Acrónimo | CCUBA (aparato respiratorio subacuático de circuito cerrado); CCR (rebreather de circuito cerrado), SCR (rebreather semicerrado) |
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Usos | Conjunto de respiración |
Artículos relacionados | Aparato Davis |
Un rebreather es un aparato respiratorio que absorbe el dióxido de carbono del aliento exhalado por un usuario para permitir la reinspiración (reciclaje) del contenido de oxígeno sustancialmente no usado , y el contenido inerte no usado cuando está presente, de cada respiración. Se agrega oxígeno para reponer la cantidad metabolizada por el usuario. Esto difiere del aparato respiratorio de circuito abierto, donde el gas exhalado se descarga directamente al medio ambiente. El propósito es extender la resistencia respiratoria de un suministro de gas limitado y, para uso militar encubierto por hombres rana.u observación de la vida submarina, eliminando las burbujas producidas por un sistema de circuito abierto. Generalmente se entiende que un rebreather es una unidad portátil que lleva el usuario. Es más probable que se haga referencia a la misma tecnología en un vehículo o en una instalación no móvil como un sistema de soporte vital .
La tecnología de rebreather puede usarse donde el suministro de gas respirable es limitado, como bajo el agua o en el espacio, donde el ambiente es tóxico o hipóxico , como en la extinción de incendios, rescate de minas y operaciones a gran altitud, o donde el gas respirable está especialmente enriquecido o contiene costosos componentes, como diluyente de helio o gases anestésicos.
Los rebreathers se utilizan en muchos entornos: submarinos, los rebreathers de buceo son un tipo de aparato de respiración subacuático autónomo que tiene aplicaciones para el suministro de gas primario y de emergencia. En tierra, se utilizan en aplicaciones industriales donde pueden estar presentes gases venenosos o puede estar ausente de oxígeno, extinción de incendios , donde los bomberos pueden tener que operar en una atmósfera inmediatamente peligrosa para la vida y la salud durante períodos prolongados, y en sistemas de respiración de anestesia de hospitales.para suministrar concentraciones controladas de gases anestésicos a los pacientes sin contaminar el aire que respira el personal, y a gran altura, donde la presión parcial de oxígeno es baja, para montañismo a gran altura. En el sector aeroespacial existen aplicaciones en aeronaves no presurizadas y para lanzamientos en paracaídas a gran altitud, y fuera del planeta, en trajes espaciales para actividades extravehiculares . Se utiliza una tecnología similar en sistemas de soporte vital en submarinos, sumergibles, hábitats de saturación de superficie y submarinos, naves espaciales y estaciones espaciales, y en sistemas de recuperación de gas utilizados para recuperar los grandes volúmenes de helio utilizados en el buceo de saturación .
El reciclaje del gas respirable tiene un costo de complejidad tecnológica y peligros específicos, algunos de los cuales dependen de la aplicación y el tipo de rebreather utilizado. La masa y el volumen pueden ser mayores o menores que el circuito abierto según las circunstancias. Los rebreathers de buceo controlados electrónicamente pueden mantener automáticamente una presión parcial de oxígeno entre los límites superior e inferior programables, o puntos de ajuste, y estar integrados con computadoras de descompresión para monitorear el estado de descompresión del buceador y registrar el perfil de buceo .
Cuando una persona respira, el cuerpo consume oxígeno y produce dióxido de carbono . El metabolismo básico requiere aproximadamente 0,25 L / min de oxígeno a partir de una frecuencia respiratoria de aproximadamente 6 L / min, y una persona en buena forma que trabaja duro puede ventilar a una velocidad de 95 L / min, pero solo metabolizará aproximadamente 4 L / min de oxígeno [1 ] El oxígeno metabolizado es generalmente alrededor del 4% al 5% del volumen inspirado a presión atmosférica normal , o alrededor del 20% del oxígeno disponible en el aire al nivel del mar . El aire exhalado al nivel del mar contiene aproximadamente entre un 13,5% y un 16% de oxígeno. [2]
La situación es aún más derrochadora de oxígeno cuando la fracción de oxígeno del gas respirable es mayor, y en el buceo submarino, la compresión del gas respirable debido a la profundidad hace que la recirculación del gas exhalado sea aún más deseable, ya que una proporción aún mayor de circuito abierto se desperdicia gas. La reinspiración continuada del mismo gas agotará el oxígeno a un nivel que ya no apoyará la conciencia y, finalmente, la vida, por lo que se debe agregar gas que contiene oxígeno al gas de respiración para mantener la concentración requerida de oxígeno. [3]
Sin embargo, si esto se hace sin eliminar el dióxido de carbono, se acumulará rápidamente en el gas reciclado, lo que resultará casi de inmediato en una dificultad respiratoria leve y se desarrollará rápidamente en etapas posteriores de hipercapnia o toxicidad por dióxido de carbono. Generalmente es necesaria una alta tasa de ventilación para eliminar el producto metabólico dióxido de carbono (CO 2 ). El reflejo respiratorio se desencadena por la concentración de CO 2 en la sangre, no por la concentración de oxígeno, por lo que incluso una pequeña acumulación de CO 2 en el gas inhalado se vuelve rápidamente intolerable; Si una persona intenta volver a respirar directamente el gas exhalado, pronto sentirá una aguda sensación de asfixia., por lo que los rebreathers deben eliminar químicamente el CO 2 en un componente conocido como depurador de dióxido de carbono . [3]
Al agregar suficiente oxígeno para compensar el uso metabólico, eliminar el dióxido de carbono y volver a inhalar el gas, se conserva la mayor parte del volumen. [3]
PO 2 (bar) | Aplicación y efecto |
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<0,08 | Coma que finalmente conduce a la muerte |
0.08-0.10 | Inconsciencia en la mayoría de las personas. |
0.09-0.10 | Signos / síntomas graves de hipoxia |
0,14-0,16 | Signos / síntomas iniciales de hipoxia (oxígeno ambiental normal en algunas áreas de gran altitud ) |
0,21 | Oxígeno ambiental normal (aire a nivel del mar) |
0,35-0,40 | Inmersión de saturación normal Nivel de PO 2 |
0,50 | Umbral para efectos en todo el cuerpo ; exposición de inmersión de saturación máxima |
1.0–1.20 | Rango común para el punto de ajuste de circuito cerrado recreativo |
1,40 | Límite recomendado para el sector inferior de circuito abierto recreativo |
1,60 | Límite NOAA para la exposición máxima para un buceador que trabaja Límite técnico / recreativo para la descompresión |
2,20 | Descompresión de la superficie de la cámara comercial / militar "Sur-D" con 100% de O 2 a 12 msw |
2,40 | Gas de tratamiento de recompresión de nitrox de O 2 al 40% para uso en la cámara a 50 msw (metros de agua de mar) |
2,80 | Gas de tratamiento de recompresión de O 2 al 100% para uso en la cámara a 18 msw |
3,00 | 50% de gas de tratamiento de recompresión de nitrox de O 2 para uso en la cámara a 50 msw |
Hay dos disposiciones básicas que controlan el flujo de gas respirable dentro del rebreather, conocidas como sistemas de péndulo y bucle.
En la configuración de péndulo, el usuario inhala gas del contrapulmón a través de un tubo de respiración y el gas exhalado regresa al contrapulmón fluyendo de regreso a través del mismo tubo. El depurador generalmente se encuentra entre el tubo de respiración y la bolsa contrapulmonar, y el flujo de gas es bidireccional. Todos los pasajes de flujo entre el usuario y el depurador son espacios muertos.
En la configuración de bucle, el usuario inhala gas a través de un tubo y exhala a través de un segundo tubo. El gas exhalado fluye hacia el depurador de un lado y sale por el otro lado. Puede haber un contrapulmón grande, a cada lado del depurador, o dos contrapulmones más pequeños, uno a cada lado del depurador. El flujo es en una dirección, reforzado por válvulas de retención. Solo los pasajes de flujo antes de la división entre los tubos de inhalación y exhalación son espacio muerto.
Alrededor de 1620, en Inglaterra , Cornelius Drebbel construyó uno de los primeros submarinos propulsados por remo . Para volver a oxigenar el aire en su interior, probablemente generó oxígeno calentando salitre ( nitrato de potasio ) en una olla de metal para emitir oxígeno. El calentamiento convierte el salitre en óxido o hidróxido de potasio , que absorbe el dióxido de carbono del aire. Eso puede explicar por qué los hombres de Drebbel no se vieron afectados por la acumulación de dióxido de carbono tanto como se esperaría. Si es así, accidentalmente hizo un rebreather tosco más de dos siglos antes de la patente de Saint Simon Sicard. [5] [ cita requerida ]
El primer rebreather básico basado en la absorción de dióxido de carbono fue patentado en Francia en 1808 por Pierre-Marie Touboulic
de Brest , un mecánico de la Armada Imperial de Napoleón . Este primer diseño de rebreather funcionaba con un depósito de oxígeno, el oxígeno lo entregaba progresivamente el buceador y circulaba en un circuito cerrado a través de una esponja empapada en agua de cal . [6] Touboulic llamó a su invento Ichtioandre (en griego, 'hombre-pez'). [7] [ cita requerida ] No hay evidencia de que se haya fabricado un prototipo.Un prototipo de rebreather fue construido en 1849 por Pierre Aimable De Saint Simon Sicard , [8] y en 1853 por el profesor T. Schwann en Bélgica . [9] Tenía un gran tanque de oxígeno montado en la parte trasera con una presión de trabajo de aproximadamente 13,3 bares y dos depuradores que contenían esponjas empapadas en una solución de sosa cáustica .
El primer equipo de buceo en circuito cerrado comercialmente práctico fue diseñado y construido por el ingeniero de buceo Henry Fleuss en 1878, mientras trabajaba para Siebe Gorman en Londres. [10] [11] Su aparato de respiración autónomo consistía en una máscara de goma conectada a una bolsa de respiración, con (estimado) 50-60% de O 2 suministrado desde un tanque de cobre y CO 2 lavado con hilo de cuerda empapado en una solución de potasa cáustica; el sistema da una duración de aproximadamente tres horas. [11] [12] Fleuss probó su dispositivo en 1879 pasando una hora sumergido en un tanque de agua, luego una semana más tarde buceando a una profundidad de 5,5 m en aguas abiertas, en cuya ocasión resultó levemente herido cuando sus asistentes lo llevaron abruptamente a la superficie.
Su aparato fue utilizado por primera vez en condiciones operativas en 1880 por Alexander Lambert, el buzo principal en el proyecto de construcción del Túnel Severn , quien pudo viajar 1000 pies en la oscuridad para cerrar varias compuertas sumergidas en el túnel; esto había frustrado sus mejores esfuerzos con el traje de buceo estándar debido al peligro de que la manguera de suministro de aire se ensuciara con los escombros sumergidos y las fuertes corrientes de agua en los trabajos. [11]
Fleuss mejoró continuamente su aparato, agregando un regulador de demanda y tanques capaces de contener mayores cantidades de oxígeno a mayor presión. Sir Robert Davis , director de Siebe Gorman , mejoró el rebreather de oxígeno en 1910 [11] [12] con su invención del aparato de escape sumergido de Davis , el primer rebreather práctico fabricado en cantidad. Aunque se diseñó principalmente como un aparato de escape de emergencia para tripulaciones de submarinos , pronto también se utilizó para el buceo , siendo un práctico aparato de buceo en aguas poco profundas con una resistencia de treinta minutos, [12] y como un equipo de respiración industrial .
El equipo constaba de una bolsa de respiración / flotabilidad de goma que contenía un bote de hidróxido de bario para fregar el CO 2 exhalado y, en un bolsillo en el extremo inferior de la bolsa, un cilindro de presión de acero que contenía aproximadamente 56 litros de oxígeno a una presión de 120 bar. El cilindro estaba equipado con una válvula de control y estaba conectado a la bolsa de respiración . Al abrir la válvula del cilindro, se admitió oxígeno en la bolsa y se cargó a la presión del agua circundante. La plataforma también incluyó una bolsa de flotabilidad de emergencia en la parte delantera para ayudar a mantener a flote al usuario. La DSEA fue adoptada por la Royal Navy después de un mayor desarrollo por Davis en 1927. [13]De él se derivaron varios rebreathers industriales de oxígeno, como el Siebe Gorman Salvus y el Siebe Gorman Proto , ambos inventados a principios del siglo XX.
El profesor Georges Jaubert inventó el compuesto químico Oxylithe en 1907. Era una forma de peróxido de sodio (Na 2 O 2 ) o superóxido de sodio (NaO 2 ). A medida que absorbe dióxido de carbono en el depurador de un rebreather, emite oxígeno. Este compuesto fue incorporado por primera vez en un diseño de rebreather por el Capitán SS Hall y el Dr. O. Rees de la Royal Navy en 1909. Aunque estaba destinado a ser utilizado como un aparato de escape submarino, nunca fue aceptado por la Royal Navy y, en cambio, se utilizó para aguas poco profundas. buceo acuático. [12]
En 1912, la empresa alemana Dräger comenzó la producción en masa de su propia versión de traje de buceo estándar con el suministro de aire de un rebreather. El aparato había sido inventado algunos años antes por Hermann Stelzner, un ingeniero de la empresa Dräger, [14] para el rescate en minas . [15]
En la década de 1930, italianos deportivas pescadores submarinos comenzaron a utilizar el respirador Davis ; Los fabricantes italianos recibieron una licencia de los titulares de patentes ingleses para producirlo. Esta práctica pronto llamó la atención de la Armada italiana , que desarrolló un modelo ampliamente mejorado diseñado por Teseo Tesei y Angelo Belloni que fue utilizado por su unidad de hombre rana Decima Flottiglia MAS con buenos resultados durante la Segunda Guerra Mundial. [12]
Durante la Segunda Guerra Mundial , los rebreathers de hombres rana italianos capturados influyeron en los diseños mejorados de los rebreathers británicos. [12] Muchos equipos de respiración de hombres rana británicos usaban cilindros de oxígeno respirable de tripulaciones aéreas rescatados de aviones de la Luftwaffe alemana derribados . El primero de estos equipos de respiración puede haber sido el Aparato de Escape Sumergido de Davis modificado ; sus máscaras de rostro completo eran del tipo previsto para el Siebe Gorman Salvus , pero en operaciones posteriores se utilizaron diferentes diseños, lo que dio lugar a una máscara de rostro completocon una gran ventana frontal, al principio circular u ovalada y luego rectangular (en su mayoría plana, pero los lados curvados hacia atrás para permitir una mejor visión lateral). Los primeros respiradores británicos del hombre rana tenían contrapulmones rectangulares en el pecho como los respiradores italianos del hombre rana, pero los diseños posteriores tenían un hueco cuadrado en la parte superior del contrapulmón para que pudiera extenderse más hacia los hombros. Al frente tenían un collar de goma que se sujetaba alrededor del recipiente absorbente. [12] Algunos buzos de las fuerzas armadas británicas utilizaron trajes de buceo voluminosos y gruesos llamados trajes Sladen ; una versión tenía una sola placa frontal abatible para ambos ojos para permitir que el usuario se pusiera binoculares en los ojos cuando estaba en la superficie.
Los rebreathers Dräger, especialmente los modelos de la serie DM20 y DM40, fueron utilizados por los buzos con casco alemanes y los hombres rana alemanes durante la Segunda Guerra Mundial . Los rebreathers para la Marina de los EE. UU. Fueron desarrollados por el Dr. Christian J. Lambertsen para la guerra submarina. [16] [17] Lambertsen llevó a cabo el primer curso de circuito cerrado de rebreather de oxígeno en los Estados Unidos para la unidad marítima de la Oficina de Servicios Estratégicos en la Academia Naval el 17 de mayo de 1943. [17] [18]
El pionero del buceo Hans Hass usó respiradores de oxígeno Dräger a principios de la década de 1940 para la cinematografía submarina.
Debido a la importancia militar del rebreather, ampliamente demostrada durante las campañas navales de la Segunda Guerra Mundial , la mayoría de los gobiernos se mostraron reacios a entregar la tecnología al dominio público. En Gran Bretaña, el uso de rebreather para civiles fue insignificante: la BSAC incluso prohibió formalmente el uso de rebreather por parte de sus miembros. Las firmas italianas Pirelli y Cressi-Sub al principio vendieron cada una un modelo de rebreather de buceo deportivo, pero después de un tiempo descontinuaron esos modelos. Los buzos de cuevas utilizaron algunos respiradores caseros para penetrar en los sumideros de las cuevas .
La mayoría de los montañistas de gran altitud utilizan equipos de oxígeno de circuito abierto; La expedición al Everest de 1953 utilizó equipos de oxígeno de circuito cerrado y de circuito abierto: ver oxígeno embotellado .
Con el final de la Guerra Fría y el posterior colapso del Bloque Comunista , el riesgo percibido de ataque por parte de los buzos de combate disminuyó. Las fuerzas armadas occidentales tenían menos motivos para solicitar patentes de rebreather civiles , y empezaron a aparecer rebreathers de buceo recreativo automáticos y semiautomáticos.
Los rebreathers pueden clasificarse principalmente como rebreathers de buceo, destinados a uso hiperbárico, y otros rebreathers utilizados a presiones desde un poco más de la presión atmosférica normal a nivel del mar hasta una presión ambiental significativamente más baja a grandes altitudes y en el espacio. Los rebreathers buceadores a menudo deben lidiar con las complicaciones de evitar la toxicidad por oxígeno hiperbárico, mientras que las aplicaciones normobáricas e hipobáricas pueden utilizar la tecnología de rebreathers de oxígeno relativamente trivialmente simple, donde no es necesario controlar la presión parcial de oxígeno durante el uso, siempre que la presión ambiental sea suficiente.
Aquí el rebreather tiene dos bolsas de respiración, y el gas en el circuito va de los pulmones a una bolsa al absorbente a la otra bolsa y de regreso a los pulmones. [19]
Este es el primer tipo de rebreather y fue comúnmente utilizado por las armadas y para el rescate minero desde principios del siglo XX. Los rebreathers de oxígeno pueden ser diseños notablemente simples, y fueron inventados antes del buceo en circuito abierto. Solo suministran oxígeno, por lo que no hay ningún requisito para controlar la mezcla de gases que no sea la eliminación del dióxido de carbono. [20]
En algunos rebreathers, por ejemplo, el Siebe Gorman Salvus , el cilindro de oxígeno tiene mecanismos de suministro de oxígeno en paralelo. Uno es flujo constante ; la otra es una válvula de apertura y cierre manual llamada válvula de derivación; ambos se alimentan en la misma manguera que alimenta el contrapulmón . [11] En el Salvus no hay una segunda etapa y el gas se enciende y apaga en el cilindro.
Otros, como el USN Mk25 UBA, se alimentan a través de una válvula de demanda en el contrapulmón. Esto agregará gas en cualquier momento en que se vacíe el contrapulmón y el buceador continúe inhalando. El oxígeno también se puede agregar manualmente mediante un botón que activa la válvula de demanda. [21]
Algunos respiradores simples de oxígeno no tenían un sistema de suministro automático, sino solo la válvula de alimentación manual, y el buzo tenía que operar la válvula a intervalos para volver a llenar la bolsa de respiración a medida que el volumen de oxígeno disminuía por debajo de un nivel cómodo.
Todos los rebreathers que no sean rebreathers de oxígeno pueden considerarse rebreathers de gas mixto, ya que el gas de respiración es una mezcla de oxígeno y gas diluyente metabólicamente inactivo. Estos se pueden dividir en un circuito semicerrado, donde el gas de suministro es una mezcla respirable que contiene oxígeno y diluyentes inertes, generalmente nitrógeno y helio, y que se repone agregando más de la mezcla a medida que se agota el oxígeno, suficiente para mantener un presión parcial respirable de oxígeno en el circuito y rebreathers de circuito cerrado, donde se utilizan dos suministros de gas paralelos: el diluyente, para proporcionar la mayor parte del gas, y que se recicla, y el oxígeno, que se gasta metabólicamente. El dióxido de carbono se considera un producto de desecho y, en un rebreather que funciona correctamente, se elimina eficazmente cuando el gas pasa a través del depurador.
Los SCR se utilizan casi exclusivamente para el buceo submarino, ya que son más voluminosos, más pesados y más complejos que los respiradores de oxígeno de circuito cerrado, y las aplicaciones a presión atmosférica e inferiores no requieren que el oxígeno se diluya para evitar la toxicidad aguda. Los buzos militares y recreativos los usan porque brindan una mejor duración bajo el agua que el circuito abierto, tienen una profundidad operativa máxima más profunda que los rebreathers de oxígeno y pueden ser bastante simples y baratos. No dependen de la electrónica para controlar la composición del gas, pero pueden utilizar el monitoreo electrónico para mejorar la seguridad y una descompresión más eficiente. Un término alternativo para esta tecnología es "extensor de gas".
El equipo de circuito semicerrado generalmente suministra un gas respirable como nitrox o trimix a la vez. El gas se inyecta en el circuito a una velocidad para reponer el oxígeno consumido del circuito por el buceador. El exceso de gas debe ventilarse del circuito según sea necesario para dejar espacio para gas fresco rico en oxígeno. Como queda algo de oxígeno en el gas ventilado, el circuito semicerrado desperdicia tanto oxígeno como componentes inertes. [22]
Se debe utilizar una mezcla de gases que tenga una profundidad operativa máxima que sea segura para la profundidad de la inmersión que se está planificando, y que proporcionará una mezcla respirable en la superficie, o será necesario cambiar las mezclas durante la inmersión. A medida que la cantidad de oxígeno requerida por el buceador aumenta con la velocidad de trabajo, la velocidad de inyección de gas debe elegirse y controlarse cuidadosamente para evitar que el buceador pierda el conocimiento debido a la hipoxia . [23] Una tasa de adición de gas más alta reduce la probabilidad de hipoxia y proporciona una composición de gas de bucle más estable, pero desperdicia más gas.
Este tipo de rebreather funciona según el principio de agregar gas fresco para compensar el volumen reducido en el circuito de respiración. Se descarga una parte del gas respirado que de alguna manera es proporcional al uso. Generalmente es una fracción volumétrica fija del flujo respiratorio, pero se han desarrollado sistemas más complejos que agotan una aproximación cercana de una relación a la tasa de flujo respiratorio superficial. Estos se describen como sistemas con compensación de profundidad o parcialmente con compensación de profundidad. La adición de gas se desencadena por un volumen bajo del contrapulmón.
Un sistema de adición activo agrega gas de alimentación al circuito de respiración y el exceso de gas se vierte al medio ambiente a través de una válvula de sobrepresión. Estos rebreathers tienden a operar cerca del volumen máximo.
El sistema más común de adición activa de gas de relleno en rebreathers semicerrados es mediante el uso de un inyector de flujo másico constante, también conocido como flujo estrangulado . Esto se logra fácilmente mediante el uso de un orificio sónico, siempre que la caída de presión sobre el orificio sea suficiente para garantizar el flujo sónico, el flujo másico para un gas específico será independiente de la presión aguas abajo. [24]El flujo másico a través de un orificio sónico es una función de la presión aguas arriba y la mezcla de gases, por lo que la presión aguas arriba debe permanecer constante para que el rango de profundidad de trabajo del rebreather proporcione una mezcla predecible confiable en el circuito de respiración, y un regulador modificado es utilizado que no se ve afectado por cambios en la presión ambiental. La adición de gas es independiente del uso de oxígeno, y la fracción de gas en el circuito depende en gran medida del esfuerzo del buceador; es posible agotar peligrosamente el oxígeno mediante un esfuerzo físico excesivo.
El principio de funcionamiento es añadir una masa de oxígeno proporcional al volumen de cada respiración. Este enfoque se basa en la suposición de que la frecuencia respiratoria volumétrica de un buceador es directamente proporcional al consumo de oxígeno metabólico como un sustituto de la producción de dióxido de carbono, lo que la evidencia experimental indica que está lo suficientemente cerca como para funcionar dentro de tolerancias razonables. [25]
Los rebreathers de circuito cerrado (CCR) permiten inmersiones largas y no producen burbujas la mayor parte del tiempo. [26] Los rebreathers de circuito cerrado suministran dos gases respirables al circuito: uno es oxígeno puro y el otro es un gas diluyente como aire, nitrox, heliox o trimix.
Una función principal del rebreather de circuito cerrado es controlar la presión parcial de oxígeno en el circuito y advertir al buceador si se vuelve peligrosamente baja o alta. Una concentración demasiado baja de oxígeno produce hipoxia que conduce a la pérdida del conocimiento y, en última instancia, a la muerte. Una concentración demasiado alta de oxígeno produce hiperoxia, lo que conduce a la toxicidad del oxígeno , una condición que causa convulsiones que pueden hacer que el buceador pierda la boquilla cuando ocurren bajo el agua y puede provocar ahogamiento . La mezcla de gases es controlada por el buceador en rebreathers de circuito cerrado controlados manualmente agregando gas diluyente u oxígeno. La adición de diluyente puede evitar que la mezcla de gas del circuito se vuelva demasiado rica en oxígeno y la adición de oxígeno aumenta la concentración de oxígeno.
En los sistemas de circuito cerrado completamente automáticos, una válvula solenoide controlada electrónicamente inyecta oxígeno en el circuito cuando el sistema de control detecta que la presión parcial de oxígeno en el circuito ha caído por debajo del nivel requerido. Los CCR controlados electrónicamente se pueden cambiar a control manual en caso de fallas en el sistema de control. La adición de gas para compensar la compresión durante el descenso generalmente se realiza mediante una válvula de diluyente automática.
Ha habido algunos diseños de rebreather (por ejemplo, el Oxylite) que utilizan superóxido de potasio , que emite oxígeno al absorber dióxido de carbono, como absorbente de dióxido de carbono: 4 KO 2 + 2 CO 2 = 2 K 2 CO 3 + 3 O 2 . Se necesita un cilindro de oxígeno de pequeño volumen para llenar y purgar el circuito al comienzo de la inmersión. [27] Esta tecnología se puede aplicar tanto a los rebreathers de oxígeno como a los de gases mixtos, y se puede utilizar para el buceo y otras aplicaciones.
Se puede utilizar un suministro de oxígeno líquido para los rebreathers de oxígeno o gases mixtos. Si se usa bajo el agua, el contenedor de oxígeno líquido debe estar bien aislado contra la transferencia de calor del agua. Los equipos industriales de este tipo pueden no ser adecuados para el buceo y los equipos de buceo de este tipo pueden no ser adecuados para su uso fuera del agua debido a los requisitos de transferencia de calor en conflicto. El tanque de oxígeno líquido del equipo debe llenarse inmediatamente antes de su uso. Ejemplos del tipo incluyen:
Un rebreather criogénico elimina el dióxido de carbono al congelarlo en una "caja de nieve" por la baja temperatura que se produce cuando el oxígeno líquido se evapora para reemplazar el oxígeno usado.
Esto se puede comparar con algunas aplicaciones de los aparatos respiratorios de circuito abierto:
En el buceo se utiliza la más amplia variedad de tipos de rebreather, ya que las consecuencias de respirar bajo presión complican los requisitos, y hay una gran variedad de opciones disponibles según la aplicación específica y el presupuesto disponible. Un rebreather de buceo es un equipo de soporte vital crítico para la seguridad : algunos modos de falla pueden matar al buceador sin previo aviso, otros pueden requerir una respuesta adecuada inmediata para sobrevivir.
Se utiliza un sistema de recuperación de helio (o sistema push-pull) para recuperar el gas respirable a base de helio después de su uso por parte del buceador cuando esto es más económico que perderlo al medio ambiente en sistemas de circuito abierto. El gas recuperado se pasa a través de un sistema de depuración para eliminar el dióxido de carbono, se filtra para eliminar los olores y se presuriza en recipientes de almacenamiento, donde se puede mezclar con oxígeno a la composición requerida para su reutilización, ya sea inmediatamente o en una fecha posterior.
El sistema de soporte vital proporciona gas respirable y otros servicios para mantener la vida del personal bajo presión en las cámaras de alojamiento y campana de buceo cerrada. Incluye los siguientes componentes: [33]
El sistema de soporte vital de la campana proporciona y monitorea el suministro principal de gas respirable, y la estación de control monitorea el despliegue y las comunicaciones con los buzos. El suministro primario de gas, la energía y las comunicaciones a la campana se realizan a través de un umbilical de campana, formado por una serie de mangueras y cables eléctricos trenzados y desplegados como una unidad. [34] Esto se extiende a los buzos a través de los umbilicales del buzo. [33]
El sistema de soporte vital del alojamiento mantiene el ambiente de la cámara dentro del rango aceptable para la salud y comodidad de los ocupantes. Se monitorean y controlan la temperatura, la humedad, la calidad del gas respirable, los sistemas de saneamiento y el funcionamiento del equipo. [34]
Se aplican diferentes criterios de diseño a los respiradores SCBA para uso solo fuera del agua:
Los rebreathers de montañismo proporcionan oxígeno en una concentración más alta que la disponible en el aire atmosférico en un ambiente naturalmente hipóxico. Deben ser livianos y confiables en condiciones de frío severo, lo que incluye que no se ahoguen con la escarcha depositada. [35] No se ha resuelto una alta tasa de fallas del sistema debido al frío extremo. [ cita requerida ]Respirar oxígeno puro da como resultado una presión parcial de oxígeno elevada en la sangre: un escalador que respira oxígeno puro en la cima del monte Everest tiene una presión parcial de oxígeno mayor que respirar aire al nivel del mar. Esto se traduce en poder realizar un mayor esfuerzo físico en altura. La reacción exotérmica ayuda a evitar que el contenido del depurador se congele y ayuda a reducir la pérdida de calor del usuario.
Tanto el oxígeno químico como el gas comprimido se han utilizado en sistemas experimentales de oxígeno de circuito cerrado, el primero en el Monte Everest en 1938 . La expedición de 1953 utilizó un equipo de oxígeno de circuito cerrado desarrollado por Tom Bourdillon y su padre para el primer equipo de asalto de Bourdillon y Evans ; con un cilindro de oxígeno comprimido "dural" de 800l y un bote de cal sodada (el segundo equipo de asalto (exitoso) de Hillary y Tenzing utilizó equipo de circuito abierto). [36]
Un traje de buceo atmosférico es un pequeño sumergible articulado unipersonal de forma aproximadamente antropomórfica, con articulaciones de las extremidades que permiten la articulación bajo presión externa mientras se mantiene una presión interna de una atmósfera. El suministro de gas respiratorio puede ser suministrado desde la superficie por el umbilical o por un rebreather que se lleve en el traje. Un rebreather de suministro de gas de emergencia también puede instalarse en un traje con suministro de superficie o rebreather para el gas respirable primario. Como la presión interna se mantiene en una atmósfera, no hay riesgo de toxicidad aguda por oxígeno. Esta es una aplicación de buceo bajo el agua, pero tiene más en común con las aplicaciones industriales que con los rebreathers de buceo a presión ambiental.
Requisitos y entorno de trabajo similares al montañismo, pero el peso es un problema menor. El rebreather soviético IDA71 también se fabricó en una versión para gran altitud, que se hizo funcionar como un rebreather de oxígeno.
Las máquinas de anestesia se pueden configurar como rebreathers para proporcionar oxígeno y gases anestésicos a un paciente durante una cirugía u otros procedimientos que requieran sedación. Hay un absorbente en la máquina para eliminar el dióxido de carbono del bucle. [37]
Se pueden utilizar sistemas de circuito tanto semicerrado como completamente cerrado para las máquinas de anestesia, y se utilizan sistemas de bucle bidireccional de flujo bidireccional y uno direccional de empuje y tracción (péndulo). [38] El circuito de respiración de una máquina configurada en bucle tiene dos válvulas unidireccionales para que solo el gas depurado fluya hacia el paciente mientras que el gas expirado regresa a la máquina. [37]
La máquina de anestesia también puede proporcionar gas a pacientes ventilados que no pueden respirar por sí mismos. [39] Un sistema de eliminación de gases residuales elimina cualquier gas de la sala de operaciones para evitar la contaminación ambiental. [40]
Una de las funciones de un traje espacial es proporcionar al usuario gas respirable. Esto se puede hacer a través de un umbilical de los sistemas de soporte vital de la nave espacial o del hábitat, o de un sistema de soporte vital primario que se lleva en el traje. Ambos sistemas involucran tecnología de rebreather, ya que eliminan el dióxido de carbono del gas respirable y agregan oxígeno para compensar el oxígeno utilizado por el usuario. Los trajes espaciales suelen utilizar respiradores de oxígeno, ya que esto permite una presión más baja en el traje, lo que le da al usuario una mayor libertad de movimiento.
Los submarinos , los hábitats submarinos , los refugios antiaéreos, las estaciones espaciales y otros espacios habitables ocupados por varias personas durante períodos de tiempo medio a largo con un suministro de gas limitado son equivalentes a los respiradores de circuito cerrado en principio, pero generalmente dependen de la circulación mecánica del gas respirable a través del depuradores.
Existen varios problemas de seguridad con el equipo de rebreather, y estos tienden a ser más graves en los rebreathers de buceo.
Algunos de los peligros se deben a la forma en que funciona el equipo, mientras que otros están relacionados con el entorno en el que se utiliza el equipo.
La hipoxia puede ocurrir en cualquier rebreather que contenga suficiente gas inerte para permitir la respiración sin activar la adición automática de gas.
En un rebreather de oxígeno, esto puede ocurrir si el circuito no se purga lo suficiente al inicio del uso. La purga debe realizarse mientras se respira fuera de la unidad para que el gas inerte de los pulmones del usuario también se elimine del sistema.
La acumulación de dióxido de carbono ocurrirá si el medio del depurador está ausente, mal empaquetado, inadecuado o agotado. El cuerpo humano normal es bastante sensible a la presión parcial de dióxido de carbono y el usuario notará una acumulación. Sin embargo, a menudo no se puede hacer mucho para solucionar el problema, excepto cambiar a otro suministro de gas respirable hasta que se pueda volver a empaquetar el lavador. El uso continuo de un rebreather con un depurador ineficaz no es posible por mucho tiempo, ya que los niveles se volverán tóxicos y el usuario experimentará dificultad respiratoria extrema, seguida de pérdida del conocimiento y muerte. La velocidad a la que se desarrollan estos problemas depende del volumen del circuito y de la tasa metabólica del usuario en ese momento.
La acumulación de dióxido de carbono también puede ocurrir cuando una combinación de esfuerzo y trabajo respiratorio excede la capacidad del usuario. Si esto ocurre cuando el usuario no puede reducir el esfuerzo lo suficiente, puede ser imposible de corregir. Es más probable que este problema ocurra con rebreathers de buceo a profundidades donde la densidad del gas respirable es muy elevada.
Los respiradores industriales se utilizan a menudo donde el aire ambiental está contaminado y puede ser tóxico. Algunas partes del bucle estarán a una presión ambiente ligeramente más baja que la del ambiente externo durante la inhalación, y si el circuito no es hermético, pueden filtrarse gases externos. Este es un problema particular alrededor del borde de una máscara de cara completa, donde el faldón de la máscara de goma debe sellar contra la cara del usuario.
Las altas presiones parciales de oxígeno aumentan en gran medida el riesgo de incendio, y muchos materiales que se autoextinguen en el aire atmosférico arderán continuamente en una alta concentración de oxígeno. Esto es más peligroso para las aplicaciones terrestres como el rescate y la extinción de incendios que para el buceo, donde el riesgo de ignición es relativamente bajo.
Causado por una inundación de bucle que alcanza el recipiente absorbente, por lo que solo se aplica en aplicaciones sumergidas.
El término "penetración" significa que el depurador no continúa eliminando suficiente dióxido de carbono del gas que circula en el circuito. Esto ocurrirá inevitablemente si el depurador se usa demasiado tiempo, pero puede suceder prematuramente en algunas circunstancias. Hay varias formas en que la depuradora puede fallar o volverse menos eficiente:
Un tubo de respiración es un tubo flexible para respirar, como parte de un equipo de buceo u otro aparato respiratorio o un aparato de oxígeno médico o un aparato anestésico (aquí se distinguen de las mangueras de presión media que a menudo se encuentran como partes de los aparatos respiratorios modernos .)
Son anchos y generalmente corrugados para permitir que la cabeza del usuario se mueva sin que el tubo se pellizque o se doble.
Cada extremo tiene una conexión hermética. Pueden contener una válvula unidireccional para mantener el flujo de aire o gas en la forma correcta.
Según el uso esperado, pueden ser de caucho puro, o de caucho reforzado con lona (exterior o empotrada) o similar. Si la capa de lona está en el exterior (como en el Siebe Gorman Salvus y el IDA71 y algunas máscaras antigás antiguas , protege la goma de los daños causados por raspaduras, pero dificulta la eliminación de toda la sal después de una inmersión en agua salada).
Los tubos respiratorios deben ser lo suficientemente largos para conectar el aparato a la cabeza del buceador en todas las posiciones de su cabeza, pero no deben ser innecesariamente largos, lo que provocará un arrastre hidrodinámico adicional o el riesgo de engancharse en las cosas, o contener un exceso de espacio muerto en un rebreather pendular. . Los tubos de respiración en forma de bucle sobre los hombros se pueden atar a los hombros del buceador o lastrarse para una flotabilidad neutra y minimizar las cargas en la boquilla.
Algunos de los primeros respiradores tenían un tubo de respiración, por el que pasaba el gas respirado en ambos sentidos: esto se llama sistema de péndulo ; otros tienen dos tubos de respiración, con válvulas unidireccionales que mantienen el flujo de gas en la forma correcta.
En algunos rebreathers , las partes del aparato están conectadas entre sí por tramos de tubo de respiración, lo que resulta en más tramos de tubo en el aparato:
Viper SCR
Rebreather Aerorlox en un museo de minería del carbón
Rebreathers de rescate de minas en museo
Maniquí con equipo de buzo de combate de la Armada finlandesa. El rebreather de pecho probablemente sea Viper S-10.
Industrial / rescate:
Otros: