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

UN POCO DE FÍSICA PARA COMPRENDER MEJOR EL BUCEO

Los tres pilares de la física del buceo son el principio de Arquímedes, las leyes de presiones y las leyes de los gases. El primero explica el fenómeno de flotabilidad, el segundo la variación de la presión con la profundidad y la transmisión de la presión y el último el comportamiento de los gases al variar la presión, el volumen y la temperatura.

PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

"Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del líquido desplazado"

El cuerpo humano, de promedio, tiene un a densidad muy similar a la del agua. Ello supone que por cada kilogramo de peso desplaza un litro de agua, que también pesa 1 Kg (agua dulce). Aceptaremos que al estar sumergido, ni se hunde ni flota. Para nosotros es relativamente fácil hundirnos y salir a flote si sólo nos vestimos con trajes de baño. Sin embargo al utilizar un traje de buceo, nuestra densidad disminuye considerablemente, por lo que adquirimos flotabilidad positiva y se torna muy difícil sumergirnos. Por ello es necesario utilizar lastre adicional, para de tal forma volver a experimentar flotabilidad neutra o negativa.
Cuando el peso del buzo es mayor que el peso del volumen de agua desplazada su flotabilidad es negativa, el buzo tiende al fondo. Cuando el peso del buzo es menor que el peso equivalente a su volumen su flotabilidad es positiva, el buzo tiende a la superficie. La situación en la que las fuerzas son equivalentes, el peso del buzo es igual al peso del agua que desplaza, la flotabilidad se considera neutra; la fuerza ascendente se anula con la fuerza descendente.

PRINCIPIO DE PASCAL

La presión ejercida sobre un fluido se transmite a todos los puntos del mismo con la misma intensidad, en todas direcciones y de forma instantánea.

La presión atmosférica normal a nivel del mar es de 1 atmósfera. La presión ejercida por una columna de 10 m de agua de mar equivale aproximadamente a 1 atmósfera de presión. Luego, para cálculos rápidos y sencillos, se puede asumir que, por cada 10 metros de profundidad, la presión aumenta 1 atmósfera o 1 bar, pues 1,013 bar=1 atm. De este modo, podemos decir con suficiente precisión, que la presión ejercida sobre un cuerpo a 10 m bajo la superficie del mar es de 2 bar (1 bar P. atmosférica + 1 bar P. hidrostática).

Columna de agua

Columna de agua es una unidad de medida de la presión que representa el peso de una columna de agua pura (densidad 1000 kg./m³.). El múltiplo más utilizado es el metro de columna de agua (mca), que será la presión en el fondo de una piscina de un metro de profundidad

La presión en el fondo de una columna de agua de 1 m de altura sería:

P = 1000 (kg/m3) x1 (m) x 9,80665 (m/s2) = 9806,65 Pa

(Presión = Fuerza /Superficie) è

(Fuerza = Masa x Aceleración) è (Presión = Masa x Aceleración /Superficie) è

(Densidad = Masa/Volumen) è (Presión = Volumen x Densidad x Aceleración /Superficie) è

(Volumen = Superficie x Altura) è (Presión = Densidad x Altura x Aceleración)

Las principales equivalencias con otras unidades de presión se muestran a continuación:

1 mca = 9806,65 Pa

1 atm. = 10,33 mca

10,33 mca = 760 mm Hg

1 bar = 10,2 mca

10 mca = 1 kg/cm2

LEY DE BOYLE - MARIOTTE

Expresa el equilibrio de un gas a temperatura constante (relación entre la presión y el volumen de un gas). Durante la inmersión la variación de temperatura del aire es mínima y por lo tanto la ley de Boyle es especialmente práctica para entender la relación entre presión y volumen.

A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión a la que es sometido. O lo que es lo mismo: el volumen de un gas disminuye al aumentar la presión y aumenta al disminuir la presión.
De acuerdo con esta ley, si denominamos V1 al volumen de un gas al someterlo a una presión P1, y V2 al volumen del mismo gas al someterlo a otra presión P2, se enuncia:

 [P1 x V1 = P2 x V2]

La presión es inversamente proporcional al volumen de un gas: al aumentar la presión sobre una masa de gas, el volumen de este disminuye proporcionalmente.

LEY DE DALTON

El aire no es un gas puro, sino una mezcla de gases. La ley de Dalton explica que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones que ejercería cada uno de los gases componentes ocupando él solo el volumen total (La presión total ejercida por una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de los gases que componen dicha mezcla).

Dicho de otra forma: a temperatura constante, la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones a que estaría cada uno de los gases que la componen si ocupasen el volumen total de la mezcla.

P. Absoluta = P. Parcial (1) + P. Parcial (2) + P.Parcial (3) + ........

LEY DE HENRY

Relativa a la disolución de los gases. Cuando un gas entra en contacto con un líquido, las moléculas de gas (debido a su energía termodinámica - presión y temperatura), van a penetrar la interfase gas-líquido y difundirse en su interior. A este fenómeno se le conoce con el nombre de disolución de los gases.

Cuando un gas se encuentra disuelto en fase líquida se habla de tensión (T) de un gas, a diferencia de la presión parcial (p) de un gas que hace referencia a gases en una mezcla en fase gaseosa.

La ley de Henry explica que a una temperatura dada y en condición de saturación, la cantidad de gas disuelto en un líquido, es directamente proporcional a la presión ejercida por el gas sobre la superficie del líquido.

LEY DE CHARLES

A volumen constante, la presión de un gas varía de forma directamente proporcional a la temperatura. Si se dejan las botellas al sol, la presión del aire de su interior aumenta.

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