Presión - Emagister

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”