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CURSO DE BUCEO INTERMEDIO Prisma Chile Empresa Salmones Aguas Claras Tema : Fí Física del Buceo Relator: John Melgarejo M
Física Rama
de la ciencia que estudia los fenómenos físicos como la luz , la fuerza, la presión,óptica ,sonido y otros fenómenos causados por la naturaleza o artificialmente.
Principales Conceptos Asociados a Física del Buceo
Presión
Principio de Arquímedes Presión Atmosférica Presión Hidrostática Presión Absoluta Ley Dalton Ley Boyle Ley Charles Principio Pascal Óptica y Sonido Ley Henry
Presión
Se Expresa mediante la formula.
Pº= F/S
Es la fuerza ejercida sobre un cuerpo u objeto por unidad de superficie. Se entiende que es una fuerza que actúa sobre un cuerpo como el buzo .
Donde Pº
= Presión F= Fuerza expresada en Kilos, Libras,ATM,bar S= Superficie en CMS, metros, pies(ft)
Mezcla
de (O2,N,CO2)
Presión Atmosférica
El Peso del aire “masa” que afecta a todo cuerpo o superficie en la Tierra . Es el peso de la columna de aire que rodea a la tierra. No es siempre el mismo peso en toda la tierra. En los polos la atmósfera es mas delgada y pesa menos. En las partes altas de montañas es mas delgada y también pesa menos . En las regiones ecuatoriales pesa mas, porque es ahí donde el espesor de la atmósfera es mayor.
¿En que Unidades se Mide la Presión Atmosférica?
mm
de Hg. (se lee milímetros de mercurio) Mb ( se lee milibares) Bar Libras /Pulg.(2) ( se lee libras por pulgadas cuadradas o PSI) Kg./cm cuadrado.
¿Por Que pesa la Atmósfera? Porque es una mezcla de gases y todos tienen masa y por lo tanto un peso. La mezcla estándar conocida por el mundo científico es de: 21% de oxigeno (O2) 78% de Nitrógeno(N) 0,03% de Anhídrido carbónico (CO2) 0.97 Otros gases y contaminantes 1 litro de aire a nivel del mar pesa 1,25 gramos. La Presión a nivel del mar es de 1 ATM (se lee una atmósfera). De acuerdo a la Ley de John Dalton cada componente del aire pesa de acuerdo a su % de participación en esta mezcla y que en suma la resultante es 1 ATM. Así entonces el N= 0,78 atm , O= 0,21 atm , CO2= 0,003 atm y Otros 0.097 atm ( la suma de la presión parcial de cada gas genera una resultante de 1 ATM , a nivel del mar)
Composición del Aire
¿Qué Componente del Aire pesa Mas? Correcto
Porque de la Mezcla que componen el aire, es el Nitrógeno el gas de mayor Participación como muestra el grafico de Torta.
Un
78% Pregunta Examen: ¿cuál es la composición del aire?
Importancia en el Buceo del gas Nitrógeno En
el buceo este gas es muy importante porque se diluye en los tejidos y fluidos corporales como la sangre provocando diversos problemas que se pueden prevenir. Es el Causante del Mal de Presión BENDS y la Narcosis Nitrogena .Tema que veremos en el capitulo de enfermedades del buceo.
El buzo comienza a Acumular Nitrógeno Durante un Buceo
Oxigeno
Es el gas mas importante para el buzo (Pregunta Examen) Es necesario para la vida humana Los seres vivos los necesitamos para los procesos de respiración celular Una persona consume alrededor de 5 litros por cada inhalación. El sistema respiratorio se encarga de llevarlo a la sangre y de ahí todas las células de nuestro cuerpo.
Del 21% de O2 que inhalamos exhalamos un
16%. (Pregunta Examen)
¿Bajo el agua el buzo consume mas oxigeno? Si.
Porque el trabajo físico debido a la presión del agua y bajas temperaturas exige un mayor gasto de energía y las células requieren mayores cantidades de oxigeno. Sobre 30 Metros de Profundidad se requieren 5 veces mas oxigeno que el consumo a nivel del mar. Sabia usted que la mínima cantidad de oxigeno para sustentar la vida es de un 16% Sabia además que una persona adulta inhala diariamente 25920 “litros de aire” es decir unos 5250 Litros de puro oxigeno cada día?
El Oxigeno de la Atmósfera es ingresado por las vías respiratoria y de ahí por el Aparato Respiratorio
Presión
Hidrostática PºH
Es solo el peso de la columna de agua sobre el buzo directamente y en todas direcciones . Se ha calculado que la presión es de 1 Atm cada 10 metros. Ejemplo: Un buzo que se encuentra a 10 metros de profundidad recibe una Pº H de 1 Atm . Ejemplo Nº2. Un buzo a 20 metros recibe una PºH de 2 Atm. Ej. Nº 3: Un buzo a 27 metros recibe una Pº H de 2,7 Atm. ¿Qué presión hidrostática o manométrica recibe un buzo a 45 mts?
Correcto
4,5 Atmósferas. ¡Muy Bien!
Presión Absoluta “ata” Se obtiene al sumar 1 atmósfera al valor de presión hidrostática siempre. Esto da como resultado la presión de Trabajo del buzo.
Pº Absoluta “ata” Presión
Atmosférica =
1 Atm
+ Presión
Hidrostática = su valor “Depende de la profundidad a la cual se esta buceando”
¿Cómo saber que “ ata” recibe un buzo?
Solo debe saber que cada 10 mts la presión es de 1 atmósfera y luego sumar 1 atmósfera que corresponde al peso del aire sobre la tierra. Ej. Nº1: Si bucea a 23 metros entonces ata se obtiene: Suma Presión Agua= 2,3 Atm +1 Atm= 3,3 ata. Ej.: Nº2: Si bucea a 17 metros , entonces suma 1,7 Atm +1 Atm=2,7 ata.
Obtenga La Presión Absoluta a diferentes profundidades de trabajo: 5 Metros R: 7,8 Mts R: 19 Mts R: 23 Mts R: 31 Mts R: 46 Mts R:
Respuestas Correctas en ata y bar 1,5
ata 1,78 ata 2,9 ata 3,3 ata 4,1 ata 5,6 ata
y y y y y y
1 ,5 Bar 1,78 Bar 2,9 Bar 3,3 Bar 4,1 Bar 5,6 Bar
¿Que Instrumentos se usan para medir la Presión? La
atmosférica se mide con : Barómetros La Hidrostática se mide con: Manómetro La Estanque buzo :Manómetro La Estanque Compresor : Manómetro
Transformación de ata a Lb./P Cuadrada En
el buceo moderno es muy necesario que usted sepa transformar de una unidad a otra no solamente por teoría , sino también por que las normas lo exigen y calcular la presión que soporta bajo el agua. Para transformar Ata a Libras se procede de la siguiente forma:
Multiplique ata * 14,7 Ejemplo
Nº 1 Un buzo realiza una inmersión de observación de estado de la pecera para decidir un cambio de malla a una profundidad de 27 Mts. ¿Qué presión ata recibe en Libras? Respuesta: 3,7 * 14,7= 54,39 lb./P (cuadrada)
Ejemplo Nº 2: Un buzo realiza una inmersión a 22 mts. Formula:
ata* 14,7 Lb/P cuadrada. Entonces el resultado se obtiene de Multiplicar la ata a 22 mts por 14,7: 3,2 ata * 14,7= 47,04 lb. o Psi
Ejercicios Aprendiz Transforme de ata a lb. Para las siguientes profundidades de Trabajo de un Buzo
17 Mts 7 Mts 24 Mts 39 Mts 11 Mts 19 Mts 10 Mts
R: ------------Lb R:-------------Lb R.-------------Lb R:-------------Lb R.-------------Lb R:-------------Lb R:-------------Lb
Resultados
39,69 Lb 24,99 “ 49,98 “ 63,21 “ 72,03 “ 30,87 “ 42,63 “ 29,4 “
Calculo de Presiones Parciales P º p La ley de Dalton establece que cada gas ejerce una
presión individual que depende de su % de Participación. Para calcular la presión de cada gas a diferentes profundidades solo debe Multiplicar la ata de la profundidad de trabajo del buzo y el % de cada gas. Ejemplo Nº1: Un buzo a 27 metros recibe una Pºp de N: 3,7 * 0.78= 2,886 ata O : 3,7* 0,21 = 0.777ata CO2: 3,7* 0,003=0,0111ata
Ejercicios del Aprendiz : Obtenga las presiones parciales de cada gas (N,O,CO2) a las siguientes profundidades: 22
mts N:--- O2:----CO2:--- 30 mts N:--- O2:----CO2:--- 5 mts N:--- O2:----CO2:--- 11 mts N:--- O2:----CO2:--- 47mts N:--- O2:----CO2:--- 17mts N:--- O2:---- CO2:----
RESPUSTAS N O CO2
2,4963,121,171,6384,4462,106-
0,6720,84 0,3150,4411,1970,567-
0,0096 0,012 0,0045 0,0063 0,0171 0,0081
Cámara Hiperbarica Simulación
de Trabajo a Pº Controlado
Densidad Agua Concepto de Densidad del Agua La densidad es la relación que existe entre el Peso(masa) y el volumen de los cuerpos. Una relación siempre se da así: Valor/Valor Un Decímetro Cúbico = 1 Litro EJ: El decímetro de agua de mar = 1,025 Kg. Ej: El decímetro de agua Dulce = 1,000Kg
Poseer arnés conectado a manguera o umbilical seguro con 2 anillos para sacar al buzo si que este se deslice del interior del arnés en caso de inconsciencia. Al sacarlo con el umbilical.o Cabo de vida. Poseer un arnés adecuado que no dificulte la respiración.
ARQUÍMEDES
“Un cuerpo sumergido en agua sufrirá un empuje hacia arriba igual al peso del agua que desaloja”
Volumen = 1 litro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 Kg
9 KG
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Flotabilidad en el agua
Positiva
Neutra
Negativa
Flotabilidad La
flotabilidad es una de las habilidades mas importantes para los buzos. Existen tres tipos de flotabilidad: A) Flotabilidad Positiva B) Flotabilidad Neutra C) Flotabilidad Negativa
Principio de Pascal
Un Liquido sometido a Pº se transmite en todo el cuerpo con la Misma F en todas direcciones.
Ley de Bolyle Mariotte
A Tº Constante , el volumen de un Gas varia inversamente proporcional a la Pº, se describe en la Ecuación: V1*Pº1= V2*Pº2
Pregunta de Examen La Ley Que establece la Relación entre Presión y Volumen de un Gas es:
Ley de Boyle Mariotte a Tº Constante “Ojo”
Ley de Charles En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas: •Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye. ¿Por qué ocurre esto?
Al Aumentar la Temperatura del Gas: Las
moléculas del Gas se excitan y se mueven mas rápido y tardan menos en alcanzar las paredes de un recipiente.Esto quiere decir que el Nº de choques por unidad de Tiempo será mayor.es decir por un “instante la presión será mayor”.Por lo tanto aumentara el volumen.El embolo se desplazara hacia arriba hasta que la Pº se iguale con la del exterior.
Formula de Charles V/Tº
=K
Donde V= Volumen Donde Tº= Temperatura K= Tº Absoluta. O “cero absoluto” Ejemplo: Un gas Tiene un V=2,5 Lts a Tº=25ºC ¿cuál será su nuevo volumen si bajamos la Tº a 10ºC?
Desarrollo Primero expresamos la Tº en grados Kelvin Tº2= (10 + 273) K= 283K Tº1= (25 + 273) K= 298K Segundo sustituya los datos en la Ecuación: 2,5 Lt/298K =V2/283K. Resolviendo la ecuación: Despejando V2 obtendrá el valor para el nuevo volumen 2,37 Lts.
Pregunta Examen Física Buceo Los
valores de Tº Absoluta son Usados cuando se emplea : A) Ley Dalton “Presiones Parciales” B) Ley de Boyle “Pº y V” C) Ley de Charles D) N.A
¿La escala de Tº Absoluta Que tiene relación con los Grados Celsius (Cº) .? A)
Kelvin B) Ranquine C) Fahrenheit D) N.A
Temperatura Absoluta
Escala absoluta El descubrimiento de que la temperatura posee un valor mínimo insuperable, estimado en –273,15 ºC, propició que, en el ámbito científico, se adoptara como base de referencia de la medida de temperaturas la escala absoluta o Kelvin. Esta escala elige como valor origen el –273,15, también llamado cero absoluto, de manera que la equivalencia entre la escala absoluta y la Celsius viene dada por la expresión siguiente: La unidad de temperatura en el Sistema Internacional es el kelvin.
Tº= TºC+273.15 William Thompson: Conocido como Varón Kelvin. Planteo que las moléculas a la temperatura mas baja que pudiera existir –273,16 no tendrían movimiento ,ni perdida de energía o gasto de energía. En un estado de armonía y quietud total
Pregunta Examen :¿El cero absoluto se refiere a? A)
Punto medio del movimiento Molecular B) Inicio del Movimiento Molecular C) Cese del movimiento Molecular D) Ninguna de las Anteriores
¿Cuál es la escala de Tº absoluta que tiene relación con los grados Fahrenheit
A)Kelvin B)
Celsius C)Ranquine D)N.A Respuesta:-----------------?
Unidades de Medición Gas Los
gases en un estanque se Miden de dos aspectos: A) Volumen del Gas en Pies Cúbicos Reales B La Presión del gas en Libras ,Bar o Kg./litro
Pies Cúbicos o FT3
Un Pie es equivalente a 0,3048 Mts. Un Pie cúbico equivale a : 30,48cms*30,48cms*30,48cms= 1Ft3 Es decir 28,31Lts. Un Tanque tiene mayor peso cuando esta lleno . Un litro de aire pesa 1,25grs y 1 pie cúbico 35,4 gramos. Es decir una botella de 80Ft3 Pesa: 2,8Kg y en su interior hay 2264 Litros Es importante tener en cuenta que a medida que se consume el aire de una botella la flotabilidad se hará positiva.
Botellas de 18 y 15 Litros
Los Volúmenes de Aire se Miden en Pies Cúbicos
Transformación de Litros a Pies Ej:
El reglamento de Buceo Establece que el aire que debe recibir un buzo mariscador a 20 metros mínimo es de 115 Lt/min. Cuantos Pies cúbicos (Ft3) debe recibir el buzo? 1º sabemos que 1Ft 3 de Aire = 28,4Lt 2º Se Dividen los Litros en 28,4 3º Así: 115/28,4= 4Ft3/Min.
Calculo de Transformación de Presión de aire De Bar a Libras *Pulgada cuadrada) El
Reglamento establece que en buceo semi-autónomo liviano(Buzo Mariscador), el buzo debe recibir a 20 metros aire a una presión de 8 Bar. ¿Que presión debe suministrar el compresor de aire al buzo a 20 mts? Calculo: (8 * 14,7 Lb/Pulg.2)=117Lb/Pulg2
Calculo Autonomía de Estanques Autónomos o Emergencia ( son aquellos que no requieren mangueras desde superficie)
Formula. Nº Botellas *Volumen(Pº Manométrica- Pº Reserva) ________________________________________ Consumo * Presión Absoluta
Observaciones Importantes Los
volúmenes de botellas son los interiores La Pº de Reserva Puede variar de 50ata a 1/3 de la manométrica. El consumo varia : Tº,Edad,Sexo,Edad,Actividad, En superficie Relajada18/Litros por minuto.(1080Lt/hora), Moderada:22-24 , esforzada a Baja Tº= 28Lts/Min.
¿Qué autonomía tendrá un buzo con un estanque de
11 litros , cargado a 200ata en agua templada y buceo liviano?
Autonomía: 1*
11 * ( 200ata –50) ____________________ = 37 ` 18Lts/min.* 2,5 ata Debe Bucear un tiempo máximo de 37 minutos.
Ejercicios Calculo de Autonomía Botellas
Prof. 23 Mts 11 Mts 19 Mts 27 Mts 9 Mts 15 mts
Tipo Buceo Volumen Autonomía Liv Liv Mediano Pesado Pesado Pesado
Si Al finalizar un buceo aguas frías(Buceo pesado)a 20 mts.25 minutos,vemos que la presión manométrica es de 50 Kg/cms2.Habiendo comenzado con 200¿Podemos decir que tenemos un buen consumo de aire?
1*11*(200-50):
“X “Lt/Min*3ata= 25´ 1*11*150ata: 25min*3ata= 22Lts/min Respuesta: SI
La podemos ajustar y controlar por medio de los pulmones. Inhalamos
= flotabilidad positiva (+ v)
Exhalamos
= flotabilidad negativa (- v)
Óptica
Cuando la luz pasa de un medio a otro cuya densidad es distinta como en el caso del aire y el agua se dan los fenómenos de : A) Refracción: se produce por cambio de Velocidad Luz al pasar de un medio a otro con densidades distintas(300mil a 225mil). B) Absorción( Perdida espectral a Mayores profundidades) C) Difusión( Partículas suspensión ,afectan visibilidad) D) Reflexión:( Una parte ingresa /Angulo del Sol) disminuyendo la visibilidad durante el día.
OPTICA BAJO EL AGUA El paso de luz entre dos medios de diferente densidad presenta fenómenos de: Reflexión: Reflexión de la luz que llega a la superficie una cantidad entra y otra se refleja. Depende del ángulo del sol y condiciones de la superficie(217-35)
Angulo crítico de la reflexión de la luz : Rayo
de luz trasmitido
Rayo de luz reflejado.
R e f r a c c ió n D e s v ia c ió n q u e s u f r e u n r a y o lu m in o s o c a m b io d e V e lo c id a d d e L u z
p o r
Absorción Proceso en donde la luz es aparentemente filtrada y reducida de intensidad. Y se pierden colores a medida que el buzo desciende. Primero:colores onda larga(rojo,anaranjado Primero amarillo) Después:colores onda corta (verde y azul) Después
Perdida Espectro Luz /Profundidad
Difusión Los rayos son difundidos por las partículas suspendidas en el agua. Es más notable en aguas turbias.
ACÚSTICA BAJO EL AGUA Velocidad del sonido 4,5 veces + que en el aire. Agua = 1.500 mt/seg Aire = 340 mt/seg No se percibe la fuente de origen No bucear en zonas de alto ruido (sonares, zonas de demolición con explosivos)
Aire Buceo Semi-atonomoLiviano(Mariscador) Pº
= 115lt/min. o 4 Bar Prof. Máx.= 20 Mts Hp Motor Compresor: 5 Hp(Horse Pawer) PºManguera Compresor –Acumulador: 17 Bar o 250 Lb/Pul2 a 70ºC
Función
Sistema de Filtros
Principal : Decantar Vapor de Agua , Partículas Aceite, Polvo, retención de CO2,CO. Norma Ch 2197.of92 De calidad Aire: Oxigeno: 20-22 ppm. CH4 : 25 ppm. Aceite : 5 ppm. CO : 10 ppm
Especificaciones Estanque Acumulador
Acero Inoxidable Volumen= 90Lts. Pº Soporte = 10 Bar (150 Lb/pul2) Certificar Prueba Hidrostática 1,5 Veces su capacidad. Poseer manómetro. Válvula de Escape a Pº de 10 bar (150 Lb/pulg2) Válvula Condensado( Eliminar agua) Válvula de Corte rápido (salida)
Sistema
de Filtros
Sistemas de Acople Mangueras
Conectores
con seguros y Rápidos
Especificaciones Mangueras
Pº Mín. de Trabajo 10 Bar (150 Lb) Pº Ruptura lastre 27 bar (400Lb) Diámetro : 9 mm Interior Interior Completamente liso Prueba Anual 1,5 Veces Pº Manguera.y carga de tensión de 150 Kg. Examinar visualmente después de inmersión y/o reparación. Poseer cabo de vida 150Kg. Conexión acople rápido con hilo “Ideal”