Aparato de respiración. Cilindros, gases y enfermedad por descompresión.
Dedicado a todos los que hayan dominado la segunda parte del ciclo en aparatos respiratorios.
En la segunda parte, hablé sobre el dispositivo de aparatos respiratorios de circuito abierto (OT). Pero no presté atención a los cilindros de estos dispositivos. Pero el nacimiento de los aparatos OC autónomos condujo precisamente a la aparición de cilindros de alta presión.
No voy a entrar en historia, Describiré solo los cilindros principales que se utilizan actualmente en DA.
1. Cilindros de acero. Presión de trabajo 200-300 atm. Fabricado en acero aleado. Siempre tienen flotabilidad negativa en el agua. Se oxidan, por tanto, exigen la integridad de la pintura exterior y la ausencia de agua en el aire atascado. Los cilindros de acero tienen la vida útil más larga. Hasta hace poco, se usaban zapatos de plástico en cilindros de acero debido al redondeo de la parte inferior para que el cilindro pudiera colocarse verticalmente en la parte inferior. Ahora hay cilindros de fondo plano.
2. Cilindros de aluminio. Presión de trabajo ~ 210 atm. Tienen el mayor peso por unidad de volumen en aire. La vida útil es ligeramente menor que la del acero. En agua, en estado vacío, tienen flotabilidad positiva (!). Sí Sí. La botella vacía flota hacia arriba. Incluso en agua dulce. El fondo suele ser plano. Se oxidan mucho. Por ello son muy aficionados a los centros de buceo y las embarcaciones de buceo. No requieren tanta atención para sí mismos como los de acero.
3. Cilindros compuestos (compuestos de metal). El compuesto en ellos es algo así como fibra de vidrio en varias capas, relleno de epoxi. Presión de trabajo 200-300 atm. Tienen el peso más bajo por unidad de volumen. Totalmente compuesto no se oxida. En absoluto. Los compuestos metálicos tienen una bombilla de acero de pared delgada en el interior y un compuesto en el exterior. Cuando el agua entra, el acero se corroe en consecuencia. Tienen la vida útil más corta (5 años en la Federación de Rusia). No están sujetos a pruebas de presión (hidrotest). Estos cilindros se utilizan principalmente para trabajos en el aire.
En general, ahora al menos el Ministerio de Situaciones de Emergencia ha abandonado por completo los dispositivos de circuito cerrado. Aunque la compra de rebreathers ECCR está prevista para trabajos en aguas profundas. Además, está fabricado en Rusia. En el buceo, estos compuestos rara vez se utilizan debido a su alta flotabilidad. Tienen un gran plus: cuando el globo explota, no dan fragmentos. Pero temen los daños mecánicos.
Sí, unas palabras sobre la prueba de agua o, como se le llama, prueba de presión.
La válvula se desenrosca del globo, se enrosca un accesorio en su lugar, el globo se llena de líquido y se coloca en un baño de agua. Luego se aplica una presión al cilindro, generalmente 1,5 veces la presión de funcionamiento. Es decir, se inyectan 300 atm en un cilindro con una presión de trabajo de 450 atm. En este caso, el cambio de volumen se mide (por la cantidad de líquido que ha llenado el cilindro al aumentar la presión).
Existen normas para el aumento de volumen. Si se excede la norma o se produce la destrucción, el cilindro se desecha.
El líquido se utiliza debido a su incompresibilidad práctica. Después de todo, si el cilindro se derrumba con el gas adentro, habrá un gran auge. Y con líquido, simplemente se agrietará. Por cierto, los cilindros de gas domésticos (que son de propano-butano) también deben someterse a una prueba hidráulica, pero por lo general “martillan” todo en ellos.
Por cierto, tal vez a alguien le interese la pregunta de por qué, por ejemplo, no se utilizan cilindros de 400 atmósferas, aunque realmente existen.
En primer lugar, un compresor de 400 atm es bastante complicado, caro y voluminoso.
En segundo lugar, no se deben olvidar las fuerzas de van der Waals. Es entonces cuando un gas a alta presión comienza a adquirir las propiedades de un líquido. Y si a 200 atm estas fuerzas son prácticamente invisibles, entonces, por ejemplo, a 300 atm ya será alrededor del 10%, y a 400 - ya alrededor del 18%.
Es decir, teniendo una botella de 10 litros llena hasta 200 atm, tenemos 2 litros de gas, a 000 atm - 300 2 litros, ya 810 atm en la misma botella habrá 400 3 litros. Bueno, todos los accesorios de alta presión en las cajas de cambios deberán rehacerse decentemente.
Eso es todo, terminó con los OT.
Pero antes de pasar al ciclo cerrado, me permitiré divagar un poco y recordar las razones para usar y mejorar estos dispositivos bastante complicados y costosos.
CST
Como ya dije en la primera parte de la revisión, para que una persona respire, es necesario asegurarse de que una cierta cantidad de gas circule por los pulmones. El gas a los pulmones debe suministrarse a una presión igual a la presión ambiental más 1 atmósfera. Y si el buceador se ha sumergido, digamos, 30 metros bajo el agua, entonces el aparato respiratorio OTs suministrará gas a sus pulmones a una presión de 4 ata (no se olvide de +1 ata en la superficie, sí).
¿Qué le pasará al cuerpo del buceador al respirar gas con una presión elevada?
Y habrá una sobresaturación del cuerpo con gas. Después de todo, no es un secreto para nadie que el cuerpo humano se compone principalmente de agua, y la saturación de un líquido con un gas es directamente proporcional a la presión a la que se produce esta saturación.
Por supuesto, el proceso de saturación no ocurre rápidamente. El exceso de presión del gas inhalado se transmite a través de los alvéolos a la sangre. La sangre sobresaturada, que circula por el cuerpo, satura otros tejidos. Además, los estudios han demostrado que los diferentes tejidos se saturan de diferentes maneras.
Tejidos rápidamente saturados: sangre, piel, tejido adiposo. Tejidos lentos: hueso, conectivo. Los algoritmos de descompresión modernos utilizan hasta 16 tipos de tejidos. El proceso de aumento de la presión externa, la compresión, puede ocurrir con bastante rapidez. Esto no causa ninguna consecuencia desagradable para el cuerpo.
Pero el proceso inverso, la descompresión, ya no puede ocurrir tan rápido como la compresión.
Aquí es donde entra en juego la comparación del proceso de descompresión con una botella de refresco. Al reducir drásticamente la presión externa, provocamos la liberación del gas disuelto del líquido. En forma de burbujas.
Probablemente, nadie necesita explicar qué está plagado de la formación de burbujas de gas en el torrente sanguíneo.
Coágulos de sangre. Los trombos obstruyen los vasos sanguíneos, al principio pequeños, luego cada vez más grandes, hasta que llegan a los vasos que van hacia / desde el corazón. La muerte se acerca.
Hay consecuencias menos fatales de la EDC. Por ejemplo, deformación de varios tejidos, digamos cartilaginosos, debido a la formación de burbujas en estos tejidos. Y el síntoma más desagradable de la EDC es el dolor causado por la presión de las burbujas de gas que se forman en los tejidos de las terminaciones nerviosas. Además, estas sensaciones dolorosas son muy fuertes.
Para evitar la aparición de DCS, se desarrollaron tablas de descompresión y, más tarde, con la llegada de las computadoras, algoritmos de descompresión. Estas tablas indicaban la profundidad (presión) y la hora a la que el buceador debía detenerse allí antes de salir a la superficie.
En las mismas tablas se tuvo en cuenta la mezcla de gases. De hecho, si se utiliza una mezcla con un contenido de oxígeno aumentado, hasta el 100%, para realizar los procedimientos de descompresión, el tiempo de descompresión se reduce. Y esto sucede porque el oxígeno, a diferencia de los gases inertes, es absorbido parcialmente por el cuerpo para sus procesos metabólicos.
Este es un fragmento de las tablas de descompresión del PVS de la Marina en la edición de 2002. Preste atención a la segunda línea (10 minutos de tiempo de fondo). Cuando se usa aire como gas de descompresión, el tiempo de descompresión es de 2 horas 27 minutos, en el caso de usar oxígeno, este tiempo será de 1 hora 26 minutos. Aquí también puede observar la profundidad del comienzo de la respiración de oxígeno: es de 10 metros. Es decir, la presión parcial de oxígeno a esta profundidad será de 2 ata, lo que es peligroso según las normas del buceo amateur.
También debe tenerse en cuenta que no hay límites de descompresión.
Estos son valores de presión / tiempo en los que un buceador puede rápidamente (sin observar procedimientos de descompresión) pasar a respirar a una presión de 1 ata sin consecuencias para el cuerpo.
Este es un perfil de una inmersión real a una profundidad de 100 m en un entorno alpino (800 m sobre el nivel del mar). La curva negra es la profundidad, la curva roja es las obligaciones de descompresión, la verde es la temperatura del agua. Gases: KAGS 13/63; CAS 41; oxígeno. El límite de no descompresión es claramente visible, este es el segmento cero de la línea roja
Efecto tóxico de los gases a presión elevada.
Parecería que todo es sencillo: respiramos oxígeno puro y conseguimos el mínimo tiempo de descompresión.
Pero resulta que no todo es tan bueno como parece.
En los albores del desarrollo del buceo, en experimentos con la respiración de oxígeno bajo presión excesiva, los probadores notaron cambios desagradables en la condición de los sujetos. Entonces, cuando se alcanzaron algunos valores de presión, los buzos comenzaron a tener calambres musculares hasta una pérdida completa del control sobre las funciones motoras. También se observó el efecto negativo del oxígeno sobre la eficiencia del intercambio de gases en los pulmones. Es decir, con una exposición prolongada a una mayor presión parcial de oxígeno en los alvéolos, perdieron parcialmente sus capacidades de intercambio de gases.
Se estableció experimentalmente un valor seguro de la presión parcial de oxígeno en la mezcla respiratoria. Entonces, para una exposición larga, este valor es 1,4 ata, para una corta - 1,6 ata.
También resultó que bajo exceso de presión, un gas inerte nitrógeno causa el llamado. "Narcosis por nitrógeno", similar en sintomatología a los efectos del alcohol. Inhibición de la reacción, valoración inadecuada de la situación.
Probablemente no valga la pena decir cómo puede resultar esto para un buceador.
Una presión parcial de nitrógeno de ~ 3 ata se considera segura.
Al mismo tiempo, quiero señalar que los valores de las presiones límite tanto de oxígeno como de nitrógeno pueden variar en función de las organizaciones que las regulan.
Por ejemplo, en las Fuerzas Armadas de Rusia, se considera permisible un valor de 3 ata para respirar con oxígeno al 100 por ciento. Un valor de PPO2 tan alto no se encuentra en ningún otro lugar del mundo, aparentemente, nuestros buceadores tienen algún tipo de organismo especial.
Entonces, para reducir el contenido de oxígeno y nitrógeno en la mezcla de respiración, comenzaron a usar helio. El helio prácticamente carece tanto del efecto de la anestesia como del efecto tóxico en el cuerpo. Las mezclas respiratorias de nitrógeno, helio y oxígeno se denominan KAGS (trimixes), a partir de oxígeno y helio - KGS (helioxes).
Al calcular la composición de la mezcla para respirar, el porcentaje de oxígeno y nitrógeno que contiene generalmente se convierte en el máximo permitido, según las condiciones de buceo, por supuesto. Se usa oxígeno para acortar el tiempo de descompresión y se usa nitrógeno porque el helio es caro.
En Rusia, el helio es relativamente barato debido a la forma en que se extrae. Pero en el exterior el precio rondaba los 7 céntimos el litro (hace cuatro años, Egipto). Es decir, el costo del gas en un par de 2x15x200 con una mezcla de 12% de O2, 70% de He y 18% de N2 sería de aproximadamente $ 300.
Además, la mayor parte de este gas simplemente se arrojará, porque durante la respiración, una persona bombea de 10 a 50 litros de gas a través de los pulmones. ¿Por qué hay tanta diferencia ?, te preguntarás. Y se trata de la fisiología y el estado del cuerpo. Cuanto mayor sea el volumen de los pulmones y la masa muscular, mayor será el consumo. Por ejemplo, las niñas agraciadas, volumen pulmonar pequeño y masa muscular pequeña, el consumo de gas suele ser muy bajo, en hombres desarrollados físicamente con pulmones grandes, por el contrario. Bueno, el consumo de gas en reposo puede ser 5-6 veces menor que en un estado de estrés. El trabajo físico también conduce a un mayor consumo de gas respiratorio, pero no tanto como durante el estrés.
Son precisamente los problemas de ahorrar costosas mezclas respiratorias lo que ha llevado a la aparición (o desarrollo) de aparatos para un ciclo de respiración cerrado: rebreathers. Aunque, estrictamente hablando, los rebreathers fueron el primer aparato respiratorio autónomo.
Y hablaré sobre el diseño y los tipos de respiradores en la siguiente parte.
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