AUTOR DEL BLOG

JOSE LUIS MARTIN LAPRESA

[Buceador DIVE MASTER PADI y Buceador 3 Estrellas FEDAS]
[Socorrista acuático por la Federación Española de Salvamento y Socorrismo]


Autora de la imagen: Nina

POR CADA 10 METROS DE PROFUNDIDAD 1 ATMÓSFERA DE PRESIÓN

EL PESO DE LA COLUMNA DE AGUA
Para los cálculos de presiones soportadas por el buceador nos dicen los manuales de buceo que por cada 10 metros de columna de agua de mar equivale a 1 bar de presión, mientras que en agua dulce es algo menos de 1 bar, exactamente 0,97 bares.
Los valores de presión hidrostática utilizados en nuestros cálculos son:
-          AGUA SALADA 0,1 bar por cada metro de columna de agua
-          AGUA DULCE  0,097 bar por cada metro de columna de agua
(estos valores son más aproximados en atmósferas que en bares como vamos a ver en la demostración siguiente)
¿De dónde salen estos valores?
Lo primero vamos a señalar las unidades de presión habitualmente manejadas y sus equivalencias:
1 ATM (atmósfera) = 760 mmHg (milímetros de mercurio) = 1,013 bar = 1,033 kp/cm2
Lo primero que podemos observar es que una atmósfera de presión no es exactamente un bar de presión hecho que en buceo, por redondeo, utilizamos con frecuencia.
Si disponemos de una piscina de 10 metros de profundidad y calculamos la presión hidrostática sobre el fondo de la piscina debida al peso de la columna de agua tendríamos:
Si tomamos una sección cuadrada de 1 centímetro de lado del fondo de la piscina su superficie será de 0,01 m. x 0,01 m = 0,0001 m2
Como la columna de agua es de 10 metros el volumen de agua que ejerce presión sobre dicha superficie del fondo de la piscina será V = 0,0001 m2 x 10 m = 0,001 m3
Y, ¿cuánto pesan 0,001 m3 de agua? Pues depende de la densidad.
ECUACIÓN: d = P / V
Donde
P, peso en kp (habitualmente ponemos kg pero lo correcto es kilopondios)
V, volumen en l
d, densidad del agua (deberíamos hablar de peso específico)
Si despejamos el Peso tenemos P = V x d
[1] Agua de SALADA, densidad 1,03 kg/l P = 0,001 m3 x 1,03 kg/l = (como 1 m3 = 1000 l) = 1 l x 1,03 kg/l = 1,03 kg.
[2] Agua de DULCE, densidad 1,00 kg/l P = 0,001 m3 x 1,00 kg/l = (como 1 m3 = 1000 l) = 1 l x 1,00 kg/l = 1,00 kg.
Dicho peso gravita sobre una superfice de 1 cm2 por lo que la presión ejercida será de:
[1] Agua de SALADA, Ph (presión hidrostática) = 1,03 kp/cm2
[2] Agua de DULCE, Ph (presión hidrostática) = 1,00 kp/cm2
Si observamos las diferentes unidades de presión y sus equivalencias vemos que 1 Atmosfera = 1,033 kp/cm2.
Como hemos indicado la presión hidrostática de una columna de 10 metros de agua salada ejerce una presión de 1,03 kp/cm2 es por ello que podemos aproximar 1 atmósfera a 10 metros de columna de agua (m.c.m.) salada.
CONCLUSION:
[1] Agua de SALADA, 10 m.c.a = 1,03 kp/cm2 = 1 ATM
[2] Agua de DULCE, 10 m.c.a = 1,00 kp/cm2 = 0,968 ATM



EJERCICIOS PARA EL CURSO DE DIVE MASTER (2)

CÁLCULOS DE LA FLOTABILIDAD
Para los cálculos de flotabilidad necesitamos dos datos, el peso del objeto y su volumen sumergido (agua que desplaza)

[1] Llevar a la superficie del mar un objeto con peso y volumen conocido.
A una profundidad de 40 metros se encuentra un objeto cuyo peso es de 500 kg. y su volumen es de 300 litros.
Convenio de signos:
(+) Fuerza ascendente (flotabilidad positiva), se corresponde con el empuje, E
(-) Fuerza descendente (flotabilidad negativa), se corresponde con la fuerza de la gravedad, P
El objeto está expuesto a:
-          una fuerza que tiende a hundirlo (fuerza de la gravedad) y es su peso 500 kg. (P = -500 kg)
-          una fuerza que tiene de llevarlo a la superficie (empuje) y corresponde al peso del agua desplazada (volumen del objeto sumergido), E= 300 l x 1,03 kg/l = 309 kg
Tenemos una fuerza negativa de 500 kg frente a otra positiva de 309 kg, el diferencial es negativo con un valor de 500 – 309 = 191 kg. (flotabilidad negativa)
La flotabilidad NEUTRA se consigue con el equilibrio de fuerzas, es decir, P = E
Por lo tanto debemos compensar un E=191 kg.
ECUACIÓN: E = V x d
Donde
E, empuje en kg
V, volumen en l
d, densidad del agua (mar 1,03 kg/l)
Conocemos el empuje (191 kg) y la densidad (1,03 kg/l), despejamos la incógnita que es el volumen:
E = V x d → V = E / d = 191 / 1,03 = 185,44 l.
CONCLUSIÓN: Necesitamos un globo de aire de 185,44 litros para conseguir flotabilidad neutra, a partir de este valor cualquier incremento de volumen de aire en el globo llevará irremediablemente nuestro objeto a la superficie.

[2] Llevar a la superficie del mar un objeto con peso y volumen conocido.
Un buceador trata de rescatar un objeto a una profundidad de 26 metros, en agua salada, utiliza una cámara de aire y precisa una fuerza de empuje de 29 kg. para liberar el objeto del fondo.
Se pide calcular cuánto se expande el aire de la cámara al salir a la superficie y sabiendo que la cámara puede expandirse hasta un volumen máximo de 110 litros ver si es capaz de soportar la presión interna del gas en expansión.
Sabemos que la densidad del agua salada es de 1,03 kg/l
Sabemos que debemos generar un empuje ascensional por valor de 29 kg. Para ello debemos introducir aire en la cámara hasta desplazar un volumen de agua de mar cuyo peso sea de 29 kg.
ECUACIÓN: E = V x d
Donde
E, empuje en kg
V, volumen en l
d, densidad del agua (mar 1,03 kg/l)
Conocemos el empuje (29 kg) y la densidad (1,03 kg/l), despejamos la incógnita que es el volumen:
E = V x d → V = E / d = 29 / 1,03 = 28,16 l.
CONCLUSIÓN: Necesitamos introducir en la cámara de aire un volumen de 28,16 l para conseguir flotabilidad neutra, a partir de este valor cualquier incremento de volumen de aire en el globo llevará irremediablemente nuestro objeto a superficie.
28,16 litros a una profundidad de 26 m. (PA = 3,6 bar) al llegar a superficie (PA = 1 bar) es 3,6 veces menos denso y por lo tanto 3,6 veces más voluminoso. V = 28,16 l x 3,6 = 101,36 l. Volumen del aire expandido en superficie dentro de la cámara de aire. Como Vmax = 110 l > 101,36 l →NO EXPLOTA LA CÁMARA
Para una mejor comprensión del ejercicio recordar P1 x V1 = P2 x V2
3,6 x 28,16 = 1 x V2 → V2 = 101,36 l

FLOTABILIDAD DE LA BOTELLAS

Consultando las especificaciones técnicas de diferentes botellas de buceo podemos observar como para un mismo material, modelo y fabricante, si comparamos la flotabilidad de una botella de 15 litros frente a una de 12 l., para la situación llena y vacía, los números, aunque lógicos, pueden sorprender a más de un buceador.
Siempre escuchamos que la botella de 15 pesa más que la botella de 12 por lo que deberemos tenerlo en cuenta a la hora de calcular nuestro lastre. Conclusión, muchos piensan que llevando una botella de 15 litros necesitamos menos lastre que con una botella de 12 litros puesto que la primera pesa más.
El error está en que no debemos hablar en términos de peso sino de flotabilidad y aquí entra en juego no solo lo que pesa la botella sino su volumen (principio de Arquímedes, el empuje del agua se corresponde con el peso del agua desalojada).
Hay modelos en que la botella de 15 litros vacía tiene una mayor flotabilidad que la botella de 12 litros, mientras que llenas de aire es a la inversa, la botella de 15 flota menos que la de 12 litros. Esto es perfectamente normal y lógico puesto que su mayor tamaño comporta un mayor volumen y cuando la botella está vacía aunque pesa más que la botella de 12 también tiene un mayor empuje del agua que contrarresta su peso.
OJO POR ELLO AL DETEMINAR NUESTRO LASTRE PUES CON LA BOTELLA DE 15 LLENA ME HUNDO MEJOR, PERO AL FINALIZAR LA INMERSIÓN, SI HEMOS APURADO LA BOTELLA, PUEDE QUE NOS CUESTE MÁS HACER LA PARADA DE SEGURIDAD MANTENIENDO UNA FLOTABILIDAD NEUTRA.
Como dato os extraigo de las especificaciones técnicas de una botella del fabricante Scubapro:
Material: acero, litros botella 11,6, peso 13,4 kg, flotabilidad llena (-2,9 kg), flotabilidad vacía (-0,8 kg)
Material: acero, litros botella 14,5, peso 17,1 kg, flotabilidad llena (-3,9 kg), flotabilidad vacía (-0,5 kg)