Buceo con rebreather

Para la construcción y diseño de rebreathers, vea Rebreathers .

Buceo submarino utilizando un aparato autónomo de reciclaje de gas respirable

2.o Batallón de reconocimiento entrenando buzos de combate con el rebreather Draeger LAR V

El buceo con rebreather es el buceo bajo el agua con rebreathers , que recirculan el gas respirable que ya usa el buceador después de reemplazar el oxígeno usado por el buceador y eliminar el producto metabólico de dióxido de carbono . El buceo con rebreather es utilizado por buzos recreativos, militares y científicos en aplicaciones en las que tiene ventajas sobre el buceo en circuito abierto y el suministro de gas respirable en la superficie es impracticable. Las principales ventajas del buceo con rebreather son una mayor resistencia al gas y la falta de burbujas.

Los rebreathers se usan generalmente para aplicaciones de buceo , pero también se usan ocasionalmente para sistemas de rescate para buceo desde superficie . Los sistemas de recuperación de gas utilizados para el buceo profundo con heliox utilizan una tecnología similar a los rebreathers, al igual que los sistemas de soporte de vida de buceo de saturación , pero en estas aplicaciones el buzo no lleva el equipo de reciclaje de gas. Los trajes de buceo atmosférico también utilizan tecnología de rebreather para reciclar el gas respirable, pero este artículo cubre la tecnología, los peligros y los procedimientos de los rebreathers a presión ambiental que lleva el buceador.

Los rebreathers son más complejos de usar que los de circuito abierto y tienen más puntos potenciales de falla , por lo que un uso aceptablemente seguro requiere un mayor nivel de habilidad, atención y conciencia de la situación, que generalmente se deriva de la comprensión de los sistemas, el mantenimiento diligente y el sobreaprendizaje de los aspectos prácticos. habilidades de operación y recuperación de fallas . El diseño tolerante a fallas puede hacer que un rebreather sea menos propenso a fallar de una manera que pone inmediatamente en peligro al usuario y reduce la carga de tareas en el buceador, lo que a su vez puede reducir el riesgo de error del operador.

Comparación con circuito abierto

Principio básico

A poca profundidad, un buceador que usa un aparato de respiración de circuito abierto generalmente solo usa aproximadamente una cuarta parte del oxígeno en el aire que se inhala, que es aproximadamente del 4 al 5% del volumen inspirado. El oxígeno restante se exhala junto con el nitrógeno y el dióxido de carbono, aproximadamente el 95% del volumen. A medida que el buceador profundiza, se utiliza prácticamente la misma masa de oxígeno, lo que representa una fracción cada vez más pequeña del gas inhalado. Dado que solo se consume una pequeña parte del oxígeno y prácticamente nada del gas inerte, cada respiración exhalada de un equipo de buceo de circuito abierto representa al menos el 95% del volumen de gas potencialmente útil desperdiciado, que debe reemplazarse con el suministro de gas respirable. . ^[1]

Un rebreather recircula el gas exhalado para su reutilización y no lo descarga inmediatamente a los alrededores. ^{[2] [3]} El gas inerte y el oxígeno no utilizado se mantienen para su reutilización, y el rebreather agrega gas para reemplazar el oxígeno que se consumió y elimina el dióxido de carbono. ^[2]Por lo tanto, el gas en el circuito del rebreather permanece respirable y mantiene la vida y el buzo solo necesita transportar una fracción del gas que se necesitaría para un sistema de circuito abierto. El ahorro es proporcional a la presión ambiental, por lo que es mayor para inmersiones más profundas, y es particularmente significativo cuando se utilizan mezclas caras que contienen helio como diluyente de gas inerte. El rebreather también agrega gas para compensar la compresión cuando aumenta la profundidad y ventila el gas para evitar la sobreexpansión cuando la profundidad disminuye. ^[1]

Ventajas

Buzos de eliminación de artefactos explosivos (EOD) de la Marina de los EE. UU.

Ventajas de eficiencia

La principal ventaja del rebreather sobre el equipo de respiración de circuito abierto es el uso económico de gas. Con el buceo de circuito abierto, la respiración completa se expulsa al agua circundante cuando el buzo exhala. Una respiración inhalada de un sistema de buceo de circuito abierto con cilindros llenos de aire comprimido contiene aproximadamente un 21% ^{[4] de} oxígeno. Cuando ese aliento se exhala de regreso al ambiente circundante, tiene un nivel de oxígeno en el rango de 15 a 16% cuando el buceador está a presión atmosférica. ^[4] Esto deja la utilización de oxígeno disponible en aproximadamente un 25%; el 75% restante se pierde. Como el 79% restante del gas respirable (principalmente nitrógeno ) es inerte, el buceador en circuito abierto solo usa alrededor del 5% del contenido de los cilindros.

En profundidad, la ventaja de un rebreather es aún más marcada. La tasa metabólica del buceador es independiente de la presión ambiental (es decir, la profundidad) y, por lo tanto, la tasa de consumo de oxígeno no cambia con la profundidad. La producción de dióxido de carbono tampoco cambia ya que también depende de la tasa metabólica. Esta es una marcada diferencia con el circuito abierto donde la cantidad de gas consumido aumenta a medida que aumenta la profundidad, ya que la densidad del gas inhalado aumenta con la presión y el volumen de una respiración permanece casi sin cambios.

Ventajas de viabilidad

Las inmersiones largas o profundas con equipo de buceo de circuito abierto pueden no ser factibles, ya que existen límites en la cantidad y el peso de los cilindros de buceo que el buceador puede llevar. La economía del consumo de gas también es útil cuando la mezcla de gases que se respira contiene gases costosos, como el helio . En uso normal a profundidad constante, solo se consume oxígeno: se pierden pequeños volúmenes de gases inertes durante cualquier inmersión, debido principalmente a la ventilación del gas en el ascenso. Por ejemplo, un buceador con rebreather de circuito cerrado no consume más gas diluyente después de alcanzar la profundidad total de la inmersión. En el ascenso, no se agrega diluyente, pero la mayor parte del gas en el circuito se pierde a medida que se expande y se ventila. Una cantidad muy pequeña de trimixpor lo tanto, podría durar muchas inmersiones. No es raro que un cilindro de diluyente de 3 litros (19 pies cúbicos de capacidad nominal ) dure ocho inmersiones de 40 m (130 pies). ^{[ cita requerida ]}

Otras ventajas

• Excepto en el ascenso, los rebreathers de circuito cerrado no producen burbujas y no hacen ruido de burbujas y mucho menos silbido de gas, a diferencia del buceo de circuito abierto ; ^[4] esto puede ocultar a los buzos militares y permitir que los buceadores dedicados a la biología marina y la fotografía submarina eviten alarmar a los animales marinos y, por lo tanto, se acerquen a ellos. ^[5]
• Esta falta de burbujas permite que los buzos de naufragios ingresen a áreas cerradas en barcos hundidos sin llenarlos lentamente con aire, lo que puede acelerar la oxidación, y también es una ventaja en el buceo en cuevas si hay material suelto en el techo que puede desprenderse por burbujas, lo que reduce visibilidad.
• El rebreather de circuito completamente cerrado se puede utilizar para optimizar la proporción de gases inertes en la mezcla de respiración y, por lo tanto, minimizar los requisitos de descompresión del buceador, manteniendo una presión parcial de oxígeno (ppO ₂ ) relativamente alta y casi constante en todas las profundidades.
• El gas de respiración en un rebreather es más cálido y húmedo que el gas seco y frío del equipo de circuito abierto, lo que hace que sea más cómodo respirar en inmersiones largas y provoca menos deshidratación y enfriamiento del buceador.
• Muchos rebreathers tienen un sistema de sensores de oxígeno, que permiten al buceador o un circuito de control ajustar la presión parcial de oxígeno. Esto puede ofrecer una ventaja dramática al final de inmersiones más profundas, donde un buceador puede aumentar la presión parcial de oxígeno durante la descompresión, lo que permite tiempos de descompresión más cortos. Se debe tener cuidado de que la presión parcial de oxígeno no se ajuste a un nivel en el que pueda volverse tóxico. Las investigaciones han demostrado que una presión parcial de oxígeno de 1,6 bar puede producir síntomas de toxicidad aguda con una exposición prolongada. ^[6]
• La pérdida de masa durante la inmersión se reduce a medida que se utiliza una cantidad mucho menor de gas, por lo que la flotabilidad no varía mucho a medida que avanza la inmersión y se necesita menos peso de lastre para compensar el uso de gas.

Desventajas

En comparación con el equipo de buceo de circuito abierto, los rebreathers tienen algunas desventajas, que incluyen el costo, la complejidad de la operación y el mantenimiento, y caminos más críticos para fallar. Un rebreather que funciona mal puede suministrar una mezcla de gases que contiene muy poco oxígeno para mantener la vida, demasiado oxígeno que puede causar convulsiones o puede permitir que el dióxido de carbono se acumule a niveles peligrosos. Algunos diseñadores de rebreather intentan resolver estos problemas monitoreando el sistema con electrónica, sensores y sistemas de alarma. Estos son costosos y susceptibles a fallas, configuración incorrecta y uso indebido. ^[7]

• Los rebreathers de oxígeno (circuito cerrado simple) están limitados a un rango de profundidad superficial de aproximadamente 6 m, más allá del cual el riesgo de toxicidad aguda por oxígeno aumenta a niveles inaceptables muy rápidamente.
• Los rebreathers de circuito semicerrado son menos eficientes que los de circuito cerrado y son más complejos mecánicamente que los rebreathers de oxígeno o de buceo de circuito abierto.
• Los rebreathers de circuito cerrado son aún más complejos mecánicamente y generalmente dependen de instrumentos electrónicos y sistemas de control para monitorear y mantener una mezcla segura de gas respirable. Esto los hace más costosos de producir, más complejos de mantener y probar, y sensibles a mojar sus circuitos.
• Dependiendo de la complejidad del rebreather, hay más modos de falla que para el buceo en circuito abierto, y varios de estos modos de falla no son fácilmente reconocidos por el buceador sin la intervención tecnológica.

Una desventaja importante de un rebreather es que, debido a una falla, el gas puede seguir estando disponible para respirar, pero la mezcla proporcionada puede no mantener la conciencia y esto puede no ser evidente para el usuario. Con circuito abierto, este tipo de falla solo puede ocurrir si el buzo selecciona un gas inadecuado, y el tipo más común de falla de circuito abierto, la falta de suministro de gas, es inmediatamente obvio, y los pasos correctivos como cambiar a un suministro alternativo serían inmediatamente obvios. tomado inmediatamente.

El requisito de rescate del buceo con rebreather a veces también puede requerir que un buzo con rebreather lleve casi la misma cantidad de cilindros que un buzo de circuito abierto para que el buceador pueda completar las paradas de descompresión necesarias si el rebreather falla por completo. ^[8] Algunos buceadores con rebreather prefieren no llevar suficiente rescate para un circuito abierto de respiración de ascenso seguro, sino que confían en el rebreather, creyendo que una falla irrecuperable del rebreather es muy poco probable. Esta práctica se conoce como alpinismo o buceo alpinista y generalmente se desaprueba debido al riesgo extremadamente alto de muerte que se percibe si el rebreather falla. ^[9]

Otras diferencias

Una diferencia importante entre el buceo con rebreather y el buceo en circuito abierto es el control de la flotabilidad neutra. Cuando un buzo de circuito abierto inhala, un regulador reduce la presión de una cantidad de gas altamente comprimido de su cilindro y entra a los pulmones en un volumen mucho mayor que el que ocupaba en el cilindro. Esto significa que el buceador tiende a elevarse ligeramente con cada inhalación y descender ligeramente con cada exhalación. Esto no le sucede a un buceador con rebreather, porque el buzo hace circular un volumen de gas aproximadamente constante entre sus pulmones y la bolsa de respiración. Esto no es específicamente una ventaja o desventaja, pero requiere algo de práctica para adaptarse a la diferencia.

Operación

Un rebreather funciona eliminando el dióxido de carbono del gas exhalado, reponiendo el oxígeno usado y proporcionando el gas reciclado a presión ambiente para que el buceador lo inhale.

Eficacia del depurador

En el buceo con rebreather, la duración efectiva típica del depurador será de media hora a varias horas de respiración, dependiendo del tipo y tamaño del depurador de dióxido de carbono , la temperatura ambiente, el diseño del rebreather y la cantidad de dióxido de carbono. producido por el buceador, que depende principalmente de su tasa de trabajo metabólico .

Controlando la mezcla

Una necesidad básica con un rebreather es evitar que la presión parcial de oxígeno (ppO ₂ ) en la mezcla sea demasiado baja (causando hipoxia ) o demasiado alta (causando toxicidad por oxígeno ). En los seres humanos, la necesidad de respirar normalmente se debe a un alto nivel de dióxido de carbono en la sangre, más que a la falta de oxígeno. Si no se agrega suficiente oxígeno nuevo, la proporción de oxígeno en el circuito puede volverse demasiado baja para mantener la conciencia y, finalmente, demasiado baja para mantener la vida. La hipoxia grave resultante provoca un apagón repentino con poca o ninguna advertencia. Esto hace que la hipoxia sea un peligro mortal para los buceadores con rebreather.

El método utilizado para controlar el rango de presión parcial de oxígeno en el circuito de respiración depende del tipo de rebreather.

En un rebreather de oxígeno, una vez que el circuito se ha lavado completamente, la mezcla es efectivamente estática al 100% de oxígeno y la presión parcial es una función solo de la profundidad. En algunos rebreathers de oxígeno tempranos, el buzo tenía que abrir y cerrar manualmente la válvula del cilindro de oxígeno para volver a llenar el contrapulmón cada vez que el volumen bajaba. En otros, un pequeño flujo continuo de oxígeno es proporcionado por una válvula de restricción de flujo, pero el conjunto también tiene una válvula de derivación manual para el descenso y cuando el consumo excede el suministro. En los rebreathers de oxígeno más avanzados, la presión en el contrapulmón controla el flujo de oxígeno con una válvula de demanda que agregará gas cuando la bolsa está vacía y la presión interna cae por debajo de la temperatura ambiente.

En un rebreather semicerrado, la mezcla de bucles depende de una combinación de factores:

• el tipo de sistema de adición de gas y su configuración, combinados con la mezcla de gases en uso, que controlan la tasa de oxígeno añadido. La fracción de oxígeno está limitada por la mezcla de gases. Puede ser menor pero no mayor.
• tasa de trabajo y, por lo tanto, la tasa de consumo de oxígeno, que controla la tasa de agotamiento de oxígeno y, por lo tanto, la fracción de oxígeno resultante.
• profundidad, que tiene el efecto habitual de aumentar la presión parcial en proporción a la presión ambiental y la fracción de oxígeno.

En los rebreathers de circuito cerrado controlados manualmente, el buzo controla la mezcla de gas y el volumen en el circuito inyectando manualmente oxígeno y gases diluyentes en el circuito y ventilando el circuito. El lazo tiene una válvula de alivio de presión para evitar daños causados ​​por la sobrepresión del lazo cuando la válvula de la boquilla está cerrada.

Narked at 90 Ltd - Deep Pursuit Advanced electronic rebreather controller.

Los rebreathers de circuito cerrado controlados electrónicamente tienen sensores de oxígeno electrogalvánicos que monitorean la presión parcial de oxígeno y sistemas de control electrónico, que inyectan más oxígeno para mantener el punto de ajuste y emiten una advertencia audible, visual y / o vibratoria al buceador si la presión parcial de oxígeno alcanza niveles peligrosamente altos o bajos.

El volumen en el bucle de ambos SCR y CCR generalmente se mantiene mediante una válvula de diluyente automática controlada por presión , que funciona con el mismo principio que una válvula de demanda, para agregar diluyente cuando la inhalación reduce la presión en el bucle durante el descenso o si el buzo se retira. gas del bucle exhalando por la nariz.

Puntos de ajuste

Un punto de ajuste (o punto de ajuste) es un valor límite establecido en fábrica o programable por el usuario para la presión parcial de oxígeno deseada en un circuito de rebreather. La retroalimentación de la presión parcial de oxígeno real medida por los sensores de oxígeno se compara con los puntos de ajuste, y si se desvía fuera de los límites de los puntos de ajuste superior e inferior, el sistema de control activará una válvula solenoide para agregar oxígeno o gas diluyente. al circuito para corregir el contenido de oxígeno hasta que vuelva a estar dentro de los límites del punto de ajuste. Por lo general, el usuario puede anular la adición de gas mediante la activación manual de las válvulas de inyección.

Algunos sistemas de control permiten la conmutación de puntos de ajuste activada por profundidad, de modo que se puede seleccionar un par de puntos de ajuste para la parte principal de la inmersión y otro par, generalmente más rico, para la descompresión acelerada por encima de la profundidad límite. El cambio es automático durante el ascenso, pero los puntos de ajuste altos no se activan antes del ascenso, ya que generalmente no son deseables durante el descenso y la parte principal de la inmersión.

El punto de ajuste del sector profundo se elige para minimizar la obligación de descompresión y al mismo tiempo mantener un bajo riesgo de toxicidad por oxígeno durante la duración prevista de la inmersión. Se pueden usar valores que van desde alrededor de 1,4 bar para una inmersión corta hasta 1,0 bar para una inmersión muy larga, siendo de 1,2 a 1,3 bar un compromiso de uso general frecuente. (ver tablas de rebreather de la Marina de los EE. El punto de ajuste de descompresión tiende a ser un poco más alto para acelerar la eliminación de gases inertes, mientras se mantiene un bajo riesgo de toxicidad por oxígeno. Generalmente se eligen valores entre 1,4 y 1,6 bar, dependiendo de la duración esperada de la descompresión.

Cálculo de la mezcla de bucles

En los rebreathers de circuito cerrado, la mezcla de gases del circuito de respiración es conocida (oxígeno) o monitoreada y controlada dentro de los límites establecidos, ya sea por el buceador o por el circuito de control, pero en el caso de los rebreathers semicerrados, donde la mezcla de gases depende de la inmersión previa. ajustes y esfuerzo del buceador, es necesario calcular el rango posible de composición del gas durante una inmersión. El cálculo depende del modo de adición de gas.

Presión parcial de oxígeno en un rebreather semicerrado

Un buceador con una carga de trabajo constante durante las condiciones de trabajo aeróbicas utilizará una cantidad aproximadamente constante de oxígeno como una fracción del volumen respiratorio minuto (RMV, o ). Esta relación de ventilación por minuto y consumo de oxígeno es la relación de extracción y, por lo general, se encuentra en el rango de 17 a 25 con un valor normal de aproximadamente 20 para humanos sanos. Se han medido valores tan bajos como 10 y tan altos como 30. ^[10] Las variaciones pueden ser causadas por la dieta del buceador y el espacio muerto del buzo y el equipo, niveles elevados de dióxido de carbono o trabajo respiratorio elevado y tolerancia al dióxido de carbono.${\displaystyle V_{O_{2}}}$${\displaystyle V_{E}}$${\displaystyle K_{E}}$

${\displaystyle K_{E}={\frac {V_{E}}{V_{O_{2}}}}}$ (≅20)

Por lo tanto, el volumen de gas en el circuito respiratorio se puede describir como aproximadamente constante, y la adición de gas fresco debe equilibrar la suma del volumen vertido, el oxígeno eliminado metabólicamente y el cambio de volumen debido al cambio de profundidad. (el lavador elimina el dióxido de carbono metabólico agregado a la mezcla y, por lo tanto, no afecta la ecuación)

Flujo másico constante

La presión parcial de oxígeno en un sistema de flujo másico constante está controlada por el caudal del gas de alimentación a través del orificio y el consumo de oxígeno del buceador. La tasa de descarga es igual a la tasa de alimentación menos el consumo de oxígeno para este caso.

El cambio en la fracción de oxígeno en el circuito respiratorio puede describirse mediante la siguiente ecuación: ^[11]${\displaystyle dF_{O_{2}loop}}$

$${\displaystyle V_{loop}\times dF_{O_{2}loop}=(Q_{feed}\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}-(Q_{feed}-V_{O_{2}})\times F_{O_{2}loop})dt}$$

Dónde:

${\displaystyle V_{loop}}$ = volumen del circuito respiratorio

${\displaystyle Q_{feed}}$ = caudal de gas fresco suministrado por el orificio

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$ = fracción de oxígeno del gas de suministro

${\displaystyle V_{O_{2}}}$ = caudal de consumo de oxígeno del buceador

Esto conduce a la ecuación diferencial:

$${\displaystyle {\frac {dF_{O_{2}loop}}{dt}}={\frac {(Q_{feed}\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}(t)-(Q_{feed}-V_{O_{2}})\times F_{O_{2}loop}(t))}{V_{loop}}}}$$

Con solución:

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}(t)={\frac {Q_{feed}\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}}+(F_{O_{2}loop}^{start}-{\frac {Q_{feed}\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}})\times e^{-{\frac {Q_{feed}-V_{O_{2}}}{V_{loop}}}t}}$$

Que comprende un estado estacionario y un término transitorio.

El término de estado estacionario es suficiente para la mayoría de los cálculos:

La fracción de oxígeno en estado estacionario en el circuito respiratorio , se puede calcular a partir de la fórmula: ^[11]${\displaystyle F_{O_{2}loop}}$

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(Q_{feed}\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}})}{(Q_{feed}-V_{O_{2}})}}}$$

Dónde:

${\displaystyle Q_{feed}}$ = Caudal de gas fresco suministrado por el orificio

${\displaystyle V_{O_{2}}}$ = Tasa de flujo de absorción de oxígeno del buceador

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$ = Fracción de oxígeno del gas de suministro

en un sistema consistente de unidades.

Como el consumo de oxígeno es una variable independiente, una tasa de alimentación fija dará un rango de posibles fracciones de oxígeno para cualquier profundidad dada. En aras de la seguridad, el rango se puede determinar calculando la fracción de oxígeno para el consumo máximo y mínimo de oxígeno, así como la tasa esperada.

Adición pasiva

(sin compensación de profundidad, también conocido como escape de volumen variable (VVE) ^[12] )

La presión parcial de oxígeno en un sistema de adición pasiva está controlada por la frecuencia respiratoria del buceador. El gas de alimentación se agrega mediante una válvula que es equivalente a una válvula de demanda de circuito abierto en funcionamiento, que se abre para suministrar gas cuando el contrapulmón está vacío; la placa superior móvil del contrapulmón funciona como el diafragma de una válvula de demanda para operar la apertura de la palanca la válvula cuando el volumen del contrapulmón es bajo. El volumen puede ser bajo porque el fuelle interno ha descargado una parte de la respiración anterior al ambiente, o porque un aumento de profundidad ha provocado la compresión del contenido, o una combinación de estas causas. El oxígeno utilizado por el buceador también disminuye lentamente el volumen de gas en el circuito.

El cambio en la fracción de oxígeno en el sistema puede describirse mediante la siguiente ecuación: ^[13]${\displaystyle dF_{O_{2}loop}}$

$${\displaystyle V_{loop}\times dF_{O_{2}loop}=((Q_{dump}+V_{O_{2}})\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}-Q_{dump}\times F_{O_{2}loop})dt}$$

Dónde:

${\displaystyle V_{loop}}$ = volumen del circuito respiratorio

${\displaystyle F_{O_{2}loop}}$ = fracción de oxígeno de la mezcla de gases en el circuito respiratorio

${\displaystyle Q_{dump}}$ = flujo de gas vertido

${\displaystyle V_{O_{2}}}$ = tasa de consumo de oxígeno del buceador

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$ = fracción de oxígeno del gas de alimentación

Esto conduce a la ecuación diferencial:

$${\displaystyle {\frac {dF_{O_{2}loop}}{dt}}={\frac {((Q_{dump}+V_{O_{2}})\times F_{O_{2}feed}(t)-V_{O_{2}}-Q_{dump}\times F_{O_{2}loop}(t))}{V_{loop}}}}$$

Con solución:

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}(t)={\frac {(Q_{dump}+V_{O_{2}})\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{dump}}}+(F_{O_{2}loop}^{start}-{\frac {(Q_{dump}+V_{O_{2}})\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{dump}}})\times e^{-{\frac {Q_{dump}}{V_{loop}}}t}}$$

Que comprende un estado estacionario y un término transitorio.

El término de estado estacionario es suficiente para la mayoría de los cálculos:

$${\displaystyle F_{O_{2}bag}(t)={\frac {(Q_{dump}+V_{O_{2}})\times F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{dump}}}}$$

La fracción de oxígeno en estado estacionario en el circuito respiratorio , se puede calcular a partir de la fórmula: ^[13]${\displaystyle F_{O_{2}loop}}$

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(Q_{dump}+V_{O_{2}})F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{dump}}}}$$

Dónde:

${\displaystyle Q_{dump}}$ = Caudal de gas vertido por los fuelles concéntricos

${\displaystyle V_{O_{2}}}$ = Tasa de flujo de absorción de oxígeno del buceador

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$ = Fracción de oxígeno del gas de suministro

en un sistema consistente de unidades.

El volumen de gas descargado se relaciona con el volumen minuto espirado y presión ambiente, :${\displaystyle P_{amb}}$

$${\displaystyle Q_{dump}=P_{amb}\times K_{bellows}\times V_{E}}$$

Dónde:

${\displaystyle K_{bellows}}$ = relación de fuelles: la relación entre el volumen de aire espirado en los contrapulmones y la cantidad vertida.

${\displaystyle V_{E}}$ = volumen minuto respiratorio.

Por sustitución:

$${\displaystyle Q_{dump}=P_{amb}\times K_{bellows}\times K_{E}\times V_{O_{2}}}$$

Que se puede insertar en la ecuación de estado estacionario para dar:

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(P_{amb}\times K_{bellows}\times K_{E}\times V_{O_{2}}+V_{O_{2}})F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{P_{amb}\times K_{bellows}\times K_{E}\times V_{O_{2}}}}}$$

Lo que se simplifica a:

$${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(P_{amb}\times K_{bellows}\times K_{E}+1)F_{O_{2}feed}-1}{P_{amb}\times K_{bellows}\times K_{E}}}}$$

En este caso, el consumo de oxígeno y la velocidad de alimentación están estrechamente relacionados, y la concentración de oxígeno en el circuito es independiente de la absorción de oxígeno y es probable que permanezca dentro de tolerancias bastante estrechas del valor calculado para una profundidad determinada.

La fracción de oxígeno del gas en el circuito se aproximará más al gas de alimentación para una mayor profundidad.

La derivación anterior no tiene en cuenta la diferencia de temperatura entre el contenido pulmonar a 37 ° C y el circuito de respiración, que normalmente estará a una temperatura más baja. El RMV se da en litros por minuto a temperatura corporal y presión ambiental, el consumo de oxígeno en litros estándar por minuto (STP) y el volumen total de los pulmones y el circuito respiratorio en litros reales. ^[12] Esto puede corregirse utilizando la ecuación de estado general del gas para proporcionar valores para estas variables a la temperatura del gas en el circuito. El efecto de las correcciones de temperatura es generalmente un valor ligeramente más bajo para la fracción de oxígeno del gas del circuito. ^[14]

Profundidad operativa máxima

La MOD para un rebreather de gas mixto de circuito cerrado generalmente se basa en la MOD del diluyente, ya que es la mezcla más magra que se puede garantizar. Después de un lavado con diluyente, el gas debe ser respirable, y esto limita la MOD, pero es posible usar más de una opción para el diluyente y cambiar el gas a una mezcla hipóxica para el sector más profundo de una inmersión y una mezcla normóxica para la inmersión. sectores menos profundos.

Los cálculos de MOD para los SCR generalmente se basan en el MOD para el gas de suministro de concentración completa, ya que esto se puede usar para el rescate a la profundidad de inmersión planificada completa y es la estimación del peor de los casos para la toxicidad del gas del circuito. Los cálculos de MOD también se pueden realizar para el gas de bucle calculado, pero esto está sujeto a variaciones que no siempre son predecibles con precisión. Los valores calculados del gas de bucle para los sistemas de adición pasivos posiblemente podrían usarse para el cálculo de la MOD de trabajo y el suministro de gas para la MOD de emergencia dada la fracción de bucle relativamente estable en los sistemas de adición pasivos, sin embargo, la concentración de gas del bucle puede estar más cerca de la fuerza total si el buzo trabaja La dureza y la ventilación aumentan más allá de la relación de extracción lineal.

Rescate

Buzo con rebreather con cilindros de rescate y descompresión

Mientras el buceador está bajo el agua, el rebreather puede fallar y ser incapaz de proporcionar una mezcla de respiración segura durante el ascenso de regreso a la superficie. En este caso, el buceador necesita una fuente alternativa de respiración: el gas de rescate.

Aunque algunos buceadores con rebreather, a los que se hace referencia como " alpinistas ", no llevan a cabo rescates, la estrategia de rescate se convierte en una parte crucial de la planificación del buceo, particularmente para inmersiones largas y profundas en buceo técnico . A menudo, la inmersión planificada está limitada por la capacidad del rescate y no por la capacidad del rebreather.

Son posibles varios tipos de rescate:

• Una válvula de demanda de circuito abierto conectada al cilindro de diluyente del rebreather. Si bien esta opción tiene las ventajas de estar montada permanentemente en el rebreather y no ser pesada, la cantidad de gas que retiene el rebreather suele ser pequeña, por lo que la protección ofrecida es baja.
• Una válvula de demanda de circuito abierto conectada al cilindro de oxígeno del rebreather. Esto es similar al rescate con diluyente de circuito abierto, excepto que solo se puede usar de manera segura en profundidades de 6 metros (20 pies) o menos debido al riesgo de toxicidad por oxígeno. ^[15]
• Un sistema de circuito abierto independiente. Los cilindros adicionales son pesados ​​y engorrosos, pero los cilindros más grandes permiten que el buceador lleve más gas proporcionando protección para el ascenso de inmersiones más profundas y largas. La mezcla de gas respirable debe elegirse cuidadosamente para que sea segura en todas las profundidades del ascenso, o será necesario más de un juego.
• Un sistema de rebreather independiente.

Válvula de rescate

Una válvula de rescate (BOV) es una válvula de demanda de circuito abierto instalada en la boquilla de un rebreather con un mecanismo operado manualmente para cambiar de circuito cerrado a circuito abierto. La posición que selecciona la válvula de demanda de circuito abierto puede sustituir al estado cerrado de una válvula de superficie de buceo (DSV), ya que el circuito de respiración se sella de manera efectiva cuando se realiza el rescate. ^{[ cita requerida ]} Una válvula de rescate le permite al buzo cambiar de circuito cerrado a circuito abierto sin la necesidad de cambiar boquillas. Esto puede ahorrar tiempo en caso de emergencia, ya que la válvula de demanda de rescate está colocada para su uso inmediato. Esto puede ser importante en una situación de hipercapnia aguda grave., cuando el buceador físicamente no puede contener la respiración el tiempo suficiente para cambiar de boquilla. El suministro de gas al BOV a menudo proviene del cilindro de diluyente integrado, pero se pueden hacer arreglos para que el gas externo se conecte mediante conectores rápidos. ^{[ cita requerida ]}

Seguridad

El principio general de seguridad en el buceo, según el cual el buceador debe ser capaz de lidiar con cualquier falla del equipo que ponga en peligro su vida de inmediato, sin ayuda externa, se mantiene para el buceo con rebreather. ^{[ cita requerida ]}

Si la recuperación de una falla deja al buceador en una posición comprometida donde existe un alto riesgo de un modo de falla de un solo punto que ya no puede ser manejado por el buceador, se debe terminar la inmersión. ^{[ cita requerida ]}

Los rebreathers tienen un riesgo intrínsecamente mayor de fallas mecánicas o eléctricas debido a su complejidad estructural y funcional, pero esto se puede mitigar con un buen diseño que brinde redundancia de elementos críticos y al llevar suficientes suministros alternativos de gas respirable para el rescate, incluida cualquier descompresión requerida en caso de falla. Los diseños que minimizan el riesgo de errores en la interfaz hombre-máquina y la formación adecuada en los procedimientos que se ocupan de esta área pueden ayudar a reducir la tasa de mortalidad. ^[dieciséis]

Algunos problemas de seguridad del buceo con rebreather se pueden abordar mediante capacitación, otros pueden requerir un cambio en la cultura técnica de seguridad del buzo. Un problema de seguridad importante es que muchos buzos se vuelven complacientes a medida que se familiarizan con el equipo y comienzan a descuidar las listas de verificación previas al buceo mientras ensamblan y preparan el equipo para su uso, procedimientos que son oficialmente parte de todos los programas de capacitación de rebreather. También puede haber una tendencia a descuidar el mantenimiento posterior a la inmersión, y algunos buzos bucearán sabiendo que hay problemas funcionales con la unidad, porque saben que generalmente hay una redundancia diseñada en el sistema. Esta redundancia está destinada a permitir una terminación segura de la inmersión si ocurre bajo el agua, eliminando un punto crítico de falla. Bucear con una unidad que ya tiene una falla significa que hay un solo punto crítico de falla en esa unidad, lo que podría causar una emergencia potencialmente mortal si fallara otro elemento en la ruta crítica.El riesgo puede aumentar en órdenes de magnitud.^[17]

Peligros

Ver también: Lista de peligros y precauciones de buceo

Además del riesgo de otros trastornos del buceo a los que están expuestos los buceadores de circuito abierto, los buceadores con rebreather también están más expuestos a peligros que están directamente relacionados con la efectividad y confiabilidad del diseño y la construcción de rebreather genéricos y específicos, no necesariamente con los principios de rebreathing. :

• Apagón repentino debido a hipoxia causado por una presión parcial de oxígeno demasiado baja en el circuito. Un problema particular es la caída de la presión ambiental causada por la fase de ascenso de la inmersión, que puede reducir la presión parcial de oxígeno a niveles hipóxicos que conducen a lo que a veces se denomina apagón de aguas profundas. ^[18]
• Convulsiones debido a la toxicidad del oxígeno causada por una presión parcial de oxígeno demasiado alta en el circuito. Esto puede deberse al aumento de la presión ambiental causado por la fase de descenso de la inmersión, que eleva la presión parcial de oxígeno a niveles hiperóxicos. En equipos de circuito completamente cerrado, los sensores de oxígeno envejecidos pueden tener "limitación de corriente" y no medir las presiones parciales altas de oxígeno, lo que da como resultado niveles de oxígeno peligrosamente altos.
• Desorientación, pánico , dolor de cabeza e hiperventilación debido al exceso de dióxido de carbono causado por una configuración incorrecta, falla o ineficiencia del lavador.. El depurador debe configurarse de modo que ningún gas exhalado pueda desviarlo; debe embalarse y sellarse correctamente, y tiene una capacidad limitada de absorción de dióxido de carbono. Otro problema es que el buceador produce dióxido de carbono más rápido de lo que puede manejar el absorbente; por ejemplo, durante un trabajo duro, natación rápida o mucho trabajo respiratorio causado por una profundidad excesiva para la configuración del circuito y la combinación de mezcla de gases. La solución a esto es reducir el esfuerzo y dejar que el absorbente se recupere. La eficacia del depurador puede reducirse en profundidad donde el aumento de la concentración de otras moléculas de gas, debido a la presión, evita que algunas de las moléculas de dióxido de carbono alcancen el ingrediente activo del depurador antes de que el gas salga por el otro lado de la pila absorbente. ^[19]Las bajas temperaturas en el lavador también ralentizarán la velocidad de reacción .
• El buceador con rebreather debe seguir inhalando y exhalando todo el tiempo, ^{[ cita requerida ]} para mantener el gas exhalado fluyendo sobre el absorbente de dióxido de carbono, de modo que el absorbente pueda funcionar todo el tiempo. Los buceadores deben perder los hábitos de conservación del aire que puedan haber desarrollado mientras buceaban con equipo de buceo de circuito abierto. En los rebreathers de circuito cerrado, esto también tiene la ventaja de mezclar los gases evitando que se desarrollen espacios ricos en oxígeno y pobres en oxígeno dentro del circuito, lo que puede dar lecturas inexactas al sistema de control de oxígeno.
• "Cóctel cáustico" en el circuito si el agua entra en contacto con la cal sodada utilizada en el lavador de dióxido de carbono . El buceador normalmente es alertado de esto por un sabor a tiza en la boca. Una respuesta segura es salir al "circuito abierto" y enjuagarse la boca.
• Arranque lento a baja temperatura del químico absorbente de dióxido de carbono. Este es un problema particular con el rebreather químico Chemox que requiere la humedad del aliento para activar el superóxido de potasio y la absorción de dióxido de carbono. ^[20] Se puede proporcionar una vela de clorato que produzca suficiente oxígeno para permitir que la respiración del usuario active el sistema. ^[20]

Limitaciones inherentes de los tipos de rebreather

Cada tipo de rebreather tiene limitaciones en el rango de operación seguro y peligros específicos inherentes al método de operación, que afectan el rango de operación y los procedimientos operativos.

Rebreather de oxígeno

Los rebreathers de oxígeno son simples y confiables debido a su simplicidad. La mezcla de gases es conocida y confiable siempre que el circuito se lave adecuadamente al comienzo de una inmersión y se use el gas correcto. Hay pocas cosas que puedan fallar con la función, aparte de inundaciones, fugas, quedarse sin gas y avance del depurador, todo lo cual es obvio para el usuario, y no hay riesgo de enfermedad por descompresión, por lo que el ascenso a la superficie sin emergencias. es siempre una opción en aguas abiertas. La limitación crítica del rebreather de oxígeno es el límite de profundidad muy poco profundo, debido a consideraciones de toxicidad del oxígeno.

SCR de adición activa

Los SCR de adición activa varían en complejidad, pero todos operan con un circuito de respiración que normalmente está cerca del límite superior de su capacidad. Por lo tanto, si el sistema de adición de gas falla, el volumen de gas en el circuito generalmente seguirá siendo suficiente para no advertir al buceador de que el oxígeno se está agotando y el riesgo de hipoxia es relativamente alto.

SCR de flujo másico constante

Buzo con rebreather de circuito semicerrado de flujo másico constante Dräger Dolphin

La adición constante de flujo másico proporciona al circuito una adición de gas que es independiente de la profundidad y el consumo de oxígeno metabólico. Si no se tiene en cuenta la adición para compensar los aumentos de profundidad, la resistencia de la unidad se fija básicamente para una combinación determinada de orificio y suministro de gas. Sin embargo, la presión parcial de oxígeno variará dependiendo de los requisitos metabólicos, y esto generalmente es predecible solo dentro de ciertos límites. La composición incierta del gas significa que las estimaciones del peor de los casos generalmente se realizan tanto para la profundidad operativa máxima como para las consideraciones de descompresión. A menos que el gas sea monitoreado en tiempo real por una computadora de descompresión con un sensor de oxígeno, estos rebreathers tienen un rango de profundidad seguro más pequeño que el circuito abierto en el mismo gas, y son una desventaja para la descompresión.

Un peligro específico del sistema de medición de gas es que si el orificio está parcial o completamente bloqueado, el gas en el circuito se agotará sin que el buceador se dé cuenta del problema. Esto puede resultar en hipoxia e inconsciencia sin previo aviso. Esto se puede mitigar monitoreando la presión parcial en tiempo real usando un sensor de oxígeno, pero esto aumenta la complejidad y el costo del equipo.

SCR controlado por demanda

El principio de funcionamiento es añadir una masa de oxígeno proporcional al volumen de ventilación. La adición de gas fresco se realiza controlando la presión en una cámara de dosificación proporcional al volumen del fuelle del contrapulmón. La cámara de dosificación se llena con gas fresco a una presión proporcional al volumen del fuelle, con la presión más alta cuando el fuelle está en la posición vacía. Cuando el fuelle se llena durante la exhalación, el gas se libera de la cámara de dosificación al circuito de respiración, proporcional al volumen en el fuelle durante la exhalación, y se libera por completo cuando el fuelle está lleno. El exceso de gas se vierte al medio ambiente a través de la válvula de sobrepresión después de que el fuelle está lleno.

No hay dependencia de la dosis en la profundidad o la absorción de oxígeno. La relación de dosificación es constante una vez que se ha seleccionado el gas y las variaciones que quedan en la fracción de oxígeno se deben a variaciones en la relación de extracción. Este sistema proporciona una fracción de oxígeno bastante estable que es una aproximación razonable del circuito abierto para fines de descompresión y máxima profundidad operativa.

Si el suministro de gas al mecanismo de dosificación fallara sin previo aviso, la adición de gas se detendría y el buceador consumiría el oxígeno del gas del circuito hasta que se volviera hipóxico y el buceador perdiera el conocimiento. Para evitar esto, se necesita un sistema que advierta al buceador que hay una falla en el suministro de gas de alimentación, por lo que el buzo debe tomar las medidas adecuadas. Esto se puede hacer mediante métodos puramente mecánicos.

SCR de adición pasiva

La adición pasiva se basa en la inhalación del buceador para activar la adición de gas cuando el volumen de gas en el circuito de respiración es bajo. Esto proporcionará una advertencia al buceador si el sistema de adición deja de funcionar por cualquier motivo, ya que el sistema de descarga continuará vaciando el circuito y el buzo tendrá un volumen de gas decreciente para respirar. Por lo general, esto proporcionará una advertencia adecuada antes de que sea probable que se produzca una hipoxia.

PASCR sin compensación de profundidad

La extensión de gas para el SCR de adición pasiva sin compensación de profundidad es directamente proporcional a la relación del fuelle: la proporción de gas que se descarga durante cada ciclo de respiración. Una proporción pequeña significa que la cantidad de gas agregada en cada ciclo es pequeña y el gas se vuelve a respirar más veces, pero también significa que se elimina más oxígeno de la mezcla de gas del circuito y, a poca profundidad, el déficit de oxígeno en comparación con el gas de suministro. la concentración es grande. Una relación de fuelle grande agrega una proporción mayor del volumen de respiración como gas fresco, y esto mantiene la mezcla de gas más cercana a la composición de suministro a poca profundidad, pero consume el gas más rápido.

El mecanismo es mecánicamente simple y confiable, y no es sensible al bloqueo por partículas pequeñas. Es más probable que se produzcan fugas que que se bloqueen, lo que utilizaría el gas más rápido, pero sin comprometer la seguridad de la mezcla de gases. La fracción de oxígeno del gas del circuito es considerablemente menor que la del gas de suministro en aguas poco profundas, y solo un poco menos en profundidades más profundas, por lo que el rango de profundidad seguro para un gas de suministro dado es menor que para el circuito abierto, y la variación en la concentración de oxígeno es también desventajoso para la descompresión. El cambio de gas puede compensar esta limitación a expensas de la complejidad de la construcción y el funcionamiento. La capacidad de cambiar a circuito abierto en profundidades poco profundas es una opción que puede compensar la reducción en el contenido de oxígeno a esas profundidades,a expensas de la complejidad operativa y del uso de gas mucho mayor en circuito abierto. Esto puede considerarse un problema relativamente menor si se considera el requisito de gas de rescate. El buceador llevará el gas de todos modos, y usarlo para descompresión al final de una inmersión no aumenta el requisito de volumen para la planificación de la inmersión.

La fracción de oxígeno del bucle depende fundamentalmente de una suposición precisa de la relación de extracción. Si se elige incorrectamente, la fracción de oxígeno puede diferir significativamente del valor calculado. Hay muy poca información disponible sobre la variación de la tasa de extracción en referencias de fácil acceso.

PASCR con compensación de profundidad

La extensión de gas para el rebreather de adición pasiva con compensación de profundidad es aproximadamente proporcional al uso metabólico. El volumen de gas vertido por el sistema es, para una profundidad determinada, una fracción fija del volumen respirado por el buceador, como en el caso del sistema sin compensación de profundidad. Sin embargo, esta relación cambia en proporción inversa a la presión ambiental: la relación de los fuelles es mayor en la superficie y disminuye con la profundidad. El efecto es que se descargue una cantidad de gas de proporción de masa razonablemente constante con respecto al uso de oxígeno, y la válvula de adición suministra la misma cantidad, en promedio, para completar el volumen del circuito en estado estacionario. Esto es muy similar al SCR controlado por demanda en efecto sobre la fracción de oxígeno del gas del circuito, que permanece casi constante en todas las profundidades donde la compensación es lineal.y para niveles aeróbicos de ejercicio. Las limitaciones de este sistema parecen estar principalmente en la complejidad mecánica, el volumen y la masa del equipo. La linealidad de la compensación de profundidad está limitada por consideraciones estructurales, y por debajo de cierta profundidad la compensación será menos efectiva y finalmente se disipará. Sin embargo, esto no tiene un gran efecto sobre la fracción de oxígeno, ya que los cambios en esas profundidades ya son pequeños. Las concentraciones ligeramente más altas en este caso están un poco más cerca del valor del gas de suministro que si la compensación aún fuera efectiva. El PASCR con compensación de profundidad puede proporcionar gas respirable casi idéntico en circuito abierto en un amplio rango de profundidad, con una fracción de oxígeno pequeña y casi constante en el gas respirable, eliminando una limitación importante del sistema no compensado a expensas de la complejidad mecánica.Las limitaciones de este sistema parecen estar principalmente en la complejidad mecánica, el volumen y la masa del equipo. La linealidad de la compensación de profundidad está limitada por consideraciones estructurales, y por debajo de cierta profundidad la compensación será menos efectiva y finalmente se disipará. Sin embargo, esto no tiene un gran efecto sobre la fracción de oxígeno, ya que los cambios en esas profundidades ya son pequeños. Las concentraciones ligeramente más altas en este caso están un poco más cerca del valor del gas de suministro que si la compensación aún fuera efectiva. El PASCR con compensación de profundidad puede proporcionar gas respirable casi idéntico en circuito abierto en un amplio rango de profundidad, con una fracción de oxígeno pequeña y casi constante en el gas respirable, eliminando una limitación importante del sistema no compensado a expensas de la complejidad mecánica.Las limitaciones de este sistema parecen estar principalmente en la complejidad mecánica, el volumen y la masa del equipo. La linealidad de la compensación de profundidad está limitada por consideraciones estructurales, y por debajo de cierta profundidad la compensación será menos efectiva y finalmente se disipará. Sin embargo, esto no tiene un gran efecto sobre la fracción de oxígeno, ya que los cambios en esas profundidades ya son pequeños. Las concentraciones ligeramente más altas en este caso están un poco más cerca del valor del gas de suministro que si la compensación aún fuera efectiva. 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El PASCR con compensación de profundidad puede proporcionar gas respirable casi idéntico en circuito abierto en un amplio rango de profundidad, con una fracción de oxígeno pequeña y casi constante en el gas respirable, eliminando una limitación importante del sistema no compensado a expensas de la complejidad mecánica.

CCR de gas mixto

Vista lateral de cerca del buceador con rebreather de circuito cerrado inspirado controlado electrónicamente

Buceador con rebreather Inspiration en el naufragio del MV Orotava

Buceador con rebreather Inspiration

El rebreather de circuito cerrado de gas mixto puede proporcionar una mezcla de gas optimizada para cualquier profundidad y duración dadas, y lo hace con gran precisión y eficiencia en el uso del gas hasta que falla, y hay varias formas en que puede fallar. Muchos de los modos de falla no son fácilmente identificados por el buceador sin el uso de sensores y alarmas, y varios modos de falla pueden reducir la mezcla de gases a una inadecuada para mantener la vida. Este problema se puede manejar monitoreando el estado del sistema y tomando las acciones apropiadas cuando difiere del estado previsto. La composición del gas del circuito es inherentemente inestable, por lo que se requiere un sistema de control con retroalimentación. La presión parcial de oxígeno, que es la característica a controlar, debe medirse y el valor debe proporcionarse al sistema de control para la acción correctiva.El sistema de control puede ser el buceador o un circuito electrónico. Los sensores de medición son susceptibles de fallar por varias razones, por lo que se requiere más de uno, de modo que si uno falla sin previo aviso, el buceador puede usar el (los) otro (s) para hacer una terminación controlada de la inmersión.

CCR controlado manualmente

El CCR controlado manualmente se basa en la atención, el conocimiento y la habilidad del buceador para mantener la mezcla de gases en la composición deseada. Se basa en sensores electroquímicos e instrumentos de monitoreo electrónico para brindar al buceador la información necesaria para tomar las decisiones necesarias y tomar las acciones correctas para controlar la mezcla de gases. Se requiere que el buceador esté al tanto del estado del sistema en todo momento, lo que aumenta la carga de tareas, pero junto con la experiencia, el buzo desarrolla y conserva las habilidades para mantener la mezcla dentro de los límites planificados y está bien equipado para manejar menores fracasos. El buceador es consciente de la necesidad de verificar constantemente el estado del equipo, ya que es necesario para mantenerse con vida.

CCR controlado electrónicamente

El rebreather de circuito cerrado controlado electrónicamente utiliza circuitos electrónicos para monitorear el estado del gas del circuito en tiempo real y para hacer ajustes para mantenerlo dentro de tolerancias estrechas. Generalmente es muy eficaz en esta función hasta que algo sale mal. Cuando algo sale mal, el sistema debe notificar al buceador de la falla para que se pueda tomar la acción apropiada. Pueden ocurrir dos fallas críticas que pueden no ser notadas por el buceador.

• El buceador no notará una presión parcial de oxígeno peligrosamente baja (hipoxia), pero si hay sensores de oxígeno en funcionamiento, generalmente lo detectarán.
• Es más probable que se pierda una presión parcial de oxígeno peligrosamente alta, ya que los sensores defectuosos aún pueden funcionar para concentraciones bajas, pero brindan resultados inexactos para presiones parciales altas.

Un problema insidioso con la falla del sensor de oxígeno es cuando un sensor indica una presión parcial de oxígeno baja que en realidad no es baja, sino una falla del sensor. Si el buceador o el sistema de control responden a esto añadiendo oxígeno, se puede producir un gas hiperóxico que puede provocar convulsiones. Para evitar esto, se instalan varios sensores en los ECCCR, de modo que la falla de una sola celda no tenga consecuencias fatales. Se utilizan tres o cuatro celdas para sistemas que utilizan lógica de votación.

Un circuito de control puede fallar de formas complejas. Si no se realizan pruebas exhaustivas de los modos de falla, el usuario no puede saber qué podría suceder si el circuito falla, y algunas fallas pueden producir consecuencias inesperadas. Una falla que no alerta al usuario sobre el problema correcto puede tener consecuencias fatales.

Los sistemas de alarma ECCCR pueden incluir pantallas parpadeantes en los teléfonos, LED parpadeantes en pantallas de visualización frontal , alarmas audibles y alarmas vibratorias.

Modos de falla

Varios modos de falla son comunes a la mayoría de los tipos de rebreather de buceo, y otros pueden ocurrir solo cuando se usa la tecnología específica en el rebreather.

Fallo del depurador

Hay varias formas en que la depuradora puede fallar o volverse menos eficiente:

• Agotamiento del ingrediente activo ("penetración"). Cuando no queda suficiente ingrediente activo para eliminar el dióxido de carbono a la misma velocidad que se produce mientras el gas pasa a través del depurador, la concentración comenzará a acumularse en el circuito. Esto ocurre cuando el frente de reacción alcanza el extremo más alejado del absorbente. Esto ocurrirá en cualquier depurador si se usa durante demasiado tiempo.
• El recipiente del depurador se ha empaquetado o configurado incorrectamente, lo que permite que el gas exhalado se desvíe del absorbente.
  • El absorbente debe empaquetarse herméticamente de modo que todo el gas exhalado entre en contacto cercano con los gránulos, y el bucle está diseñado para evitar cualquier espacio o brecha entre el absorbente y las paredes del recipiente que permitirían el contacto del gas con el absorbente. Si el absorbente está suelto, puede asentarse y, en algunos casos, esto puede permitir que se forme una vía de aire a través o alrededor del absorbente, lo que se conoce como "tunelización".
  • Si alguno de los sellos, como las juntas tóricas o los espaciadores que evitan el desvío del lavador, no se limpian, lubrican o instalan correctamente, el gas puede desviar el lavador o puede entrar agua en el circuito. Algunos rebreathers pueden ensamblarse sin todos los componentes esenciales para asegurar que el gas respirable pase a través del depurador, o sin el absorbente, y sin forma de verificación visual después del ensamblaje.
• Cuando la mezcla de gases está bajo presión causada por la profundidad, la proximidad más cercana de las moléculas constituyentes reduce la libertad de las moléculas de dióxido de carbono para moverse para alcanzar el absorbente. En buceo más profundo, el depurador debe ser más grande de lo que se necesita para un rebreather de oxígeno industrial o de aguas poco profundas, debido a este efecto.
• Un cóctel cáustico: la cal sodada es cáustica y puede provocar quemaduras en los ojos y la piel. Un cóctel cáustico es una mezcla de agua y cal sodada que se produce cuando el depurador se inunda. Da lugar a un sabor a tiza, que debería hacer que el buceador cambie a una fuente alternativa de gas respiratorio y se enjuague la boca con agua. Muchos absorbentes modernos de rebreather de buceo están diseñados para no producir "cócteles" si se mojan.
• En entornos con temperaturas bajo cero, los productos químicos de los depuradores húmedos pueden congelarse cuando no se utiliza el rebreather, lo que evita que el dióxido de carbono llegue al material del depurador hasta que se caliente.

Consecuencias

El hecho de no eliminar el dióxido de carbono del gas respirable da como resultado una acumulación de dióxido de carbono que conduce a la hipercapnia . Esto puede ocurrir gradualmente, durante varios minutos, con suficiente advertencia al buceador para que salga, o puede ocurrir en segundos, a menudo asociado con un aumento repentino en la profundidad que aumenta proporcionalmente la presión parcial del dióxido de carbono, y cuando esto sucede, el inicio Algunos de los síntomas pueden ser tan repentinos y extremos que el buceador no puede controlar su respiración lo suficiente como para cerrar y quitar el DSV y cambiarlo por un regulador de rescate. Este problema se puede mitigar mediante el uso de una válvula de emergencia integrada en la boquilla del rebreather que permite el cambio entre el circuito abierto y el circuito abierto sin sacar la boquilla. ^[21]

Prevención

• Puede usarse un tinte indicador en la cal sodada que cambia el color de la cal sodada después de que se consume el ingrediente activo. Por ejemplo, un absorbente rebreather llamado "Protosorb" suministrado por Siebe Gorman tenía un tinte rojo, que se decía que se volvía blanco cuando se agotaba el absorbente. El tinte indicador de color se eliminó del uso de la flota de la Marina de los EE. UU. En 1996 cuando se sospechaba que liberaba sustancias químicas en el circuito. ^[22] Con un recipiente transparente, esto puede mostrar la posición del frente de reacción. Esto es útil en ambientes abiertos secos, pero no es útil en equipos de buceo, donde:
  • Es posible que un recipiente transparente sea frágil y se rompa fácilmente con los golpes.
  • Abrir el recipiente para mirar dentro lo inundaría de agua.
  • El recipiente suele estar fuera de la vista del usuario, por ejemplo, dentro de la bolsa de respiración o dentro de una caja de mochila, o justo detrás del buceador.
• Monitoreo de temperatura. Como la reacción entre el dióxido de carbono y la cal sodada es exotérmica, se pueden usar sensores de temperatura a lo largo del lavador para medir la posición del frente de reacción y, por lo tanto, la vida útil proyectada del lavador. ^{[23] [24]}
• Prueba de los límites de duración del depurador por parte del fabricante y / o autoridad de certificación, y límites de duración especificados para la unidad para los absorbentes recomendados. Estos límites serán conservadores para la mayoría de los buceadores basados ​​en niveles de esfuerzo razonablemente predecibles.
• Entrenamiento de buceadores. Los buzos están capacitados para planificar y monitorear el tiempo de exposición del absorbente en el depurador y reemplazarlo dentro del límite de tiempo recomendado. El buzo debe monitorear la exposición del lavador y reemplazarlo cuando sea necesario.
• Comprobaciones previas a la inmersión. La "respiración previa" de la unidad antes de una inmersión debe realizarse durante el tiempo suficiente para garantizar que el depurador esté eliminando el dióxido de carbono y que la concentración no aumente continuamente. Esta prueba se basa en la sensibilidad del buceador para detectar una concentración elevada de dióxido de carbono, que se sabe que no es confiable.
• Existen sensores de gas de dióxido de carbono, tales sistemas no son útiles como herramienta para monitorear la vida del depurador bajo el agua, ya que el inicio de la rotura del depurador ocurre con bastante rapidez. Tales sistemas deben usarse como un dispositivo de seguridad esencial para advertir a los buceadores que se salgan del circuito de inmediato.
• Los depuradores pueden diseñarse y construirse de modo que todo el frente de reacción no llegue al final del recipiente al mismo tiempo, sino gradualmente, de modo que el aumento de la concentración de dióxido de carbono sea gradual, y el buceador reciba una advertencia y pueda salir de apuros. antes de que los efectos sean demasiado graves.

Mitigación

El avance del depurador da como resultado la toxicidad por dióxido de carbono (hipercapnia), que generalmente produce síntomas de una fuerte, incluso desesperada, necesidad de respirar. Si el buceador no logra respirar un gas con bajo contenido de dióxido de carbono con bastante rapidez, la necesidad de respirar puede impedir la extracción de la boquilla, incluso durante el breve tiempo necesario para realizar el cambio. Una válvula de rescate integrada en la válvula de buceo / superficie o conectada a la máscara de cara completa reduce esta dificultad.

El procedimiento apropiado para un avance u otra falla del depurador es el rescate, ya que no hay nada que se pueda hacer para corregir el problema bajo el agua.

Fallo en la monitorización de oxígeno

El control parcial de la presión de oxígeno en el circuito respiratorio generalmente se realiza mediante celdas electroquímicas, que son sensibles al agua en la celda y en los circuitos. También están sujetos a fallas graduales debido al uso de los materiales reactivos y pueden perder sensibilidad en condiciones de frío. Cualquiera de los modos de falla puede dar lugar a lecturas inexactas, sin ninguna advertencia obvia. Las celdas deben probarse a la presión parcial de oxígeno más alta disponible y deben reemplazarse después de un período de uso y vida útil recomendados por el fabricante.

Prevención

Recipiente de prueba de células de oxígeno hiperbárico para probar células a alta presión parcial de oxígeno. Esto puede identificar las células que están comenzando a fallar.

Varios sensores de oxígeno con circuitos independientes reducen el riesgo de perder información sobre la presión parcial de oxígeno. Un CCR controlado electrónicamente generalmente utiliza un mínimo de tres monitores de oxígeno para garantizar que, si uno falla, podrá identificar la celda defectuosa con una confiabilidad razonable.

El uso de celdas de sensor de oxígeno con diferentes edades o historiales reduce el riesgo de que todas fallen al mismo tiempo, y es probable que probar las celdas antes de una inmersión a una presión parcial de oxígeno por encima del valor de alarma identifique las celdas que están cerca de fallar.

Mitigación

Si el monitoreo de oxígeno falla, el buceador no puede estar seguro de que el contenido de un rebreather CCR de mezcla de gases mantendrá la conciencia. El rescate es la única opción segura.

El monitoreo de oxígeno es generalmente una función opcional en un SCR, pero puede ser parte de los cálculos de descompresión en tiempo real. La acción apropiada dependerá de las circunstancias, pero este no es un evento que ponga en peligro la vida de inmediato.

Manejo de fallas celulares en un sistema de control de rebreather electrónico

Si se utiliza más de una celda de sensor de oxígeno estadísticamente independiente, es poco probable que falle más de una a la vez. Si se supone que solo una celda fallará, entonces la comparación de tres o más salidas que han sido calibradas en dos puntos probablemente detecte la celda que ha fallado asumiendo que dos celdas cualesquiera que producen la misma salida son correctas y la que produce una salida diferente es defectuoso. Esta suposición suele ser correcta en la práctica, sobre todo si existe alguna diferencia en la historia de las células implicadas. ^[25]El concepto de comparar la salida de tres celdas en el mismo lugar en el bucle y controlar la mezcla de gases en función de la salida promedio de las dos con la salida más similar en un momento dado se conoce como lógica de votación y es más confiable que el control. basado en una sola celda. Si la salida de la tercera celda se desvía lo suficiente de las otras dos, una alarma indica un posible fallo de la celda. Si esto ocurre antes de la inmersión, el rebreather se considera inseguro y no debe usarse. Si ocurre durante una inmersión, indica un sistema de control poco confiable y la inmersión debe cancelarse. Continuar una inmersión con un rebreather con una alarma de celda fallida aumenta significativamente el riesgo de una falla fatal en el control de bucle. Este sistema no es totalmente confiable.Se ha informado de al menos un caso en el que dos celdas fallaron de manera similar y el sistema de control rechazó la celda en buen estado restante.^[26]

Si la probabilidad de falla de cada celda fuera estadísticamente independiente de las demás, y cada celda sola fuera suficiente para permitir el funcionamiento seguro del rebreather, el uso de tres celdas completamente redundantes en paralelo reduciría el riesgo de falla en cinco o seis órdenes de magnitud. . ^[26]

La lógica de la votación cambia esto considerablemente. La mayoría de las celdas no deben fallar para el funcionamiento seguro de la unidad. Para decidir si una celda está funcionando correctamente, debe compararse con una salida esperada. Esto se hace comparándolo con las salidas de otras celdas. En el caso de dos celdas, si las salidas difieren, al menos una debe ser incorrecta, pero no se sabe cuál. En tal caso, el buceador debe asumir que la unidad no es segura y abandonar el circuito abierto. Con tres celdas, si todas difieren dentro de una tolerancia aceptada, todas pueden considerarse funcionales. Si dos difieren dentro de la tolerancia y el tercero no, los dos dentro de la tolerancia pueden considerarse funcionales y el tercero defectuoso. Si ninguno está dentro de la tolerancia entre sí, es posible que todos sean defectuosos, y si uno no lo está, no hay forma de identificarlo.^[26]

Usando esta lógica, la mejora en la confiabilidad obtenida mediante el uso de la lógica de votación, donde al menos dos sensores deben funcionar para que el sistema funcione, se reduce en gran medida en comparación con la versión completamente redundante. Las mejoras son solo del orden de uno a dos órdenes de magnitud. Esto sería una gran mejora con respecto al sensor único, pero el análisis anterior ha asumido la independencia estadística de la falla de los sensores, lo que generalmente no es realista. ^[26]

Los factores que hacen que las salidas de las células en un rebreather sean estadísticamente dependientes incluyen: ^[26]

• Gas de calibración común: todos se calibran juntos en la comprobación previa a la inmersión utilizando el mismo suministro de diluyente y oxígeno.
• Los sensores suelen ser del mismo lote de fabricación: es probable que los componentes, los materiales y los procesos sean muy similares.
• Los sensores a menudo se instalan juntos y desde entonces han estado expuestos al mismo perfil de P _{O 2} y temperatura durante el tiempo posterior.
• Entorno de trabajo común, particularmente con respecto a la temperatura y la humedad relativa, ya que generalmente se montan muy cerca en el circuito, para garantizar que miden un gas similar.
• Sistemas de medición comunes
• Firmware común para procesar las señales

Esta dependencia estadística puede minimizarse y mitigarse mediante: ^[26]

• Utilizando sensores de diferentes fabricantes o lotes, para que no haya dos del mismo lote
• Cambiar sensores en diferentes momentos, por lo que cada uno tiene un historial diferente
• Asegurarse de que los gases de calibración sean correctos
• Agregar un sistema de medición de P _{O 2} estadísticamente independiente al lazo en un lugar diferente, usando un sensor de modelo diferente y usando diferentes componentes electrónicos y software para procesar la señal.
• Calibrar este sensor usando una fuente de gas diferente a las demás

Un método alternativo de proporcionar redundancia en el sistema de control es recalibrar los sensores periódicamente durante la inmersión exponiéndolos a un flujo de diluyente u oxígeno o ambos en momentos diferentes, y usando la salida para verificar si la celda está reaccionando apropiadamente a la gas conocido a la profundidad conocida. Este método tiene la ventaja adicional de permitir la calibración a una presión parcial de oxígeno superior a 1 bar. ^[26] Este procedimiento puede realizarse automáticamente, cuando el sistema ha sido diseñado para hacerlo, o el buceador puede realizar manualmente un lavado con diluyente a cualquier profundidad a la que el diluyente sea respirable para comparar las lecturas de P _{O 2 de} la celda con una F conocida. _{O 2}y presión absoluta para verificar los valores mostrados. Esta prueba no solo valida la celda. Si el sensor no muestra el valor esperado, es posible que el sensor de oxígeno, el sensor de presión (profundidad) o la mezcla de gases F _{O 2} , o cualquier combinación de estos, estén defectuosos. Como las tres posibles fallas podrían poner en peligro la vida, la prueba es bastante poderosa. ^[26]

Fallo del circuito de control de inyección de gas

Si falla el circuito de control para la inyección de oxígeno, el modo habitual de falla da como resultado el cierre de las válvulas de inyección de oxígeno. A menos que se tomen medidas, el gas respirado se volverá hipóxico con consecuencias potencialmente fatales. Un modo alternativo de falla es aquel en el que las válvulas de inyección se mantienen abiertas, lo que resulta en una mezcla de gas cada vez más hiperóxica en el circuito, lo que puede representar el peligro de toxicidad por oxígeno .

Prevención

Son posibles dos enfoques básicos. Se puede utilizar un sistema de control independiente redundante o se puede aceptar el riesgo de que falle el sistema único, y el buzo asume la responsabilidad del control manual de la mezcla de gas en caso de falla.

Mitigación

La mayoría (posiblemente todos) los CCR controlados electrónicamente tienen anulación de inyección manual. Si la inyección electrónica falla, el usuario puede tomar el control manual de la mezcla de gases siempre que el monitoreo de oxígeno siga funcionando de manera confiable. Por lo general, se proporcionan alarmas para advertir al buceador de una falla.

Inundación en bucle

La resistencia a la respiración de un bucle puede más del triple si el material del depurador está inundado. ^[27] La absorción de dióxido de carbono por el depurador requiere una cierta cantidad de humedad para la reacción, pero un exceso degradará la absorción y puede conducir a una penetración acelerada.

Prevención

Las comprobaciones preventivas de fugas y el montaje cuidadoso son la clave para evitar fugas a través de las conexiones y detectar daños. La prueba de presión negativa es más importante para este propósito. Esta prueba requiere que el circuito de respiración mantenga una presión ligeramente por debajo de la ambiente durante unos minutos para indicar que los sellos evitarán fugas en el circuito.

El cuidado al usar la válvula de buceo / superficie evitará que se inunde a través de la boquilla. Esta válvula siempre debe estar cerrada cuando la boquilla esté fuera de la boca bajo el agua.

Mitigación

El buceador generalmente se dará cuenta de la inundación por una mayor resistencia a la respiración, el ruido del agua o la acumulación de dióxido de carbono y, a veces, por la pérdida de flotabilidad. Un cóctel cáustico suele ser un signo de una inundación bastante extensa y solo es probable si hay muchas partículas pequeñas en el material del depurador o si se usa un material absorbente relativamente soluble.

Algunos rebreathers tienen trampas de agua para evitar que el agua que ingresa a través de la boquilla llegue hasta el depurador y, en algunos casos, existen mecanismos para eliminar el agua del circuito mientras se bucea.

Algunos depuradores prácticamente no se ven afectados por el agua, ya sea por el tipo de medio absorbente o por una membrana protectora. ^{[ cita requerida ]}

Si todo lo demás falla y el circuito se inunda más allá de la funcionalidad segura, el buceador puede salir al circuito abierto.

Fuga de gas

Un rebreather bien ensamblado y en buenas condiciones no debe derramar gas del circuito de respiración al medio ambiente, excepto lo que sea requerido por consideraciones funcionales, como la ventilación durante el ascenso, o para compensar o controlar la adición de gas en un semicerrado. rebreather.

Prevención

La preparación previa al uso del rebreather incluye la verificación de los sellos y las verificaciones de fugas posteriores al ensamblaje. La prueba de presión positiva verifica que la unidad ensamblada pueda mantener una ligera presión positiva interna durante un período corto, lo que es una indicación de que el gas no se escapa del circuito. La inspección y el reemplazo de los componentes blandos deben detectar daños antes de que fallen.

Mitigación

Una fuga menor de gas no es en sí misma un problema serio, pero a menudo es un signo de daño o ensamblaje incorrecto que luego puede convertirse en un problema más serio. Los manuales de operación del fabricante generalmente requieren que el usuario identifique la causa de cualquier fuga y la rectifique antes de usar el equipo. Las fugas que se desarrollan durante una inmersión serán evaluadas por el equipo de buceo para determinar la causa y el riesgo, pero a menudo no hay mucho que se pueda hacer al respecto en el agua.

Bloqueo del orificio CMF

Un bloqueo del orificio de flujo másico constante es una de las fallas más peligrosas de este tipo de rebreather semicerrado, ya que restringirá el suministro de gas de alimentación y puede conducir a un bucle de gas hipóxico con un alto riesgo de que el buceador pierda el conocimiento y ya sea por ahogamiento o asfixia en seco.

Prevención

La inspección y la prueba de flujo del orificio CMF antes de cada inmersión o en cada día de buceo garantizarán que el orificio no se obstruya debido a la corrosión, y un microfiltro aguas arriba para atrapar partículas lo suficientemente grandes como para bloquear el orificio reducirá en gran medida el riesgo de bloqueo durante una inmersión. por materias extrañas en el suministro de gas. ^{[ cita requerida ]}

Algunos rebreathers usan dos orificios, ya que esto generalmente asegurará que al menos uno permanezca funcional, y es menos probable que el gas se vuelva fatalmente hipóxico. ^{[ cita requerida ]}

Mitigación

Si se monitorea el contenido de oxígeno y el buzo identifica un problema con el suministro de gas de alimentación, puede ser posible agregar gas manualmente o inducir el disparo de la válvula diluyente automática exhalando al ambiente a través de la nariz y, por lo tanto, reduciendo artificialmente el volumen de gas. en el lazo. La adición forzada de gas aumentará el contenido de oxígeno, pero la inmersión debe finalizar ya que este problema no se puede rectificar durante la inmersión. Este peligro es el argumento más fuerte para el monitoreo de la presión parcial de oxígeno en un CMF SCR. ^{[ cita requerida ]} .

Riesgo

El porcentaje de muertes que involucran el uso de un rebreather entre los residentes de EE. UU. Y Canadá aumentó de aproximadamente el 1 al 5% del total de muertes por buceo recolectadas por la Divers Alert Network de 1998 a 2004. ^{[28] Las} investigaciones sobre las muertes por rebreather se enfocan en tres principales áreas: médica, equipos y procedimentales. ^[28]

Divers Alert Network (DAN) informa de 80 a 100 accidentes fatales por cada 500.000 a 1 millón de buceadores activos en los EE. UU., Por año. Las tasas de accidentes del British Sub-Aqua Club (BSAC) y DAN en circuito abierto son muy similares, aunque las inmersiones BSAC tienen una mayor proporción de inmersiones profundas y de descompresión.

Un análisis de 164 accidentes fatales con rebreather documentados desde 1994 hasta febrero de 2010 por Deeplife, ^[29] informa una tasa de accidentes fatales de uno en 243 por año, utilizando una suposición conservadora de crecimiento lineal del uso de rebreather y un promedio de alrededor de 2500 participantes activos durante ese momento. Esta es una tasa de accidentes fatales de más de 100 veces la de los circuitos abiertos de buceo. Las estadísticas indican que la elección del equipo tiene un efecto dramático en la seguridad del buceo.

Un análisis más detallado de estas muertes por rebreather ^[30] encontró inexactitudes significativas en los datos originales. La revisión muestra que el riesgo de muerte al bucear en un rebreather está en la región de 5.33 muertes por cada 100,000 inmersiones, aproximadamente 10 veces el riesgo de bucear en circuito abierto o montar a caballo, cinco veces el riesgo de paracaidismo o ala delta, pero una octava parte del riesgo. del salto base. No se encontraron diferencias significativas al comparar mCCR con eCCR o entre marcas de rebreather desde 2005, pero no se dispone de información precisa sobre el número de buceadores activos con rebreather y el número de unidades vendidas por cada fabricante. La encuesta también concluyó que gran parte del aumento de la mortalidad asociado con el uso de CCR puede estar relacionado con el uso a una profundidad mayor que la media para el buceo recreativo y con el comportamiento de alto riesgo. por los usuarios, y que la mayor complejidad de los CCR los hace más propensos a fallar en los equipos que los equipos OC.

EN 14143 (2009) (Equipo respiratorio - Aparato de buceo autónomo con re-respiración [Autoridad: La Unión Europea según la Directiva 89/686 / EEC]) requiere que los fabricantes realicen un análisis de modo de falla, efectos y criticidad (FMECA), pero no existe ningún requisito de publicar los resultados, por lo que la mayoría de los fabricantes mantienen la confidencialidad de su informe FMECA. EN 14143 también requiere el cumplimiento de EN 61508 . Según el informe de Deep Life ^{[29], la} mayoría de los fabricantes de rebreather no implementan esto, con las siguientes implicaciones:

• ningún rebreather existente ha demostrado ser capaz de tolerar el peor de los casos.
• los usuarios no tienen información sobre la seguridad del equipo que utilizan.
• el público no puede examinar las conclusiones de FMECA y cuestionar conclusiones dudosas.
• no hay datos públicos de FMECA que puedan utilizarse para desarrollar mejores sistemas.

El análisis de los árboles de probabilidad de fallas para el buceo en circuito abierto muestra que el uso de un sistema paralelo o redundante reduce el riesgo considerablemente más que la mejora de la confiabilidad de los componentes en un solo sistema crítico. ^[31] Estas técnicas de modelado de riesgos se aplicaron a los CCR e indicaron un riesgo de falla del equipo unas 23 veces mayor que el de un conjunto de circuito abierto de dos cilindros con colector. ^[30]Cuando se dispone de suficiente suministro redundante de gas respirable en forma de circuito abierto de buceo, el riesgo de falla mecánica de la combinación se vuelve comparable al del circuito abierto. Esto no compensa el mantenimiento deficiente y las comprobaciones previas a la inmersión inadecuadas, el comportamiento de alto riesgo o la respuesta incorrecta a las fallas. El error humano parece ser un factor importante en los accidentes. ^[30]

Instrumentación y pantallas

Ver también: Factores humanos en el diseño de equipos de buceo § Instrumentación

La instrumentación puede variar desde la profundidad mínima, el tiempo y la presión de gas restante necesaria para un rebreather de oxígeno de circuito cerrado o un rebreather de nitrox semicerrado hasta controladores electrónicos redundantes con múltiples sensores de oxígeno, computadoras de descompresión integradas redundantes, sensores de monitoreo de dióxido de carbono y una pantalla de visualización frontal de luces de advertencia y alarma con alarma sonora y vibratoria.

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Diseño tolerante a fallas

Ver también: tolerancia a fallos

La tolerancia a fallas es la propiedad que permite que un sistema continúe funcionando correctamente en caso de falla de algunos de sus componentes. Si su calidad operativa disminuye en absoluto, la disminución es proporcional a la gravedad de la falla, en comparación con un sistema diseñado ingenuamente, en el que incluso una pequeña falla puede causar una falla total. La tolerancia a fallas es particularmente importante en sistemas de alta disponibilidad o críticos para la seguridad . La capacidad de mantener la funcionalidad cuando fallan partes de un sistema se conoce como degradación elegante. ^[32]

El rebreather de oxígeno de circuito cerrado básico es un dispositivo muy simple y mecánicamente confiable, pero tiene severas limitaciones operativas debido a la toxicidad del oxígeno. Los enfoques para extender de manera segura el rango de profundidad requieren una mezcla de gas respirable variable. Los rebreathers semicerrados tienden a ser ineficaces para la descompresión y no del todo predecibles para la composición del gas en comparación con un rebreather de circuito cerrado controlado con precisión. El monitoreo de la composición del gas en el circuito de respiración solo se puede realizar mediante sensores eléctricos, lo que lleva la confiabilidad bajo el agua del sistema de detección electrónica a la categoría de componentes críticos para la seguridad. ^[33]

No existen estadísticas formales sobre las tasas de fallas de la electrónica submarina, pero es probable que el error humano sea más frecuente que la tasa de error de las computadoras de buceo electrónicas, que son el componente básico de la electrónica de control del rebreather, que procesan información de múltiples fuentes y tienen un algoritmo. para controlar el solenoide de inyección de oxígeno. El paquete de computadora de buceo sellada ha existido durante el tiempo suficiente para que los modelos de mejor calidad se hayan vuelto confiables y robustos en diseño y construcción. ^[33]

Un rebreather controlado electrónicamente es un sistema complejo. La unidad de control recibe información de varios sensores, evalúa los datos, calcula la siguiente acción o acciones apropiadas, actualiza el estado del sistema y muestra, y realiza las acciones, en algunos casos utilizando retroalimentación en tiempo real para adaptar la señal de control. ^[33] Las entradas incluyen uno o más sensores de presión, oxígeno y temperatura, un reloj y posiblemente sensores de helio y dióxido de carbono. También hay una fuente de alimentación de batería y una interfaz de usuario en forma de pantalla visual y posiblemente alarmas sonoras y vibratorias. ^[33]

En un eCCR mínimo, el sistema es muy vulnerable. Una sola falla crítica puede requerir procedimientos manuales para la recuperación de la falla o la necesidad de rescatar a un suministro alternativo de gas respirable. Algunas fallas pueden tener consecuencias fatales si no se notan y se manejan con mucha rapidez. Las fallas críticas incluyen la fuente de alimentación, el sensor de oxígeno no redundante, el solenoide o la unidad de control. ^[33]

Los componentes mecánicos son relativamente robustos y confiables y tienden a degradarse de manera no catastrófica, y son voluminosos y pesados, por lo que los sensores electrónicos y los sistemas de control han sido los componentes donde generalmente se ha buscado una mejor tolerancia a fallas. Las fallas de las celdas de oxígeno han sido un problema particular, con consecuencias predeciblemente graves, por lo que el uso de redundancia múltiple en el monitoreo de la presión parcial de oxígeno ha sido un área importante de desarrollo para mejorar la confiabilidad. Un problema a este respecto es el costo y la vida útil relativamente corta de los sensores de oxígeno, junto con su falla relativamente impredecible y su sensibilidad al medio ambiente. ^[33]

Para detectar e identificar automáticamente el mal funcionamiento del sensor de oxígeno, los sensores deben calibrarse con un gas conocido, lo cual es muy inconveniente en la mayoría de los casos durante una inmersión, pero es posible como una prueba ocasional cuando se sospecha una falla, o se pueden comparar varias celdas y la suposición de que las celdas con una salida casi idéntica funcionan correctamente. Esta lógica de votación requiere un mínimo de tres celdas y la confiabilidad aumenta con el número. ^[33]Para combinar la redundancia de la celda con el circuito de monitoreo, el circuito de control y la redundancia de la pantalla, las señales de la celda deben estar disponibles para todos los circuitos de monitoreo y control en condiciones normales. Esto se puede hacer compartiendo señales en la etapa analógica o digital: el voltaje de salida de la celda se puede suministrar a la entrada de todas las unidades de monitoreo, o los voltajes de algunas celdas se pueden suministrar a cada monitor y las señales digitales procesadas se pueden compartir. El intercambio de señales digitales puede permitir un aislamiento más fácil de los componentes defectuosos si se producen cortocircuitos. El número mínimo de celdas en esta arquitectura es dos por unidad de monitoreo, con dos unidades de monitoreo para redundancia, que es más que el mínimo de tres para la capacidad lógica de votación básica. ^[33]

Los tres aspectos de un rebreather tolerante a fallas son la redundancia de hardware, un software robusto y un sistema de detección de fallas. El software es complejo y comprende varios módulos con sus propias tareas, como la medición de la presión parcial de oxígeno, la medición de la presión ambiental, el control de la inyección de oxígeno, el cálculo del estado de descompresión y la interfaz de usuario de visualización de estado e información y entradas de usuario. Es posible separar el hardware de la interfaz de usuario de la unidad de control y supervisión, de manera que permita que el sistema de control continúe funcionando si la interfaz de usuario relativamente vulnerable se ve comprometida. ^[33]

Procedimientos

Los procedimientos necesarios para utilizar un modelo dado de rebreather generalmente se detallan en el manual de funcionamiento y el programa de capacitación para ese rebreather, pero existen varios procedimientos genéricos que son comunes a todos o la mayoría de los tipos.

Pruebas de funcionamiento de ensamblaje y predivección

Antes de su uso, el recipiente del depurador debe llenarse con la cantidad correcta de material absorbente y la unidad debe probarse para detectar fugas. Por lo general, se realizan dos pruebas de fugas. Estos se conocen generalmente como pruebas de presión positiva y negativa, y prueban que el circuito de respiración es hermético para la presión interna más baja y más alta que la exterior. La prueba de presión positiva asegura que la unidad no perderá gas mientras está en uso, y la prueba de presión negativa asegura que el agua no se filtre en el circuito de respiración donde puede degradar el medio del depurador o los sensores de oxígeno.

La respiración previa de la unidad (generalmente durante unos 3 minutos) poco antes de entrar en el agua es un procedimiento estándar. Esto asegura que el material del depurador tenga la oportunidad de calentarse a la temperatura de funcionamiento y funcione correctamente, y que la presión parcial de oxígeno en un rebreather de circuito cerrado se controle correctamente. ^[34]

• Prueba de fugas en un Mk16

• Pruebas predictivas

• Mk 16 con HUD

• Comprobaciones preventivas de la resistencia respiratoria

• Preparación para su uso: llenado del recipiente del depurador con cal sodada

Procedimientos operativos estándar durante la inmersión

La presión parcial de oxígeno es de importancia crítica en los CCR y se monitorea a intervalos frecuentes, particularmente al inicio de la inmersión, durante el descenso y durante el ascenso, donde el riesgo de hipoxia es mayor.

La acumulación de dióxido de carbono también es un peligro severo, y la mayoría de los rebreathers no tienen monitoreo electrónico de dióxido de carbono. El buceador debe estar atento a las indicaciones de este problema en todo momento. ^[34]

El buzo compañero debe quedarse con un buceador con rebreather que debe tomar medidas de emergencia hasta que el buceador haya salido a la superficie de manera segura, ya que este es el momento en que es más probable que se necesite al compañero.

Restaurando el contenido de oxígeno del circuito

Muchas organizaciones de formación de buzos enseñan la técnica de "lavado con diluyente" como una forma segura de restaurar la mezcla en el circuito a un nivel de oxígeno que no es ni demasiado alto ni demasiado bajo. Solo funciona cuando la presión parcial de oxígeno en el diluyente por sí solo no causa hipoxia o hiperoxia , como cuando se usa un diluyente normóxico y se observa la profundidad operativa máxima del diluyente . La técnica implica ventilar el asa e inyectar diluyente simultáneamente. Esto elimina la mezcla anterior y la reemplaza con una proporción conocida de oxígeno.

Drenando el bucle

Independientemente de si el rebreather en cuestión tiene la capacidad de atrapar cualquier entrada de agua, la capacitación sobre un rebreather incluirá procedimientos para eliminar el exceso de agua.

Procedimientos de emergencia

Rescate al circuito abierto

El rescate a circuito abierto generalmente se considera una buena opción cuando existe alguna duda sobre cuál es el problema o si se puede resolver.

El procedimiento de rescate depende de los detalles de la construcción del rebreather y del equipo de rescate elegido por el buzo. Pueden ser posibles varios métodos:

• Rescate a circuito abierto cambiando la válvula de rescate de la boquilla a circuito abierto. Esto es fácil de hacer y funciona bien incluso cuando el buceador está hipercápnico, ya que no es necesario contener la respiración en absoluto.
• Rescate a circuito abierto abriendo una válvula de demanda de rescate ya conectada a la máscara facial completa, o respirando por la nariz en algunos casos. Esto tampoco requiere la extracción de la boquilla. Requiere un modelo adecuado de nask integral.
• Rescate para abrir circuito cerrando e intercambiando la boquilla del rebreather por una válvula de demanda separada. Esto es simple, pero requiere que el buceador contenga la respiración mientras cambia la boquilla, lo que puede no ser posible en casos de hipercapnia.
• Rescate para rebreather cerrando la boquilla y cambiando a la boquilla de un rebreather independiente. En realidad, esto no se trata de rescatar al circuito abierto, pero tiene ventajas logísticas en inmersiones donde la mayor parte del gas de circuito abierto suficiente para llegar a la superficie puede ser excesiva y un segundo rebreather es menos voluminoso. Puede haber una etapa intermedia en la que el buceador abandone el circuito para abrir el gas diluyente mientras prepara el rebreather de rescate.

El suministro de gas de rescate puede provenir del cilindro de diluyente del rebreather, de cilindros independientes o, en el caso de profundidades inferiores a aproximadamente 6 m, del cilindro de oxígeno del rebreather. En todos los casos, cuando se rescata, el circuito del rebreather debe aislarse del agua para evitar inundaciones y pérdidas de gas que podrían afectar negativamente la flotabilidad. Puede ser necesario cerrar las válvulas de suministro de gas para evitar que un sistema de control defectuoso continúe agregando gas al circuito, lo que también afectaría negativamente la flotabilidad, lo que posiblemente haría imposible que el buceador permaneciera a la profundidad correcta para la descompresión.

Alarmas y averías

Es posible que se proporcionen alarmas para algunas averías. Las alarmas se controlan electrónicamente y, por lo tanto, dependen de la entrada de un sensor. Estos pueden incluir: ^{[ cita requerida ]}

• Fallo del sistema de control.
• Fallo de uno o más sensores.
• Baja presión parcial de oxígeno en el circuito.
• Alta presión parcial de oxígeno en el circuito.
• Gas que no sea oxígeno puro en el sistema de suministro de oxígeno. (raro)
• Niveles altos de dióxido de carbono en el circuito. (raro)
• Avance inminente del depurador (inusual)

Aparece la alarma: ^{[ cita requerida ]}

• Visible (pantallas digitales, LED parpadeantes)
• Audible (zumbador o generador de tonos)
• Táctil (vibraciones)
• Pantallas del panel de control (generalmente con lectura digital del valor y estado del parámetro medido, a menudo con pantalla parpadeante o intermitente)
• Pantallas de visualización frontal (generalmente una pantalla LED codificada por colores, que a veces proporciona más información según la velocidad de parpadeo).

Si se dispara una alarma de rebreather, existe una alta probabilidad de que la mezcla de gases se desvíe de la mezcla configurada. Existe un alto riesgo de que pronto sea inadecuado para mantener la conciencia. Una buena respuesta general es agregar gas diluyente al circuito, ya que se sabe que es respirable. Esto también reducirá la concentración de dióxido de carbono si es alta.

• Ascender sin identificar el problema puede aumentar el riesgo de un apagón por hipoxia.
• Si no se conoce la presión parcial de oxígeno, no se puede confiar en que el rebreather sea respirable, y el buceador debe hacer un rescate de inmediato al circuito abierto para reducir el riesgo de perder el conocimiento sin previo aviso ^[34].

Entrenamiento

Tarjeta de certificación NAUI Semi-Closed Rebreather

La formación en el uso de rebreathers tiene dos componentes: la formación genérica para la clase de rebreather, que incluye la teoría de funcionamiento y los procedimientos generales, y la formación específica para el modelo de rebreathers, que cubre los detalles de preparación, pruebas, mantenimiento del usuario y resolución de problemas. , y los detalles de los procedimientos operativos normales y de emergencia que son específicos del modelo de rebreather. El entrenamiento cruzado de un modelo a otro generalmente solo requiere el segundo aspecto si el equipo es similar en diseño y operación. ^{[ cita requerida ]}

Las organizaciones militares generalmente solo usan una pequeña cantidad de modelos. Por lo general, un rebreather de oxígeno para nadadores de ataque y un rebreather de gas mixto para trabajos de buceo de limpieza, y esto simplifica los requisitos de entrenamiento y logística. ^{[ cita requerida ]}

El buceo con rebreather con fines recreativos generalmente se clasifica como buceo técnico, y la capacitación es proporcionada por las agencias de certificación de buzos técnicos. La formación de buzos científicos en rebreathers suele ser realizada por estas mismas agencias de formación de buzos técnicos, ya que el uso de rebreathers por parte de la comunidad científica de buceo suele ser insuficiente para justificar una formación interna separada. ^{[ cita requerida ]}

Las aplicaciones de buceo recreativo y científico se basan en una gama mucho más amplia de modelos, y cualquier agencia de capacitación en buceo técnico determinada puede emitir una certificación para un número arbitrario de rebreathers dependiendo de las habilidades de sus instructores registrados. La mayoría de los fabricantes de rebreather recreativos requieren que la capacitación en su equipo se base en la capacitación que se origina en el fabricante, es decir, los instructores suelen estar certificados por el fabricante. ^{[ cita requerida ]}

Rebreathers de casco de buceo estándar

En 1912, la empresa alemana Drägerwerk de Lübeck introdujo su propia versión de traje de buceo estándar utilizando un suministro de gas de un rebreather de oxígeno y sin suministro de superficie. El sistema utilizó un casco de buceo de cobre y un traje de buceo pesado estándar. El gas respirable se hizo circular utilizando un sistema de inyectores en el circuito. Esto se desarrolló aún más con el casco Modell 1915 "Bubikopf" y el sistema de rebreather de oxígeno DM20 para una profundidad de hasta 20 m, y el rebreather de gas mixto DM40 que usaba un cilindro de oxígeno y un cilindro de aire para el suministro de gas. ^[35]

La Marina de los Estados Unidos desarrolló una variante del sistema Mark V para el buceo con heliox. Estos se utilizaron con éxito durante el rescate de la tripulación y el salvamento del USS Squalus en 1939. El casco de gas mixto heliox Mark V Mod 1 de la Marina de los EE. UU. Se basa en el casco Mark V estándar, con un cartucho de depurador montado en la parte posterior del casco. y un sistema de inyección de gas de entrada que hace recircular el gas respirable a través del depurador para eliminar el dióxido de carbono y así conservar el helio. El casco de helio usa la misma coraza que un Mark V estándar, excepto que el mecanismo de bloqueo está reubicado en la parte delantera, no hay grifo, hay una conexión eléctrica adicional para ropa interior con calefacción y, en versiones posteriores, una válvula de escape de dos o tres etapas. se instaló para reducir el riesgo de inundación del depurador.^[36] El suministro de gas en el buzo estaba controlado por dos válvulas. La "válvula Hoke" controlaba el flujo a través del inyector hacia el "aspirador" que hacía circular el gas desde el casco a través del depurador, y la válvula de control principal se usaba para el rescate para abrir el circuito, enjuagar el casco y para gas adicional cuando se trabaja duro o se desciende . El caudal de la boquilla del inyector fue nominalmente de 0,5 pies cúbicos por minuto a 100 psi por encima de la presión ambiente, lo que soplaría 11 veces el volumen del gas inyectado a través del depurador. ^[37]

Ambos sistemas estaban semicerrados y no controlaban las presiones parciales de oxígeno. Ambos utilizaron un sistema de inyectores para recircular el gas respirable y no aumentaron el trabajo respiratorio.

Innovaciones en la tecnología del rebreather de buceo recreativo

La tecnología de los rebreather ha avanzado considerablemente, a menudo impulsada por el creciente mercado de equipos de buceo recreativo. Las innovaciones incluyen:

• El rebreather electrónico de circuito completamente cerrado en sí mismo: uso de sensores electrónicos y electrogalvánicos de oxígeno para monitorear la concentración de oxígeno dentro del circuito y mantener una cierta presión parcial de oxígeno.
• Válvulas de diluyente automáticas: inyectan gas diluyente en el circuito cuando la presión del circuito cae por debajo del límite en el que el buceador puede respirar cómodamente. Básicamente, son válvulas de demanda de buceo, configuradas con una sensibilidad y un caudal relativamente bajos.
• Válvulas de buceo / superficie o válvulas de rescate: un dispositivo en la boquilla del bucle que se conecta a una válvula de demanda de rescate y se puede cambiar para proporcionar gas desde el bucle o la válvula de demanda sin que el buceador se quite la boquilla de la boca. Un dispositivo de seguridad importante cuando se produce una intoxicación por dióxido de carbono . ^[38]
• Computadoras de descompresión de gas integrado: permiten a los buceadores aprovechar la mezcla de gas real, medida por una o más celdas de oxígeno en tiempo real, para generar un programa de descompresión en tiempo real.
• Sistemas de monitoreo de la vida útil del depurador de dióxido de carbono: los sensores de temperatura controlan el progreso del frente de reacción de la cal sodada y proporcionan una indicación de cuándo se agotará el depurador. ^[23]
• Sistemas de monitoreo de dióxido de carbono: celda de detección de gas y electrónica interpretativa que detecta la presencia de dióxido de carbono en el entorno único de un circuito de rebreather.
• Múltiples puntos de ajuste seleccionados automáticamente por profundidad: los sistemas de control electrónicos del rebreather se pueden programar para cambiar el punto de ajuste por encima y por debajo de las profundidades límite seleccionables para limitar la exposición al oxígeno durante la inmersión de trabajo, pero aumentar el límite durante la descompresión por encima de la profundidad límite para acelerar la descompresión.

Ver también

• Equipo de soporte vital para buzos en liquidación CDLSE .
• Sistema de gas de oxígeno de rango completo FROGS .
• Rebreather KISS
• Lavador de dióxido de carbono

Referencias

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Fuentes

• Una historia de aparatos de respiración subacuática de oxígeno de circuito cerrado , publicada en 1970, muchas imágenes, incluidos los rebreathers de montañismo, pueden tardar en descargarse
• Página de inicio de Teknosofen Página relacionada con el Rebreather de Åke

Enlaces externos

• Rebreather Scuba Diving El mundo de Rebreather contiene más información sobre los rebreathers.