Nociones de FsicaY su aplicacin al buceo

Preliminares

Cuando nuestro cuerpo se sumerge en un lquido, experimenta sustanciales variaciones de peso, volumen y presin. La razn fundamental de estas variaciones es la diferencia de densidad y, en consecuencia, de peso entre el agua y el aire.

El agua es 800 veces ms densa que el aire. Por ello veamos algunas leyes fsicas que afectan a la prctica del buceo: Presin.- Es la cantidad de fuerza por unidad de superficie. Su formula es: P (Kg/ cm2) = F / S

Presin atmosfricaPresin Atmosfrica.- El globo terrqueo est rodeado por una gran masa gaseosa denominada atmsfera, cuyo espesor se calcula en unos 100 km. La mezcla gaseosa que nos envuelve se conoce como aire atmosfrico, aunque solo dentro de los primeros 10. 000 metros es donde existen condiciones para la respiracin (Troposfera). Las diferentes capas que conforman la atmsfera se presionan entre s, producindose una progresiva comprensin sobre la corteza terrestre, y en especial a nivel del mar.De acuerdo con todo esto, definimos presin atmosfrica como el resultado del peso de la columna de aire que la atmsfera ejerce sobre la tierra y los que la habitamos. Esta presin acta en todas direcciones y equivale a nivel del mar a 1 kg/cm2 (1 Atmsfera).El aire es compresible y, en consecuencia, su peso especfico disminuye con la altura. Es decir, la presin disminuye con la altura, factor muy a tener en cuenta en la programacin de inmersiones en lagos de alta montaa.

Presin Hidrosttica o RelativaFuerza ejercida por una columna de lquido sobre una superficie, est en relacin directa con la densidad del lquido, es decir, del peso por unidad de volumen. La densidad del agua es 1 kg/dm3, el agua del mar es 1,026 kg/dm3 por las sales disueltas. No obstante, despreciaremos esa diferencia de peso.Si tomamos una columna de agua de 1 cm2 de base y 10 metros de altura su volumen ser: V = S x h = 1 cm2 x 1.000 cm = 1.000 cm3 = 1 litro Como un litro de agua pesa un kilo, tendremos que sobre la base de esa columna est actuando una fuerza de 1 kilo. Es decir, por cada 10 m de profundidad, la profundidad ejercida por la columna de agua aumenta una atmsfera. Por tanto para calcular la presin relativa, tendremos que dividir por 10 la profundidad en metros a la que se encuentra el buceador.Presin Absoluta.- Es la suma de las presiones, atmosfrica y relativa, en el punto y altitud donde efectuemos la inmersin.P abs = P atm + P relNormalmente las inmersiones suelen ser al nivel del mar, entonces sta relacin sera: P abs = 1 + P rel

Unidades de medida

1 Atmsfera es igual:10,08 (10) metros de agua salada m.c.a.760 mm Hg1 ATA1,033 Kg/cm21,013 bars101,3 kPa

LEYES DE LOS GASES

Los gases estn afectados en su comportamiento por tres factores: PresinVolumenTemperatura.

Siempre que usemos temperaturas, a los efectos de clculo, se deben tomar absolutas o en grados Kelvin, que seran los grados centgrados incrementados en 273.

Ley de Boyle-MariottePara una misma masa de gas a temperatura constante, el volumen que ocupa es inversamente proporcional a la presin ejercida, mientras que la densidad es directamente proporcional a dicha presin.

P x V = Cte. P / D = Cte.

Siendo P y V la presin y el volumen de un gas en condiciones iniciales y P' y V' la presin y el volumen en condiciones finales, se cumplir:P x V = P' x V

Suponiendo la constante 1 y aumentando la presin de 1 en 1 atmsfera, veremos como quedara la ley:1) P1 x V1 = 1 x 1 = 1 2) P2 x V2 = 2 x 0'5 = 1 3) P3 x V3 = 3 x 0'333 = 1 - - - - - - - - - - - - - - 7) P7 x V7 = 7 x 0'1428 = 1 Vemos que en variaciones relativas de presin y volumen, un descenso de 30 a 70 metros de profundidad equivale a un descenso desde la superficie a 10 metros.

Ley de Charles-Gay LussacA volumen constante, el incremento de presin de un gas, es proporcional al incremento de su temperatura. Mientras que a Presin constante, el Volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura.

P / T = Cte. P / T = P' / T' V / T = Cte. V / T = V' / T

Esta Ley afecta a los mecanismos que se utilizan, que estn sometidos a diferencias de temperatura ambiental (variaciones de presin en el llenado de botellas, presurizacin de la cmara hiperbrica, etc...).Como aplicacin de las dos Leyes nos resulta la Ecuacin General de los Gases que se expresa matemticamente de la siguiente forma:P x V P' x V------- = ---------T (K)T (K)El volumen de un gas, o suma de gases, experimenta variaciones en razn directamente proporcional a la presin que soporta.

Ley de HenryA temperatura constante y a saturacin, la cantidad de gas disuelta en un lquido es proporcional a la presin ejercida por el gas en contacto con el lquido.Una forma de comprender bien esta Ley es el ejemplo de la botella de gaseosa. La botella sin destapar tiene burbujas en su interior, parece agua pero sabemos que lleva CO2 en su interior, sin embargo no se ve, esto es debido a que el gas por efecto de la presin a la que ha sido sometido durante el llenado se ha diluido en el lquido hasta alcanzar el estado de equilibrio. Al destapar la botella, la presin disminuye por efecto de la Ley de Henry y la cantidad de gas disuelto tambin disminuye, el gas sobrante es liberado en forma de burbujas.

Cuando una persona entra en la CHIPER, su organismo se encuentra en un estado de saturacin en el ambiente atmosfrico, que es el habitual. Una vez iniciada la presurizacin, se crea un desequilibrio, lo cual obliga al lquido y a los tejidos a aumentar la tasa de gas en busca de un nuevo estado de equilibrio (saturacin).Una vez el gas est disuelto en el lquido, experimentar una presin (P) hacia el gas sin disolver, que se conoce con el nombre de tensin (T), dependiendo de los valores de la presin y de la tensin habr lugar a tres estados de disolucin: Si P > T Estado de Subsaturacin Si P = T Estado de equilibrio o Saturacin Si P < T Estado de Sobresaturacin En el estado de subsaturacin, el lquido absorbe ms gas, debido a que la presin del gas es mayor que la tensin del gas en el lquido, que en el paciente es el momento del comienzo de la presurizacin.En el estado de saturacin, el lquido ya no puede absorber ms gas a esa presin, debido a que la presin del gas es igual a la tensin de dicho gas en el seno del lquido; es la base del buceo a saturacin.En el estado de sobresaturacin, el lquido elimina gas porque la presin del gas es menor que la tensin del gas en el seno del lquido, que en el buceador y en el paciente se da en el momento del ascenso.

Ley de Henry

Principio de PascalUna presin ejercida en el seno de un fluido, dentro de un recipiente cerrado se transmite inmediatamente a todo el fluido.

Cuando un buceador o persona en interior de CHIPER respira aire o mezcla gaseosa bajo presin, recibe ste a la misma presin, en todo el organismo y de forma instantnea. Principio de Pascal

Principio de Pascal

Mezcla de gases. Ley de DaltonNormalmente en el buceo se utilizan mezclas gaseosas para respirar, la ms comnmente usada es el aire atmosfrico cuya composicin aproximada es:Nitrgeno ................... 79,00 % Oxgeno ..................... 20,79 % Anhdrido Carbnico.... 0,03 %

Todo lo concerniente a la mezcla de gases est regido por la Ley de Dalton:En una mezcla de gases, la suma de las presiones parciales de la mezcla, es igual a la presin total de la mezcla, ocupando cada gas y la mezcla los mismos volmenes. La presin parcial de cada gas en la mezcla es proporcional a la cantidad de gas, es decir, a su concentracin.P = Pp A + Pp B + Pp C + ... Pp nPp A = P * (% volumen A) / 100

Dalton

Ley de Dalton

Principio de ArqumedesTodo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del fluido desplazado.Matemticamente sera: E = Pr - PaE = Empuje ascendente Pr = Peso real Pa = Peso aparenteSegn este postulado, todo cuerpo sumergido se encuentra sometido a dos fuerzas verticales y de sentido opuesto, la del peso del cuerpo y la de oposicin del propio lquido. Cuando ambas fuerzas se igualan, se llega al Equilibrio Hidrosttico, de aqu se saca que todo cuerpo sumergido puede encontrarse en tres situaciones: Flotabilidad negativa, equilibrio hidrosttico y flotabilidad positiva. P > E Flotabilidad Negativa (nos hundimos) P = E Flotabilidad Neutra (equilibrio hidrosttico) P < E Flotabilidad Positiva (flotamos) Aclaremos el tema del peso aparente. Peso aparente ser la diferencia entre el peso real del cuerpo sumergido y el del lquido desalojado:Peso del cuerpo 10 Kg - Peso del lquido 8 Kg = Diferencia 2 kg.

Principio de Arqumedesy flotabilidad

Ley de GrahamLa velocidad de difusin de las molculas de un gas en el seno de un lquido, es inversamente proporcional a la raz cuadrada de sus masas moleculares o densidades. El gas ms difusible es el hidrgeno, por ser el de menor masa molecular.Llamamos difusin al fenmeno por el cual un gas que se encuentra en contacto con un lquido, el gas pasa al interior del lquido. Veamos la Ley de Graham matemticamente: K V dif. = -------------- P molecularK = Constante proporcionalidad En el caso del Helio y del Nitrgeno, que son dos gases de suma importancia en el buceo, la velocidad de difusin del He es 2,646 veces superior a la del NitrgenoP molecular He = 4 P molecular N = 28 K / 4 28 ------------- = -------- = 7 = 2,6457 K / 28 4

Gracias por su atencin