CURSO DE CURSO DE BUCEO BUCEO

INTERMEDIO INTERMEDIO Prisma Chile Prisma Chile

Empresa Empresa Salmones Aguas Salmones Aguas

Claras Claras Tema : FTema : Fíísica del Buceosica del Buceo

Relator: John Melgarejo MRelator: John Melgarejo M

FFíísicasica� 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 Principales Conceptos Asociados a FAsociados a Fíísica del Buceosica 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

PresiPresióónn� 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 .

� Se Expresa mediante la formula.

� Pº= F/S

DondeDonde

� Pº = Presión

� F= Fuerza expresada en Kilos, Libras,ATM,bar

� S= Superficie en CMS, metros, pies(ft)

�Mezcla de (O2,N,CO2)

PresiPresióón Atmosfn Atmosfééricarica� 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 En que Unidades se Mide la PresiPresióón Atmosfn Atmosféérica?rica?

� 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 Por Que pesa la AtmAtmóósfera?sfera?

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)

ComposiciComposicióón del Airen del Aire

¿¿QuQuéé Componente del Aire Componente del Aire pesa Mas?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 Importancia en el Buceo del gas Nitrgas Nitróógenogeno

� 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 NitrEl buzo comienza a Acumular Nitróógeno geno Durante un BuceoDurante un Buceo

OxigenoOxigeno

� 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 Bajo el agua el buzo consume mas oxigeno?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 AtmEl Oxigeno de la Atmóósfera es ingresado por las vsfera es ingresado por las víías as respiratoria y de ahrespiratoria y de ahíí por el Aparato Respiratoriopor el Aparato Respiratorio

PresiPresióónn HidrostHidrostááticaticaPPººHH

� 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?

CorrectoCorrecto

4,5 Atmósferas.

¡Muy Bien!

PresiPresióón Absolutan Absoluta““ataata””

Se obtiene al sumar 1 atmósfera al valor de presión hidrostática siempre. Esto da como resultado la presión de

Trabajo del buzo.

PPºº Absoluta Absoluta ““ataata””

� Presión Atmosférica = 1 Atm

+

� Presión Hidrostática = su valor “Depende de la profundidad a la cual se esta buceando”

¿¿CCóómo saber que mo saber que ““ ataata””recibe un buzo?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 PresiObtenga La Presióón Absoluta a n Absoluta a diferentes profundidades de trabajo: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 Respuestas Correctas en ata y bary bar

� 1,5 ata y 1 ,5 Bar

� 1,78 ata y 1,78 Bar

� 2,9 ata y 2,9 Bar

� 3,3 ata y 3,3 Bar

� 4,1 ata y 4,1 Bar

� 5,6 ata y 5,6 Bar

¿¿Que Instrumentos se usan para medir Que Instrumentos se usan para medir la Presila Presióón?n?

� La atmosférica se mide con : Barómetros

� La Hidrostática se mide con: Manómetro

� La Estanque buzo :Manómetro

� La Estanque Compresor : Manómetro

TransformaciTransformacióón de ata a n de ata a Lb./P CuadradaLb./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 * 14,7Multiplique 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 NEjemplo Nºº 2: Un buzo realiza una 2: Un buzo realiza una

inmersiinmersióón a 22 mtsn 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 AprendizEjercicios AprendizTransforme de ata a lb. Para las Transforme de ata a lb. Para las

siguientes profundidades de Trabajo de siguientes profundidades de Trabajo de un Buzoun Buzo

� 17 Mts R: ------------Lb� 7 Mts R:-------------Lb� 24 Mts R.-------------Lb� 39 Mts R:-------------Lb� 11 Mts R.-------------Lb� 19 Mts R:-------------Lb� 10 Mts R:-------------Lb

ResultadosResultados

� 39,69 Lb

� 24,99 “

� 49,98 “

� 63,21 “

� 72,03 “

� 30,87 “

� 42,63 “

� 29,4 “

Calculo de Presiones Calculo de Presiones ParcialesParciales

PPººpp� 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 Ejercicios del Aprendiz : Obtenga las presiones parciales de cada gas (N,O,CO2) a las parciales de cada gas (N,O,CO2) a las

siguientes profundidades: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:----

RESPUSTASRESPUSTASN O CO2N O CO2

� 2,496- 0,672- 0,0096

� 3,12- 0,84 - 0,012

� 1,17- 0,315- 0,0045

� 1,638- 0,441- 0,0063

� 4,446- 1,197- 0,0171

� 2,106- 0,567- 0,0081

CCáámara Hiperbaricamara Hiperbarica

� Simulación de Trabajo a Pº Controlado

Densidad AguaDensidad Agua� Concepto de Densidad del AguaLa densidad es la relación que existe entre el Peso(masa) y el volumen de los cuerpos.

Una relación siempre se da así: Valor/ValorUn Decímetro Cúbico = 1 LitroEJ: 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”

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 10 Kg

1

2

3

4

5

6

7

8

9

109 KG

Volumen = 1 litro

Flotabilidad en el agua

Positiva

Neutra

Negativa

FlotabilidadFlotabilidad

� 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 PascalPrincipio de PascalUn Liquido sometido a PUn Liquido sometido a Pºº se transmite en todo el cuerpo con la se transmite en todo el cuerpo con la

Misma F en todas direcciones.Misma F en todas direcciones.

Ley deLey de BolyleBolyle MariotteMariotteA TA Tºº Constante , el volumen de un Gas varia inversamente Constante , el volumen de un Gas varia inversamente

proporcional a la Pproporcional a la Pºº, se describe en la Ecuaci, se describe en la Ecuacióón: V1*Pn: V1*Pºº1= V2*P1= V2*Pºº22

Pregunta de ExamenPregunta de ExamenLa Ley Que establece la RelaciLa Ley Que establece la Relacióón n

entre entre PresiPresióónn y y VolumenVolumen de un Gas de un Gas es:es:

Ley de Boyle Mariotte a Tº

Constante “Ojo”

Ley de CharlesLey 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 Al Aumentar la Temperatura del Gas: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 CharlesFormula de Charles

� V/Tº = KDonde V= VolumenDonde Tº= TemperaturaK= 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?

DesarrolloDesarrollo

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 FPregunta Examen Fíísica sica BuceoBuceo

� 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 TLa escala de Tºº Absoluta Que tiene relaciAbsoluta Que tiene relacióón n con los Grados Celsius (Ccon los Grados Celsius (Cºº) .?) .?

� A) Kelvin

� B) Ranquine

� C) Fahrenheit

� D) N.A

Temperatura AbsolutaTemperatura 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 :Pregunta Examen :¿¿El cero absoluto se El cero absoluto se refiere a?refiere a?

� A) Punto medio del movimiento Molecular

� B) Inicio del Movimiento Molecular

� C) Cese del movimiento Molecular

� D) Ninguna de las Anteriores

¿¿CuCuáál es la escala de Tl es la escala de Tºº absoluta que tiene absoluta que tiene relacirelacióón con los grados Fahrenheitn con los grados Fahrenheit

� A)Kelvin

� B) Celsius

� C)Ranquine

� D)N.A

� Respuesta:-----------------?

Unidades de MediciUnidades de Medicióón Gasn 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 CPies Cúúbicos o FT3bicos 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 LitrosBotellas de 18 y 15 Litros

Los VolLos Volúúmenes de Aire se menes de Aire se Miden en Pies CMiden en Pies Cúúbicosbicos

TransformaciTransformacióón de Litros a n de Litros a PiesPies

� 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 TransformaciCalculo de Transformacióón de Presin de Presióón de aire n de aire De Bar a Libras *Pulgada cuadrada)De Bar a Libras *Pulgada cuadrada)

� El Reglamento establece que en buceosemi-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 AutonomCalculo Autonomíía de Estanques Auta de Estanques Autóónomos o nomos o Emergencia ( son aquellos que no requieren Emergencia ( son aquellos que no requieren

mangueras desde superficie)mangueras desde superficie)

�Formula.Nº Botellas *Volumen(Pº Manométrica- Pº Reserva)

________________________________________

Consumo * Presión Absoluta

Observaciones ImportantesObservaciones 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.

¿¿QuQuéé autonomautonomíía tendra tendráá un buzo con un estanque de un buzo con un estanque de 11 litros , cargado a 200ata en agua templada y buceo 11 litros , cargado a 200ata en agua templada y buceo

liviano?liviano?

� Autonomía:

� 1* 11 * ( 200ata –50)

____________________ = 37 `

18Lts/min.* 2,5 ata

Debe Bucear un tiempo máximo de 37 minutos.

Ejercicios Calculo de AutonomEjercicios Calculo de Autonomíía Botellasa Botellas

Prof. Tipo Buceo Volumen Autonomía

23 Mts Liv

11 Mts Liv

19 Mts Mediano

27 Mts Pesado

9 Mts Pesado

15 mts Pesado

Si Al finalizar un buceo aguas frSi Al finalizar un buceo aguas fríías(Buceo pesado)a 20 as(Buceo pesado)a 20 mts.25 minutos,vemos que la presimts.25 minutos,vemos que la presióón manomn manoméétrica es trica es

de 50 de 50 KgKg/cms2.Habiendo comenzado con /cms2.Habiendo comenzado con 200200¿¿Podemos decir que tenemos un buen consumo de Podemos decir que tenemos un buen consumo de

aire?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)

ÓÓptica ptica

� 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 AGUAOPTICA BAJO EL AGUA

El paso de luz entre dos medios de diferente densidad presenta fenómenos de:

�� ReflexiónReflexión: 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(2-17-35)

Angulo crítico de la reflexión Angulo crítico de la reflexión de la luzde la luz::

�Rayo de luz trasmitido

� Rayo de luz reflejado.

R e f r a c c i ó nR e f r a c c i ó n

D e s v i a c i ó n q u e s u f r e u n r a y o l u m i n o s o p o r c a m b i o d e V e l o c i d a d d e L u z

AbsorciónAbsorción

Proceso en donde la luz es aparentemente filtrada y reducida de intensidad. Y se pierden colores a

medida que el buzo desciende.

�� PrimeroPrimero:colores onda larga(rojo,anaranjado

amarillo)

�� DespuésDespués:colores onda corta (verde y azul)

Perdida Espectro Luz Perdida Espectro Luz /Profundidad/Profundidad

DifusiónDifusión

Los rayos son difundidos por las partículas suspendidas en el agua. Es más notable en aguas

turbias.

ACACÚÚSTICA BAJO EL AGUASTICA 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 Aire Buceo SemiSemi--atonomoatonomo--Liviano(Liviano(Mariscador)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

Sistema de FiltrosSistema de Filtros� Función 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 AcumuladorEspecificaciones 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 Sistemas de Acople ManguerasMangueras

� Conectores con seguros y Rápidos

Especificaciones ManguerasEspecificaciones 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”