 ] : Sec.2 y también puede utilizarse para reducir la densidad y así disminuir el trabajo respiratorio. [ 8 ]
Oxígeno
El oxígeno puro elimina por completo el problema de la descompresión, pero es tóxico a altas presiones parciales , lo que limita su uso en el buceo a profundidades poco profundas y como gas de descompresión . [ 4 ] : Sec. 16-2
El oxígeno al 100% también se utiliza para reponer el oxígeno consumido por el buceador en rebreathers de circuito cerrado , para mantener el punto de ajuste : la presión parcial de oxígeno en el circuito que la electrónica o el buceador mantienen durante la inmersión. En este caso, la mezcla respiratoria real varía con la profundidad y se compone de una mezcla de diluyente con oxígeno. El diluyente suele ser una mezcla de gases que puede utilizarse como reserva en caso necesario. Se utilizan cantidades relativamente pequeñas de diluyente en un rebreather, ya que los componentes inertes no se metabolizan ni se liberan al ambiente mientras el buceador permanece a profundidad, sino que se reinhalan repetidamente, perdiéndose únicamente durante el ascenso, cuando el gas se expande en proporción inversa a la presión y debe ventilarse para mantener el volumen correcto en el circuito. [ 3 ] : Sec.17-2
Selección de una mezcla de gases respiratorios adecuada
La composición de una mezcla de gases respiratorios dependerá de su uso previsto. La mezcla debe elegirse para proporcionar una presión parcial de oxígeno (PO₂) segura a la profundidad de trabajo. La mayoría de las inmersiones utilizarán la misma mezcla durante toda la inmersión, por lo que la composición se seleccionará para que sea respirable a todas las profundidades planificadas. Puede haber consideraciones de descompresión. La cantidad de gas inerte que se disolverá en los tejidos depende de la presión parcial del gas, su solubilidad y el tiempo que se respira a presión, por lo que el gas puede enriquecerse con oxígeno para reducir los requisitos de descompresión. El gas también debe tener una densidad respirable a la profundidad máxima prevista para su uso. Un valor recomendado para la densidad máxima es de 6 gramos por litro, ya que densidades más altas reducen la tasa de ventilación máxima lo suficiente como para inducir hipercapnia . [ 11 ]
Calcular la composición
La ley de Henry establece:
A una temperatura dada, la cantidad de gas que puede disolverse en un fluido es directamente proporcional a la presión parcial del gas.
En inmersiones de corta duración, la P O 2 se puede elevar a 1,2 a 1,6 bar. Esto reduce la P N 2 y/o P He , y acortará la descompresión necesaria para un perfil determinado.
Respirar aire a más de 30 metros (100 pies) de profundidad (presión > 4 bar) tiene un efecto narcótico significativo en el buceador. Dado que el helio no tiene efecto narcótico, esto se puede evitar añadiéndolo a la mezcla para que la presión parcial de los gases narcóticos se mantenga por debajo de un nivel debilitante. Esto varía según el buceador, y las mezclas de helio tienen un coste considerable, pero la mayor seguridad y eficiencia en el trabajo que se obtiene al usar helio pueden compensar el coste. Otra desventaja de las mezclas a base de helio es el mayor enfriamiento del buceador. Los trajes secos no deben inflarse con mezclas ricas en helio.
Aparte del helio, y probablemente el neón, todos los gases que se pueden respirar tienen un efecto narcótico que aumenta con la presión parcial elevada, [ 14 ] y se sospecha que el oxígeno tiene un efecto narcótico comparable al del nitrógeno, [ 15 ] aunque la evidencia no es concluyente. [ 16 ]
Ejemplo: Elija una mezcla de gases adecuada para una inmersión de rebote a 50 metros, donde la P O 2 debe limitarse a 1,4 bar y la profundidad narcótica equivalente a 30 metros:
- Presión a 50 m de profundidad = 6 bar
- Presión parcial de oxígeno ( PO₂ ) requerida = 1,4 bar : Fracción de oxígeno (FO₂ ) = 1,4/6 = 0,23 = 23 %
- Profundidad equivalente de narcótico requerida (END) = 30 m
- Presión atmosférica equivalente a 30 m = 4 bar
- Por lo tanto, la presión parcial de helio (PHe) a 50 m en la mezcla debe ser (6 − 4) bar = 2 bar, por lo que F He es 2/6 = 0,333 = 33%.
- El (100–(33+23)) = 44% restante sería nitrógeno.
- La mezcla resultante es un trimix 23/33 (23% de oxígeno, 33% de helio, el resto nitrógeno).
Estos son los valores óptimos para minimizar la descompresión y el costo del helio. Una fracción menor de oxígeno sería aceptable, pero supondría una desventaja para la descompresión, y una fracción mayor de helio sería aceptable, pero costaría más.
Se puede comprobar la densidad del gas a máxima profundidad, ya que esto puede influir significativamente en el esfuerzo respiratorio. Un esfuerzo respiratorio excesivo reducirá la capacidad de reserva del buceador para afrontar una posible emergencia si se requiere un esfuerzo físico. Anthony y Mitchell recomiendan una densidad máxima de gas preferida de 5,2 g/L y una densidad máxima de gas de 6,2 g/L. [ 8 ]
El cálculo es similar al cálculo de la masa de gas en los cilindros .
Elección de la configuración de buceo
Circuito abierto frente a rebreather
La cantidad de gas necesaria en una inmersión depende de si el equipo de buceo que se utilice es de circuito abierto, semicerrado o cerrado. El buceo con circuito abierto expulsa todo el gas respirado al entorno, independientemente de cuánto haya sido útil para el buceador, mientras que un sistema de circuito semicerrado o cerrado retiene la mayor parte del gas respirado y lo restaura a una condición respirable eliminando el dióxido de carbono, producto de desecho, y ajustando el contenido de oxígeno a una presión parcial adecuada. Los equipos de buceo de circuito cerrado y semicerrado también se conocen como rebreathers . [ 17 ] [ 2 ]
Montaje trasero vs. montaje lateral
Otro aspecto de la configuración del equipo de buceo es cómo el buceador transporta las botellas principales. Las dos disposiciones básicas son el montaje en la espalda y el montaje lateral. [ 17 ]
El sistema de montaje dorsal consiste en sujetar firmemente una o más botellas a un arnés, generalmente con un chaleco compensador de flotabilidad o ala, y llevarlas en la espalda del buceador. Este sistema permite conectar botellas en configuración de doble botella o, en circunstancias especiales, en configuración de triple botella o cuádruple botella. Es una configuración de gran visibilidad y puede resultar inadecuada para algunos lugares donde el buceador necesita pasar por aberturas bajas. Esta es la configuración estándar para el buceo recreativo con botella simple o doble, y para gran parte del buceo técnico en aguas abiertas. [ 17 ] [ 2 ]
El montaje lateral consiste en suspender las botellas principales del arnés a los lados del buceador: normalmente se utilizan dos botellas de tamaño aproximadamente igual. Las botellas de descompresión adicionales pueden acoplarse de forma similar. El método de transporte de botellas suspendidas a los lados del arnés, conocido como montaje con eslinga, es similar y difiere en algunos detalles. [ 17 ]
Cilindros para descompresión o rescate
The commonly used configurations for multiple cylinders are to either carry the bottom gas in back-mounted cylinders of sufficient total volume, either manifolded or independent, and the other mixes in sling-mounts clipped off to the sides of the diver's harness on D-rings, or to carry all gases in side-mounted cylinders. Decompression gas, when different from the gas used for the main part of the dive, is commonly carried in one or more cylinders suspended from the side of the diver's harness by clips. Multiple cylinders may be carried this way for extreme dives.[17][2]
Sidemount harnesses require the cylinders to be carried individually clipped to the harness at the sides of the diver. Skilled sidemount exponents can carry 6 aluminum 80 cylinders this way, 3 each side.[17]
The diver must be able to positively identify the gas supplied by any one of the several demand valves that these configurations require, to avoid potentially fatal problems of oxygen toxicity, hypoxia, nitrogen narcosis or divergence from the decompression plan which may occur if an inappropriate gas is used.[17] One of the conventions puts the oxygen rich gases to the right,[18] Other methods include labelling by content and/or maximum operating depth (MOD), and identification by touch. Often several or all of these methods are used together.[17]
Bailout gas for a back-mounted configuration may be carried in a variety of ways in a bailout cylinder. The most popular being as a sling cylinder, a pony cylinder strapped to the primary back mounted cylinder, or in a small cylinder (Spare air) supported by a pocket attached to the buoyancy compensator.[17] When more than one cylinder of the same mix are side-mounted, the cylinders not in use function as bailout sets, provided they contain enough gas to get the diver safely to the surface.
Drop cylinders
Si la ruta de la inmersión está restringida o se puede planificar de forma fiable, se pueden soltar cilindros de reserva de gas de descompresión a lo largo de la ruta en los puntos donde se necesitarán durante el regreso o el ascenso. Los cilindros suelen sujetarse a una línea de distancia o a una línea de tiro para asegurar que sean fáciles de encontrar y que no se pierdan. Estos cilindros normalmente contienen una mezcla de gases cercana a la óptima para el sector de la inmersión en el que se van a utilizar. Este procedimiento también se conoce como preparación de etapas , y los cilindros entonces se denominan cilindros de etapa , pero el término cilindro de etapa se ha convertido en genérico para cualquier cilindro que el buceador lleve al lado además del gas de fondo. [ 17 ] [ 2 ] Se deben aplicar protocolos de redundancia de gas a los cilindros de reserva, al igual que a cualquier otro suministro de gas respiratorio.
Cantidad de gas respiratorio de circuito abierto
El procedimiento formal y relativamente completo para la planificación del gas de buceo presupone que se dispone de un plan de inmersión suficientemente detallado como para que se conozcan la mayoría de las variables. Muchas inmersiones recreativas se realizan de forma más improvisada , planificándose y llevándose a cabo en función del gas disponible.
La cantidad de gas necesaria para una inmersión planificada comprende la cantidad de gas calculada para el consumo en el perfil planificado y el gas adicional destinado a contingencias, también conocido como lagas de reserva .
Gire la presión
La presión de giro es la presión de gas restante a la cual se dará el giro de la inmersión, y se iniciará la salida de una inmersión de penetración o el ascenso. La presión de giro generalmente se refiere al gas del fondo, pero también puede basarse en la presión de otras botellas si el suministro de dicho gas es crítico.
Presión de giro arbitraria
La mayoría de los buceadores recreativos no realizan inmersiones de penetración ni inmersiones que superen el límite de no descompresión , y pueden ascender directamente a la superficie de forma segura en cualquier punto de la inmersión. Estos ascensos no consumen un gran volumen de gas, y a estos buceadores se les suele enseñar a iniciar el ascenso con una presión restante determinada en la botella, independientemente de la profundidad, el tamaño de la botella o la frecuencia respiratoria prevista, principalmente porque es fácil de recordar y simplifica el trabajo del líder de la inmersión en inmersiones grupales. Este método se originó en el corte de presión de reserva no ajustable que proporcionaban las válvulas mecánicas de las botellas de reserva, que se utilizaban habitualmente antes de que el manómetro sumergible se convirtiera en un componente estándar del equipo de buceo. En ocasiones puede resultar insuficientemente conservador, pero con mayor frecuencia es innecesariamente conservador, sobre todo en inmersiones poco profundas con una botella grande. A los buceadores se les puede indicar que avisen al líder de la inmersión a 80 o 100 bar y que regresen al barco con al menos 50 bar o 700 psi o algo similar restante, pero una de las razones para tener 50 bar de reserva es hacer que el regreso al barco sea más seguro, permitiendo al buceador nadar en la superficie en aguas agitadas mientras respira con el regulador. Este gas residual también puede usarse para una parada de seguridad prolongada o adicional cuando la inmersión se acerca al límite de no descompresión, pero es una buena práctica no usar todo el gas si se puede evitar de forma segura, ya que una botella vacía es más fácil de contaminar durante la manipulación, y es posible que se le exija al operador de llenado que haga inspeccionar internamente cualquier botella que no registre una presión residual al presentarse para llenarla para asegurarse de que no se haya contaminado por la entrada de agua.
Regla de los tercios
La regla de los tercios es otra regla práctica de este tipo . [ 19 ] [ 20 ] La regla básica generalmente solo se aplica al buceo en entornos con techo, como cuevas y pecios, donde un ascenso directo a la superficie es imposible y los buceadores deben regresar por donde vinieron, y no se prevén paradas de descompresión. Si se planea la descompresión, la regla de los tercios puede aplicarse además de los requisitos de gas de descompresión.
For divers following this rule, one third of the gas supply is used for the outward journey, one third for the return journey and one third is held in reserve in case of an emergency. The dive is turned when the first diver reaches one third of the starting pressure.[19] However, when diving with a buddy with a higher breathing rate or a different volume of gas, it may be necessary to set one third of the buddy's gas supply as the remaining 'third'. This means that the turn point to exit is earlier, or that the diver with the lower breathing rate carries a larger volume of gas than would be required if both had the same breathing rate.
Reserves are needed at the end of dives in case the diver has gone deeper or longer than planned and must remain underwater to do decompression stops before being able to ascend safely to the surface. A diver without gas cannot do the stops and risks decompression sickness.
In an overhead environment, where it is not possible to ascend directly to the surface, the reserve allows the diver to donate gas to an out-of-gas buddy, providing enough gas to let both divers exit the enclosure and ascend to the surface.
Half + 15 bar
A different option for penetration dives is the "half + 15 bar" (half + 200 psi) method, in which the contingency gas for the stage is carried in the primary cylinders. Some divers consider this method to be the most conservative when multi-staging. If all goes to plan when using this method, the divers surface with stages nearly empty, but with all the contingency gas still in their primary cylinders. With a single stage drop, this means the primary cylinders will still be about half-full.[21]
Rock bottom gas quantity calculations (metric system)
"Rock bottom gas planning" refers to the methods of scuba gas quantity calculation based on a planned dive profile where a reasonably accurate estimate of the depths, times, and level of activity expected for each stage of the dive is available, so fairly rigorous calculations for gas mixtures and the appropriate quantities of each mixture are useful. Gas consumption depends on the ambient pressure, the breathing rate, and the duration of the dive sector under those conditions.[22]
Ambient pressure is a direct function of the depth. It is atmospheric pressure at the surface, plus hydrostatic pressure, at 1 bar per 10 m depth.
Respiratory minute volume
El volumen respiratorio minuto (VRM) es el volumen de gas que respira un buceador en un minuto. Para un buceador comercial en activo, la IMCA sugiere un VRM de 35 L/min. Para emergencias, la IMCA sugiere un VRM de 40 L/min [ 10 ]. El VRM de descompresión suele ser menor, ya que el buceador generalmente no realiza un esfuerzo intenso. Sin embargo, la IMCA no aprueba el uso de equipos de buceo autónomo para el buceo comercial, por lo que estas cifras están destinadas a su uso con equipos de sustitución de buceo autónomo con cascos de suministro de aire desde superficie y máscaras faciales completas, donde el buceador no tiene que llevar las botellas de gas respiratorio primarias. Se pueden utilizar valores menores para estimar los tiempos de inmersión. El buceador puede utilizar valores medidos por sí mismo, pero se deben utilizar valores de peor caso para calcular presiones críticas para el cambio de dirección o el ascenso y para el rescate, ya que el VRM de un buceador generalmente aumentará con el estrés o el esfuerzo. [ 4 ] Algunos buceadores calculan factores de buceo personales que son valores razonablemente consistentes para múltiplos del consumo de gas en reposo para diferentes niveles de trabajo, como descompresión, buceo relajado, natación sostenida, trabajo duro, etc. Estos factores se pueden utilizar para estimar el RMV.
Tasa de consumo de gas
La tasa de consumo de gas (Q) en circuito abierto depende de la presión ambiente absoluta (Pa ) y del RMV.
Tasa de consumo de gas: Q = P a × RMV (litros por minuto)
Gas disponible
El volumen de gas disponible en una botella es el volumen que se puede utilizar antes de alcanzar una presión crítica, generalmente conocida como reserva. El valor elegido para la reserva debe ser suficiente para que el buceador realice un ascenso seguro en condiciones subóptimas. Puede requerir el suministro de gas a un segundo buceador (respiración compartida). El gas disponible puede ajustarse a la presión de superficie o especificarse a una presión determinada a una profundidad específica.
Gas disponible a presión ambiente:
- V disponible = V establecido × (P inicio − P reserva )/P ambiente
Dónde:
- V conjunto = volumen del conjunto de cilindros = suma de los volúmenes de los cilindros conectados
- P inicio = Presión de arranque del conjunto de cilindros
- P reserva = Presión de reserva
- P ambiente = presión ambiente
En el caso de la presión superficial: P ambiente = 1 bar y la fórmula se simplifica a:
- Gas disponible a presión superficial: V disponible = V establecido × (P inicial − P reserva )
Tiempo disponible
El tiempo que un buceador puede trabajar con el gas disponible (también llamado resistencia) es:
Tiempo disponible = Gas disponible / RMV
Tanto el gas disponible como el RMV deben ser correctos para la profundidad, o bien ambos deben estar corregidos a la presión de la superficie.
Estimation of gas requirement for a dive sector
Calculation of gas requirement for a dive can be broken up into simpler estimates for gas requirement for sectors of the dive, and then added together to indicate the requirement for the entire dive.
A dive sector should be at a constant depth, or an average depth can be estimated. This is used to get the sector ambient pressure (Psector). The duration of the sector (Tsector) and RMV of the diver for the sector (RMVsector) must also be estimated. If the sector gas volume requirements (Vsector) are all calculated at surface pressure, they can later be added directly. This reduces the risk of confusion and error.
Once these values have been chosen they are substituted in the formula:
Vsector = RMVsector × Psector × Tsector
This is the free volume of the gas at atmospheric pressure. The pressure change (δPcyl) in the cylinder used to store this gas depends on the internal volume of the cylinder (Vcyl), and is calculated using Boyle's law:
δPcyl = Vsector × Patm/Vcyl (Patm - 1 bar)
Minimum functional pressure
Breathing gas regulators will work efficiently down to a cylinder pressure slightly above the designed interstage pressure. This pressure may be called minimum functional cylinder pressure. It will vary with depth as the nominal interstage pressure is additional to the ambient pressure.
This does not mean that all the remaining gas is unobtainable from a cylinder; rather that the regulator will deliver some of it less efficiently than the designed work of breathing, and the rest only when the ambient pressure is reduced. In most regulator designs the diver will have to overcome a larger cracking pressure to open the demand valve, and flow rate will be reduced. These effects increase as the interstage pressure decreases. This can provide the diver with a warning that gas supply from that cylinder will immanently cease. However, in at least one regulator design, once the interstage pressure has been sufficiently reduced, the inflatable second stage servo-valve will deflate and effectively lock open the demand valve, allowing the residual gas to escape until the cylinder pressure has dropped to approximately equal the ambient pressure, at which point flow will stop until the ambient pressure is reduced by ascending to shallower depth.
A value of 10 bar interstage pressure plus ambient pressure is a suitable estimate for minimum functional pressure for most planning purposes. This value will vary with the depth, and a regulator that has stopped delivering breathing gas may deliver a little more gas as the ambient pressure decreases, allowing a few more breaths from the cylinder during ascent if the gas is used up during the dive. The amount of gas available in this way depends on the internal volume of the cylinder.
Critical pressures
Critical pressures (Pcritical or Pcrit) are pressures that must not be dropped below during a given part of a planned dive as they provide gas for emergencies.
Reserve pressure is an example of a critical pressure. This is also known as critical pressure of ascent, or minimum gas as this indicates the amount of gas required to safely ascend with allowances for specific contingencies listed in the dive plan.
Critical pressures may also be specified for the start of the dive and for turnaround where direct ascent is not possible or not desirable. These can be called critical pressure of descent or critical pressure for the dive profile, and critical pressure of exit or critical pressure of turnaround.
Calculation of critical pressures
Critical pressures are calculated by adding up all the volumes of gas required for the parts of the dive after the critical point, and for other functions such as suit inflation and buoyancy control if these are supplied from the same set of cylinders, and dividing this total volume by the volume of the cylinder set. A minimum functional pressure is added to this value to give the critical pressure.
Example: Critical pressure of descent:
This dive should not be attempted if less than 176 bar is available. Note that no allowance has been made for contingencies.
Effect of temperature change on pressure
The temperature of the gas should be taken into account when checking critical pressures.
Critical pressures for ascent or turnaround will be measured at ambient temperature and do not require compensation, but critical pressure for descent may be measured at a temperature considerably higher than the temperature at depth.
Pressure should be corrected to the expected water temperature using Gay-Lussac's law.
P 2 = P 1 × (T 2 /T 1 )
Ejemplo: Corrección de presión por temperatura: Los cilindros están a unos 30 °C, la temperatura del agua es de 10 °C, la presión crítica para el descenso (P 1 ) es de 176 bar a 10 °C.
Estimación de cantidades de gas para contingencias
El problema fundamental al estimar una reserva de gas para contingencias radica en decidir qué contingencias contemplar. Esto se aborda en la evaluación de riesgos de la inmersión planificada. Una contingencia comúnmente considerada es compartir gas con otro buceador desde el punto de la inmersión donde se necesita el máximo tiempo para alcanzar la superficie u otro lugar donde haya más gas disponible. Es probable que ambos buceadores tengan un RMV superior al normal durante un ascenso asistido, ya que se trata de una situación estresante [ 1 ] , y es prudente tenerlo en cuenta. Para los buceadores profesionales, los valores deben elegirse de acuerdo con las recomendaciones del código de buenas prácticas vigente, pero si se elige un valor más alto, es improbable que alguien se oponga. Las agencias de formación aconsejan a los buceadores recreativos que utilicen valores que consideren apropiados y que no den lugar a litigios, que generalmente son conservadores y se basan en datos experimentales publicados, pero los buceadores pueden tener la discreción de utilizar valores de RMV de su propia elección, basados en su experiencia personal y en la aceptación informada del riesgo.
El procedimiento es idéntico al de cualquier otro cálculo de consumo de gas multisectorial, salvo que intervienen dos buceadores, lo que duplica el RMV efectivo.
Para comprobar si la botella de reserva tiene suficiente gas (para un buceador) en caso de emergencia a la profundidad prevista, se debe calcular la presión crítica en función del perfil previsto, la cual debe permitir el cambio de botella, el ascenso y toda la descompresión planificada.
Ejemplo: Suministro de gas de emergencia:
Se planea una inmersión a 30 m que requiere 6 minutos de descompresión a 3 m. Para emergencias, IMCA recomienda asumir RMV = 40 L/min [ 10 ].
Combinación de gases
La igualación de gases consiste en el cálculo de las presiones de reserva y de giro para buceadores que utilizan diferentes volúmenes de botella o con diferentes tasas de consumo de gas en la misma inmersión, lo que permite a cada buceador asegurarse de que se retiene suficiente gas para hacer frente a contingencias previsibles en las que los buceadores puedan necesitar compartir gas, en función de los volúmenes de botella de cada buceador y las tasas de consumo de gas individuales de ambos buceadores. [ 23 ]
Es práctica habitual iniciar la inmersión inmediatamente después de compartir el gas en caso de emergencia, por lo que la igualación de volúmenes de gas solo se aplica a partir del punto de inflexión. Hasta ese momento, solo debe considerarse el consumo del propio buceador en las condiciones previstas.
Cantidades de gas para rebreathers
Los requerimientos de gas para un rebreather de circuito cerrado son muy diferentes a los de un circuito abierto. El consumo de oxígeno es independiente de la profundidad y está controlado por la tasa de trabajo metabólico , que está limitada principalmente por el trabajo respiratorio y la densidad del gas. Existe otro límite en la cantidad de oxígeno que se puede transportar de forma útil, ya que la autonomía de un rebreather está limitada por la cantidad de dióxido de carbono que el depurador puede absorber antes de la fuga , y la cantidad de dióxido de carbono producida por el buceador está estrechamente relacionada, mediante el cociente respiratorio, con la cantidad de oxígeno metabolizado .
El consumo de gas diluyente está estrechamente ligado a la variación de profundidad, ya que debe añadirse para mantener el volumen del circuito durante el descenso y se libera al entorno y se pierde durante el ascenso. Cuando el buceador se encuentra a profundidad constante, el consumo de diluyente es muy bajo y se limita a purgas para comprobar la calibración del sensor de oxígeno y al cambio a circuito abierto, momento en el que se utilizará al mismo ritmo que el gas respiratorio de circuito abierto.
En los respiradores semicerrados, existen dos formas básicas de utilizar el gas:
- Un sistema de adición activa que utiliza inyección de flujo másico constante consume gas a un ritmo constante, independientemente de la profundidad, el esfuerzo o la frecuencia respiratoria durante el descenso, excepto al purgar el circuito o añadir gas para mantener su volumen. La autonomía depende principalmente del contenido de la botella y del tamaño del orificio.
- Un sistema pasivo de adición de gas mediante fuelle concéntrico añade gas cuando el pulmón de reserva está vacío y expulsa una proporción del volumen exhalado en cada respiración, de modo que el consumo de gas es proporcional a la profundidad y a la frecuencia respiratoria. Esto es similar al consumo en circuito abierto, pero a un ritmo menor, proporcional a la relación de descarga.
Selección de cilindros apropiados
Número
The fundamental decision in choice of cylinders is whether the entire gas supply for the dive is to be carried in one set, or is to be divided into more than one set for different parts of the dive. Diving with a single cylinder is logistically simple, and makes all the gas available for breathing throughout the dive, but can not take advantage of optimising the breathing gas for decompression, or having an independent emergency supply that does not rely on the presence of a dive buddy where and when needed. A single cylinder puts the diver in a position of dependence on the buddy for alternative breathing gas in case of an emergency cutting off the main air supply, unless the option of a free ascent is acceptable.
Diving with multiple cylinders is done for three basic procedural reasons, or a combination of the three.
- A fully independent supply of breathing gas is provided for emergencies where the primary gas supply is interrupted. This is generally termed bailout gas, and may be carried in a bailout cylinder, which may be a pony cylinder, or the primary gas supply may be split and carried in two (or more) similarly sized independent primary cylinders.
- Gas mixtures optimised for accelerated decompression may be carried. Typically these gases are not suitable for breathing at maximum dive depth due to excessive oxygen fraction for the depth, so are not ideal for bailout from maximum depth.
- The bottom gas may be hypoxic and unsuitable for breathing at the surface. A travel gas may be used to transit the hypoxic range. It may be possible to use one of the decompression mixtures as a travel gas, which would reduce the number of cylinders carried.[1]
Deep open circuit technical dives may require a combination of bottom gas, travel gas and two or more different decompression gases, which poses a challenge to the diver of how to carry them all and use them correctly, as misuse of a gas in an inappropriate depth range can lead to hypoxia or oxygen toxicity, and will also affect decompression obligations.[17][2]
A fourth, logistical reason, is availability of cylinders of suitable capacity. The largest capacity cylinders in general use for scuba diving are 18 litre 232 bar steel cylinders, and they are relatively uncommon. Multiple cylinders may be chosen simply to provide sufficient capacity for the planned profile and specific gas.
Volume
Cada gas debe suministrarse en cantidad suficiente para abastecer adecuadamente al buceador durante el/los sector/es correspondiente/s de la inmersión. Esto se logra seleccionando una o varias botellas que, una vez llenas, contengan al menos la cantidad de gas requerida, incluyendo cualquier reserva y margen de contingencia pertinente, por encima de la presión mínima funcional a la profundidad donde se utilizará el gas por última vez. Deben considerarse las consecuencias de la elección de la botella en cuanto a flotabilidad y trimado, tanto por las características de flotabilidad inherentes de la botella con regulador y demás accesorios, como por el uso del contenido durante la inmersión. [ 1 ]
Material
El material y la presión nominal de las botellas influyen en la comodidad, la ergonomía y la seguridad. El control de la flotabilidad es más sencillo, estable y seguro cuando se minimiza el volumen de gas necesario para lograr la flotabilidad neutra, especialmente al final de la inmersión, durante el ascenso y la descompresión, cuando la masa total de gas es mínima. La necesidad de un gran volumen de gas en el compensador de flotabilidad durante el ascenso aumenta el riesgo de un ascenso incontrolado durante la descompresión.
Los materiales más comunes son la aleación de aluminio y el acero. Los cilindros cortos de acero de alta presión pueden tener una flotabilidad negativa considerable, mientras que los cilindros largos de aluminio pueden tener una flotabilidad cercana a la neutra cuando están llenos y ser flotantes cuando están vacíos. Los cilindros de gas de reserva con flotabilidad negativa moderada pueden reducir el peso total que lleva el buceador, por lo que puede ser ventajoso usar acero, incluso a la presión nominal más alta de 300 bar, siempre que esto no supere la flotabilidad del resto del equipo con el compensador de flotabilidad vacío. La necesidad de inflar el compensador de flotabilidad para lograr una flotabilidad neutra cuando todos los cilindros están vacíos y no se usan lastres desechables indica que la selección no es segura, ya que sería necesario desechar el gas respiratorio para recuperar la flotabilidad en caso de una falla del compensador de flotabilidad.
Las bombonas de aire que flotan cuando están llenas requieren lastres para poder manejarlas bajo el agua. Suelen ser bombonas de material compuesto reforzado con fibra, que son caras, relativamente fáciles de dañar y generalmente tienen una vida útil más corta, pero pueden ser útiles para inmersiones en las que el acceso al agua es excepcionalmente difícil, como en cuevas profundas o a gran altitud, cuando se necesitan bombonas para varias inmersiones.
Las bombonas que se vayan a soltar por etapas o a entregar a otro buceador deben tener presión negativa al soltarlas, para evitar que se alejen flotando, y deben estar cerca de la neutralidad para que la flotabilidad del buceador no cambie más de lo necesario al soltarlas. Además, debe ser posible alcanzar y mantener la flotabilidad neutral durante toda la inmersión hasta que se complete la descompresión y se consuma todo el gas respiratorio.
Variaciones de flotabilidad durante la inmersión
The diver must carry sufficient weight to remain neutral at the shallowest decompression stop until all the gas has been used. This is a severe contingency scenario, as something would have gone wrong for all the gas to have been used, but not being able to stay down to use the last of the gas when it is necessary would be even worse, and it would be pointless to carry gas that cannot be used. This requires the diver to be negatively buoyant by the total mass of gas carried at the start of the dive with an empty buoyancy compensator, so the buoyancy compensator must have sufficient volume to neutralise this excess and any further loss of buoyancy in the diving suit during the descent. Calculation of the required weight and buoyancy volume to compensate for gas use can be done if the mass of the stored gas is known. Compensation for wetsuit buoyancy loss is a bit more complex and depends on the type and thickness of neoprene and surface area of the suit, and is best determined by experiment. Dry suit buoyancy loss can, and normally should, be corrected by inflation during the descent.[1]
Calculation of the mass of gas in the cylinders
A simple method for calculating the mass of a volume of gas is to calculate its mass at STP, at which densities for gases are readily available. The mass of each component of a gas is calculated for the volume of that component, using the gas fraction for that component.
Example: Twin 12l cylinders filled with Trimix 20/30/50 to 232 bar at 20°C (293K)
Calculate volume at 1.013 bar, 0%deg;C (273K)
Of this,
The mass of the helium is a small part of the total. and density of oxygen and nitrogen are fairly similar. A reasonable approximation is to use the volume at 20 °C, ignore the mass of helium and take all nitrox and air components to be 1.3 kg/m3.
Using these approximations the estimate for the previous example is: Mass of mixture = 0.7 × 0.024m3/bar × 232 bar × 1.3 kg/m3 = 5.1 kg This method will seldom be out by as much as a kg, which is close enough for buoyancy estimates for most open circuit scuba mixes.
Calculation of density of the bottom mix
El cálculo de la densidad es bastante sencillo. La fracción de gas se multiplica por la densidad del gas libre para cada gas, se suman los resultados y luego se multiplica por la presión absoluta.
Ejemplo: Trimix 20/30/50 a 0 °C
- Oxígeno: 0,2 × 1,429 kg/m³ = 0,2858
- Helio: 0,3 × 0,1786 kg/m³ = 0,05358
- Nitrógeno: 0,5 × 1,251 kg/m³ = 0,6255
- Mezcla: 0,96488 kg/ m³
Si se va a utilizar a 50 msw, la presión absoluta se puede tomar como 6 bar, y la densidad será 6 × 0,96488 = 5,78 kg/m³ Esto es menor que el límite superior de 6,2 kg/m³ recomendado por Anthony y Mitchell, pero mayor que su límite preferido de 5,2 kg/m³ [ 8 ] .
Véase también
- Fuente de aire alternativa : suministro de gas respiratorio de emergencia para un buceador.
- Cilindro de rescate : Cilindro de suministro de gas de emergencia que lleva un buceador.
- Planificación de la inmersión : proceso de planificación de una operación de buceo.
- Regla de los tercios (buceo) : regla práctica para la gestión del gas en el buceo.
Referencias
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- Planificación de inmersiones