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Un gráfico típico producido al probar el rendimiento respiratorio de un regulador de buceo.

El rendimiento respiratorio de los reguladores es una medida de la capacidad de un regulador de gas respirable para satisfacer las demandas que se le imponen a diferentes presiones y temperaturas ambientales, y bajo diferentes cargas respiratorias, para el rango de gases respirables que se puede esperar que suministre. El rendimiento es un factor importante en el diseño y selección de reguladores de respiración para cualquier aplicación, pero particularmente para el buceo submarino , ya que el rango de presiones y temperaturas ambientales de operación y la variedad de gases respirables es más amplio en esta aplicación. Un regulador de buceo es un dispositivo que reduce la alta presión en un cilindro de buceo.o manguera de suministro de superficie a la misma presión que el entorno del buceador. Es deseable que respirar con un regulador requiera poco esfuerzo incluso cuando se suministren grandes cantidades de gas respirable, ya que este es comúnmente el factor limitante para el esfuerzo bajo el agua y puede ser crítico durante emergencias de buceo. También es preferible que el gas se suministre suavemente sin ningún cambio repentino en la resistencia al inhalar o exhalar, y que el regulador no se bloquee y no suministre gas o no fluya libremente. Aunque estos factores pueden juzgarse subjetivamente, es conveniente contar con estándares mediante los cuales se puedan comparar objetivamente los diferentes tipos y fabricantes de reguladores.

Se han desarrollado y utilizado varios equipos de respiración para evaluar el rendimiento del equipo de respiración. [1] Ansti Test Systems desarrolló un sistema llave en mano que mide el esfuerzo de inhalación y exhalación al usar un regulador y produce gráficos que indican el trabajo respiratorio a la presión de profundidad establecida y el volumen minuto respiratorio para la mezcla de gas utilizada. [2] La publicación de los resultados del desempeño de los reguladores en la máquina de prueba ANSTI ha dado como resultado mejoras en el desempeño. [3]

Aplicaciones [ editar ]

El rendimiento respiratorio del regulador es relevante en todas las circunstancias en las que se utiliza un regulador de demanda para proporcionar gas respirable. En algunas de estas aplicaciones, un regulador muy básico funcionará adecuadamente. En otras aplicaciones, el desempeño del regulador puede limitar el desempeño del usuario. Un regulador de alto rendimiento para una combinación determinada de mezcla de gases y presión ambiental proporcionará un trabajo respiratorio bajo a un RMV alto.

Otro aspecto del rendimiento respiratorio es el rendimiento del regulador de demanda en agua fría, donde un caudal elevado puede provocar un enfriamiento suficiente para bloquear el mecanismo con hielo, lo que suele provocar un flujo libre severo con la consiguiente pérdida de gas respiratorio, que solo puede detenerse. cerrando la válvula del cilindro.

  • Buceo: el buceador transporta todo el gas respirable en cilindros de alta presión.
    • Buceo recreativo : aire y nitrox a presiones ambientales de hasta aproximadamente 30 msw
    • Buceo técnico : las presiones ambientales pueden superar significativamente los 30 msw
      • Gas mixto: inhalar gases que contienen helio para limitar la narcosis y el trabajo respiratorio.
      • Gas de descompresión : gases respiratorios con altas presiones parciales de oxígeno, generalmente una presión ambiental no muy alta
  • Buceo desde superficie: gas respiratorio suministrado desde la superficie a una amplia gama de profundidades
    • Circuito abierto : el gas se libera al medio ambiente y se pierde al exhalar.
    • Sistemas de recuperación de gas respirable: el gas respirable a base de helio se devuelve a la superficie para su reciclaje a través de un regulador de escape para ahorrar gas caro
  • Sistemas de respiración integrados en entornos hiperbáricos: el gas con alto contenido de oxígeno se ventila al exterior a través de un regulador de escape para evitar un alto riesgo de incendio. Generalmente no se necesita un alto rendimiento, ya que el usuario normalmente está descansando.
  • Administración de oxígeno para primeros auxilios en accidentes de buceo: alta fracción de oxígeno a presión superficial, caudal bastante bajo, pero el usuario puede lesionarse y tener dificultad para respirar.
  • Aparatos respiratorios para trabajar en atmósferas irrespirables: generalmente a presiones ambientales cercanas a la presión atmosférica normal, aire respirable. La tasa de trabajo puede ser alta pero no extrema. La respiración con presión positiva se puede utilizar en atmósferas tóxicas para reducir el riesgo de contaminación debido a fugas.
    • Aparato de respiración autónomo (SCBA) para rescate y extinción de incendios: los usuarios pueden tener que trabajar duro en condiciones difíciles, pero el rango de presión generalmente está cerca de la presión atmosférica normal. La tasa de trabajo puede ser extrema en situaciones de emergencia. Se pueden usar máscaras de presión positiva, que compensarán el gráfico de presión, pero no necesariamente aumentarán el trabajo neto de respiración.
  • Suministro de gas respirable de emergencia en submarinos (BIBS) - Condiciones de supervivencia, a presiones impredecibles.
  • Suministro de oxígeno para aeronaves sin presión: baja presión ambiental debido a la gran altitud. Suministro de aire enriquecido con oxígeno adicional. No se espera que la tasa de flujo sea muy alta

Relevancia [ editar ]

Una persona sana en reposo a la presión atmosférica superficial gasta sólo una pequeña cantidad de esfuerzo disponible en respirar. Esto puede cambiar considerablemente a medida que aumenta la densidad del gas respirable a mayor presión ambiental. Cuando la energía gastada para eliminar el dióxido de carbono produce más dióxido de carbono de lo que elimina, la persona sufrirá de hipercapnia en un ciclo de retroalimentación positiva que terminará en la inconsciencia y, finalmente, en la muerte. El trabajo respiratorio se ve afectado por la frecuencia respiratoria, el patrón respiratorio, la densidad del gas, los factores fisiológicos y los detalles de la dinámica de fluidos del aparato respiratorio, es decir, la resistencia por fricción al flujo y las diferencias de presión necesarias para abrir las válvulas y mantenerlas abiertas para que fluyan.

La densidad del gas respiratorio se puede reducir utilizando helio como componente básico, con suficiente oxígeno añadido para adaptarse a las circunstancias y retener una presión parcial suficiente para mantener la conciencia pero no tanto como para causar problemas de toxicidad por oxígeno. La resistencia a la fricción al flujo está influenciada por la forma y el tamaño de los conductos de gas y la presión, densidad, viscosidad y velocidad del gas. La presión de apertura de la válvula es un factor de diseño y configuración de los mecanismos de la válvula. El rendimiento respiratorio de los reguladores asume que la densidad del gas está especificada y mide la resistencia al flujo durante el ciclo de respiración completo con una tasa de flujo volumétrica dada como una caída de presión entre la boquilla y el ambiente exterior.

Medida [ editar ]

Trabajo de respiración [ editar ]

Artículo principal: Trabajo respiratorio

El trabajo de la respiración (WOB) es la energía gastada para inhalar y exhalar un gas respiratorio . Por lo general, se expresa como trabajo por unidad de volumen, por ejemplo, julios / litro, o como tasa de trabajo (potencia), como julios / min o unidades equivalentes, ya que no es particularmente útil sin una referencia al volumen o al tiempo. Puede calcularse en términos de la presión pulmonar multiplicada por el cambio en el volumen pulmonar, o en términos del consumo de oxígeno atribuible a la respiración. [4] [5]

El trabajo total de respiración cuando se usa un aparato respiratorio es la suma del trabajo fisiológico de la respiración y el trabajo mecánico de la respiración del aparato. En un estado de reposo normal, el trabajo fisiológico de la respiración constituye aproximadamente el 5% del consumo total de oxígeno del cuerpo. Puede aumentar considerablemente debido a enfermedades [6] o limitaciones en el flujo de gas impuestas por el aparato respiratorio, la presión ambiental o la composición del gas respiratorio.

Prueba de funcionamiento de agua fría [ editar ]

Los procedimientos de prueba en agua fría no tripulados de la Unidad Experimental de Buceo de la Marina de los EE. UU. (1994) se han utilizado como un estándar no oficial para las pruebas en agua fría por varios usuarios militares y los principales fabricantes de equipos. [7]

La norma europea de circuito abierto CE EN 250 de 1993 estableció un nivel más alto para las pruebas de buceo en circuito abierto para el rendimiento respiratorio, pruebas de agua fría, pruebas, presión, mecánicas, temperaturas de almacenamiento y pruebas de lavado de CO 2 . La norma también establece requisitos para los modos de falla y análisis de efectos , y otras cuestiones relacionadas con la fabricación, el control de calidad y la documentación. Este estándar llamó la atención sobre problemas con muchos equipos existentes y condujo a mejoras importantes en el rendimiento del regulador de circuito abierto. [7]

Las primeras pruebas realizadas por la Marina de los EE. UU. Fueron el origen de las pruebas de simulación de aparatos de respiración subacuática a fines de la década de 1970. Los sistemas de simuladores de respiración construidos por Stephen Reimers fueron comprados por el Ministerio de Defensa en el Reino Unido y por algunos fabricantes de equipos privados como Kirby Morgan Diving Systems , y ayudaron a desarrollar estándares europeos a principios de la década de 1990, pero la introducción de un sistema completo de simuladores de respiración por parte de ANSTI Test Systems Ltd en el Reino Unido hizo posible la prueba precisa del simulador de respiración que es la práctica actual. Los sistemas de simulador de respiración ANSTI computarizados hicieron posible realizar pruebas más rápidas, fáciles y precisas, y están diseñados para realizar pruebas en todas las temperaturas del agua realistas. [7]

El sistema incluye un control preciso de la humedad y la temperatura de exhalación, así como un control de la temperatura ambiental del agua de 0 a 50 ° C (32 a 122 ° F), instalaciones para el análisis de CO 2 respiración por respiración y control del punto de ajuste del rebreather de circuito cerrado y pruebas de resistencia del depurador. [7]Ni la norma EN250 ni los procedimientos de prueba no tripulados de la Marina de los EE. UU. Utilizan ningún tipo de escenario de buceo humano del mundo real como base para las pruebas, incluidas las pruebas en agua fría. El procedimiento de la Marina de los EE. UU. Ha sido probar los reguladores principalmente a una profundidad de 190 fsw (58 msw) en agua de 28 a 29 ° F (-2 a -2 ° C) a una frecuencia respiratoria muy alta de 62,5 lpm durante un mínimo de 30 minutos, con una presión de entrada a la primera etapa de 1,500 libras por pulgada cuadrada (100 bar), lo que da como resultado una temperatura de entrada promedio de la segunda etapa de alrededor de 7 ° F (−14 ° C), en comparación con un promedio de −13 ° F (−25 ° C) si se usaran 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar). [7]Los criterios de prueba de agua fría de la Marina de los EE. UU. Y los criterios de prueba de la UE EN250 se basan en si el regulador cumple con los requisitos mínimos de rendimiento respiratorio y si comienza o no un flujo libre. Muy pocos reguladores pueden pasar esta prueba porque todos los reguladores formarán hielo en la segunda etapa bajo las condiciones de prueba extremas, aunque esto puede no hacer que el regulador fluya libremente o salga de los criterios de desempeño. [7]

La prueba de agua fría especificada en EN250: 2000 tiene reguladores de buceo probados en agua a 4 ° C (39 ° F) o más fría. Los reguladores se prueban en posiciones orientadas hacia adelante y hacia abajo. La prueba comienza a (50 msw) 165 fsw y el regulador se respira a 62,5 lpm durante cinco minutos. Para pasar, el regulador debe permanecer dentro de los límites de trabajo de respiración y no debe fluir libremente. La formación de hielo no se considera siempre que el hielo no degrade el rendimiento respiratorio más allá de los requisitos mínimos de rendimiento y no fluya libremente. [7]

La prueba CE utiliza un suministro de aire que comienza a la presión más alta para la que está clasificado el regulador y se respira durante cinco minutos a 62,5 lpm utilizando una temperatura de exhalación de 28 ± 2 ° C (82,4 ± 3,6 ° F) y una humedad relativa de exhalación de no menos del 90%. [7]

Máquina ANSTI [ editar ]

El simulador de respiración ANSTI está clasificado para una presión de trabajo máxima de 100 msw. Utiliza un mecanismo de pistón para proporcionar un desplazamiento de volumen preciso y repetible con un mecanismo de transmisión de onda sinusoidal. Tiene ajustes de volumen corriente y frecuencia respiratoria ajustables que pueden proporcionar tasas de ventilación de 10 a 180 litros por minuto. [8]

Normas de la UE [ editar ]

En la Unión Europea la norma EN250: 2000 Equipos respiratorios. Aparato de buceo autónomo de circuito abierto con aire comprimido. Los requisitos, las pruebas y el marcado definen los estándares mínimos de rendimiento para "Aparatos de buceo autónomos de circuito abierto con aire comprimido", [9] y BS 8547: 2016 define los requisitos para que los reguladores de demanda se utilicen a profundidades superiores a 50 m. [10] EN 13949: 2003 - Equipo respiratorio - Aparato de buceo autónomo de circuito abierto para uso con Nitrox comprimido y oxígeno - Requisitos, pruebas, marcado define los requisitos para que los reguladores se utilicen con niveles elevados de oxígeno. [11]

La norma contiene límites sobre las presiones de inhalación y exhalación y el trabajo general de respiración. Especifica lo siguiente, en condiciones de prueba de una frecuencia respiratoria de 62,5 litros (2,2 pies cúbicos) por minuto y una presión ambiental de 6 bares (600 kPa):

  • Trabajo respiratorio: <3,0 julios por litro
  • Presión respiratoria máxima: ± 25 mbar (± 2,5 kPa) (inhalación o exhalación)
  • Trabajo respiratorio por inhalación: <0,3 julios por litro
  • Picos de presión sin trabajo respiratorio positivo medible: <10 mbar (1 kPa)
  • Picos de presión con trabajo respiratorio positivo medible: <5 mbar (0,5 kPa)

Aunque un regulador que cumpla los límites anteriores suministrará suficiente aire donde la primera etapa alimenta a una única segunda etapa, no es necesariamente capaz de suministrar suficiente aire en todas las circunstancias cuando una única primera etapa alimenta dos segundas etapas simultáneamente. [12]

Estándares relacionados [ editar ]

En Europa, EN 250: 2014 - Equipo respiratorio - Aparato de buceo autónomo de circuito abierto con aire comprimido - Requisitos, pruebas y marcado define los requisitos mínimos para el rendimiento respiratorio de los reguladores, [11] y BS 8547: 2016 define los requisitos para que los reguladores de demanda utilizarse a profundidades superiores a 50 m. [10] EN 13949: 2003 - Equipo respiratorio - Aparato de buceo autónomo de circuito abierto para uso con Nitrox comprimido y oxígeno - Requisitos, pruebas, marcado. [11] define los requisitos para que los reguladores se utilicen con niveles elevados de oxígeno.

EN 15333 - 1: 2008 COR 2009 - Equipo respiratorio - Aparato de buceo con suministro de gas comprimido umbilical de circuito abierto - Parte 1: Aparato de demanda. y EN 15333 - 2: 2009 - Equipo respiratorio - Aparato de buceo con suministro de gas comprimido umbilical de circuito abierto - Parte 2: Aparato de flujo libre. [11]

IS EN 14143: 2013 - Equipo respiratorio - Aparato autónomo de buceo con recirculación [11] define los requisitos mínimos para los rebreathers.

Ejército de EE. UU. [ Editar ]

En las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos, el estándar para los reguladores de buceo de una sola manguera era MIl-R-24169B, ahora retirado. [13] [14] [15] [16]

Ver también [ editar ]

  • Hipercapnia  : niveles anormalmente altos de dióxido de carbono en los tejidos.
  • Mecanismo de los reguladores de buceo  : cómo funcionan los mecanismos de los reguladores de buceo
  • Trabajo respiratorio  : la energía gastada para inhalar y exhalar un gas respiratorio.

Referencias [ editar ]

  1. ^ Reimers, SD (1973). "Características de rendimiento y características básicas de diseño de una máquina respiratoria para su uso a profundidades de hasta 3000 pies de agua de mar" . Informe técnico de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina de los EE. UU . NEDU-20-73 . Consultado el 12 de junio de 2008 .
  2. ^ "Estación de prueba del regulador de demanda" . Ansti Test Systems Ltd. 2003-06-19 . Consultado el 14 de septiembre de 2009 .
  3. ^ "La máquina ANSTI: evaluación de las características respiratorias de un regulador - revista de buceo" . Archivado desde el original el 9 de febrero de 2010.
  4. ^ Diccionario médico para las profesiones de la salud y enfermería. Sv "trabajo de respirar". Obtenido el 8 de septiembre de 2015 de http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/work+of+breathing
  5. ^ Diccionario médico. Sv "trabajo de respirar". Obtenido el 8 de septiembre de 2015 de http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/work+of+breathing
  6. ^ Diccionario médico de Mosby, octava edición. Sv "trabajo de respirar". Obtenido el 8 de septiembre de 2015 de http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/work+of+breathing
  7. ↑ a b c d e f g h Ward, Mike (9 de abril de 2014). Congelación del regulador de buceo: Hechos y riesgos de enfriamiento asociados con el buceo en agua fría (Informe). Panama Beach, Fl .: Dive Lab, Inc.
  8. ^ personal. "Instalación de prueba de equipos de soporte vital" (PDF) . Consultado el 18 de noviembre de 2016 .
  9. ^ ISBN 0-580-35713-9 Institución de estándares británica 
  10. ^ a b Comité PH / 4/7 (31 de marzo de 2016). BS 8547: 2016 - Equipo respiratorio. Regulador de demanda de gas respirable utilizado para bucear a profundidades superiores a 50 metros. Requisitos y métodos de prueba . Londres: Instituto Británico de Normalización. ISBN 978 0580 89213 4.
  11. ^ a b c d e Staff (agosto de 2014). "Aparato de respiración de buceo" (PDF) . Estándares de buceo . Dublín: Autoridad de Salud y Seguridad. Archivado desde el original (PDF) el 18 de noviembre de 2016 . Consultado el 18 de noviembre de 2016 .
  12. ^ Anthony, TG; Fisher, AS; Gould, RJ "HSE publica una investigación sobre el rendimiento de los reguladores 'pulpo' para el buceo" (PDF) . Informe de investigación 341 . Norwich, Reino Unido: HMSO. ISBN  0 7176 6101 6. Consultado el 18 de noviembre de 2016 .
  13. ^ Middleton, JR (1980). "Evaluación de reguladores de buceo de circuito abierto disponibles comercialmente" . Informe técnico de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina de los EE. UU . NEDU-2-80 . Consultado el 12 de junio de 2008 .
  14. ^ Morson, PD (1987). "Evaluación de reguladores de buceo de circuito abierto disponibles comercialmente" . Informe técnico de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina de los EE. UU . NEDU-8-87 . Consultado el 12 de junio de 2008 .
  15. ^ Warkander, DE (2007). "Límites de rendimiento integral para el equipo de respiración submarina de los buceadores: consecuencias de la adopción de límites centrados en el buceador" . Informe técnico de la Unidad de Buceo Experimental de la Marina de los EE. UU . NEDU-TR-07-02 . Consultado el 12 de junio de 2008 .
  16. ^ Staff (22 de febrero de 1982). "MIL-R-24169› Regulador, demanda de aire, manguera simple, Diver S " . Departamento de Defensa de Estados Unidos . Consultado el 27 de noviembre de 2016 .