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Traducido por Jordi Mateo con el permiso de Richard Pyle
| ¿Que es? | ¿Cuales son sus ventajas? | ¿Cuales son sus desventajas? | ¿Donde puedo aprender más? |
Para entender lo que es un rebreather y como funciona, es útil entender como funciona un
equipo de buceo convencional. Casi todos los equipos de buceo
disponibles públicamente hoy en día corresponden a una clase de equipos llamada
de circuito-abierto. Este tipo de sistema (dibujo de la derecha) fue introducido
inicialmente para el buceo deportivo por Cousteau y consta de una fuente de gas comprimido
y de un regulador bajo demanda del cual respira el buceador. El gas usado es liberado en
forma de burbujas en cada respiración, de aquí el termino "circuito-abierto".
Un equipo de circuito-abierto es inherentemente ineficiente: porque solo una pequeña
parte de cada inspiración es usada por el metabolismo del buceador, y se
produce un enorme desperdicio
de oxígeno (O2) en cada respiración. Es más, la cantidad de O2
perdido de esta manera aumenta al aumentar la profundidad.
Un rebreather es un equipo de buceo fundamentalmente distinto. Hay tres tipos básicos de rebreathers actualmente utilizados por el gobierno y la industria: rebreather de oxígeno, rebreather semi-cerrado (semi-closed), y rebreather de circuito-cerrado (closed-circuit). Cada uno tiene sus ventajas y desventajas específicas, tal como trataremos un poco más adelante. Todos los tipos de rebreathers tienen, sin embargo, ciertos componentes comunes básicos. Todos los diseños empiezan por un circuito de respirar (breathing loop) equipado con una boquilla (mouthpiece), por la cual respira el buceador. Si todo el circuito de respirar fuera de construcción rígida, el buceador sería incapaz de respirar porque no habría espacio para acoger el gas expirado, ni tampoco para proporcionar el gas inspirado (es como intentar respirar en una botella de limonada). Por lo tanto, debe haber algún tipo de saco compresible conectado al circuito de respirar que se hincha cuando el buceador expira, y se deshincha cuando el buceador inspira. Este saco lo llamamos, bastante apropiadamente, un contrapulmón (counterlung). Si un buceador continuara respirando en este circuito de respirar, el dióxido de carbono (CO2) expirado por el buceador aumentaría pronto a niveles peligrosos. Por lo tanto, el circuito de respirar debe incorporar además un bote de absorbente de CO2 conteniendo algún tipo de producto químico (p.e., HP Sodasorb, Sofnolime®, o hidróxido de litio) que absorba el CO2 eliminandolo del gas que se respira. Por supuesto, el bote de absorbente de CO2 no permite, por si solo, que el buceador siga respirando indefinidamente del rebreather; el oxígeno del circuito de respirar sería finalmente consumido por el metabolismo del buceador. Por tanto, el rebreather debe disponer de algo que permita que el oxígeno sea inyectado en el circuito de respirar para continuar sustentando al buceador. Es más, para prevenir que el buceador vuelva simplemente a inspirar el mismo gas que acaba de expirar, el rebreather debe ser diseñado para asegurar que el gas continua circulando en una sola dirección alrededor del circuito de respirar. Esto se consigue generalmente con una válvula de control de flujo hacia arriba, y otra válvula de control de flujo hacia abajo a cada lado de la boquilla; esto permite que el gas inspirado venga de un solo lado del circuito de respirar, y que el gas expirado se vaya solo por el otro lado. Otra característica común en la mayoría de diseños de rebreathers es algún tipo de válvula de cierre en la boquilla que permite cerrarla cuando se saca de la boca debajo del agua, para evitar que el agua inunde el circuito de respirar.
La diferencia fundamental entre los tres tipos de rebreathers es la forma en que añaden gas en el circuito de respirar, y el control de la concentración de oxígeno en este gas.
El rebreather de oxígeno es el sistema de rebreather más simple, y nos
servirá de punto de partida
para nuestro desarrollo de sistemas más complejos. Un rebreather
de oxígeno consiste en los elementos descritos anteriormente, donde un cilindro
de oxígeno puro suministra el gas que reemplaza el oxígeno
consumido por el buceador. Algunos tipos de rebreathers de oxígeno añaden
oxígenoa flujo constante en el circuito de respirar, el cual se escoge
para que concuerde con la proporción al cual el metabolismo del buceador lo
consume. Sin embargo, la proporción consumida por del metabolismo del buceador
puede variar a lo largo de la inmersión debido a la variación en el esfuerzo
que este realiza.
De aquí, que este tipo de sistema de añadido-activo
sea propenso a añadir mucho más oxígeno del necesario durante los periodos de reposo
(provocando una emisión de gas desperdiciado del circuito de respirar),
y/o insuficiente oxígeno durante los periodos de trabajo duro ( llevando
al buceador a la necesidad de añadir oxígeno a través de una válvula
manual directa). Muchos rebreathers de oxígeno incorporan algún tipo de sistema de
añadido-pasivo por el cual el oxígeno es añadido al circuito de respirar
en una proporción que se corresponde con el nivel de consumo del metabolismo
del buceador. Un método simple de conseguir este sistema para añadir gas
consiste en una válvula mecánica que se dispara cuando el contrapulmón
se colapsa completamente. A medida que el cuerpo del buceador convierte
oxígeno en dióxido de carbono, a través del metabolismo, y que el dióxido
de carbono es retirado por el absorbente de CO2, el volumen
total de gas en el circuito de respirar disminuye. Finalmente,
una inspiración del buceador causará que el contrapulmón se "cierre"
(colapse completamente), disparando por tanto la válvula mecánica
de añadir oxígeno. El riesgo con este tipo de sistema de rebreather de oxígeno
es que es de vital importancia llenar el circuito de respirar con oxígeno puro
antes del iniciar la inmersión. Si un volumen suficientemente elevado
de otros gases está presente en el circuito de respirar, el buceador puede sufrir una
hipoxia
(insuficiencia de oxígeno) antes de que el contrapulmón se colapse lo suficiente
como para disparar
la válvula mecánica de añadir oxígeno. Desde el punto de vista del diseño,
los rebreathers de oxígeno son muy simples porque no necesitan un sistema de control de O2
complejo. Sin embargo, son al mismo tiempo
extremadamente limitados en sus funciones debido a la posibilidad de
toxicidad del oxígeno del CNS
(demasiado oxígeno) que impide el uso de los rebreathers de oxígeno
a profundidades superiores a los 6 metros / 20 feet. Para descender
con garantías a profundidades mayores, la mezcla de gases en
el circuito de respirar debe contener algún componente distinto del
oxígeno puro (p.e., nitrógeno o helio). Este tipo de rebreathers
de mezcla de gases se presentan bajo las dos modalidades siguientes:
rebreathers semi-cerrados o rebreathers de circuito-cerrado.
A diferencia de los rebreathers de oxígeno, los rebreathers semi-cerrados son rebreathers de mezcla de gases, en el sentido de que incorporan mezclas de gases en lugar de oxígeno puro. Hay fundamentalmente dos categorías distintas de rebreathers semi-cerrados: de añadido-activo, y de añadido-pasivo. Con diferencia, los sistemas de añadido-activo son los más comunes. Son similares en cuanto a diseño a los rebreathers de oxígeno de añadido-activo, excepto en que el gas suministrado contiene una mezcla en lugar de oxígeno puro. El gas suministrado es habitualmente inyectado en el circuito de respirar a flujo de masa-constante. En otras palabras, independientemente de la profundidad, durante un periodo de tiempo dado un número constante de moléculas de gas son inyectadas en el circuito. El flujo de inyección en estos sistemas tiene que ser ajustado de acuerdo a la fracción de oxígeno del gas suministrado, de forma que la proporción de oxígeno añadido en el circuito de respirar concuerde o exceda la velocidad a la cual el buceador consume el oxígeno en el circuito de respirar.
La ventaja de un rebreather de este tipo comparado
con un rebreather de oxígeno es que permite al buceador descender
a profundidades mayores sin un riesgo excesivo de toxicidad por
oxígeno. La desventaja, sin embargo, es que la parte
del gas suministrado que no es oxígeno (habitualmente nitrógeno, helio,
o los dos) es añadida también a flujo constante en el circuito de respirar.
Como el cuerpo del buceador no consume estos otros gases, se van acumulando
en el circuito de respirar. Para evitar la lógica consecuencia de
sobre-expansión, este exceso de gas debe ser periódicamente vaciado fuera
del circuito de respirar. Lo ideal sería que solo los componentes adicionales
al oxígeno del gas respirable fueran vaciados fuera del circuito, guardando
el oxígeno para el consumo del buceador. Sin embargo, como el gas en el circuito
de respirar está más o menos homogéneamente mezclado, una parte del gas
vaciado es oxígeno desperdiciado.
Un problema adicional con los rebreathers semi-cerrados de añadido-activo es que la concentración de oxígeno en el circuito de respirar es variable. En primer lugar, la fracción de oxígeno en el circuito de respirar va quedando a la fuerza algo por debajo de la fracción de oxígeno del gas suministrado. La razón está en que el cuerpo del buceador está "sacando" el oxígeno fuera del gas respirado mucho más rápido de lo que está "sacando" los otros constituyentes del gas suministrado. Adicionalmente, el oxígeno es añadido al circuito a flujo constante, pero la velocidad a la que el cuerpo del buceador consume el oxígeno varía en relación a su esfuerzo. La tasa de consumo de oxígeno por el metabolismo de un buceador puede variar hasta un factor de 6 veces o más en condiciones normales, y hasta 10 veces en condiciones extremas, dependiendo del nivel de esfuerzo. Estas fluctuaciones pueden afectar la distancia de "separación" entre la fracción de oxígeno del gas suministrado y la fracción de oxígeno del gas respirado. Para minimizar el riesgo de hypoxia, la concentración de oxígeno del gas suministrado y el flujo al que el gas suministrado es inyectado en el circuito de respirar deben ser suficientemente altos para cubrir las necesidades del buceador durante los niveles mayores de esfuerzo. Como más alta sea la fracción de oxígeno en el gas suministrado, más restrictivo es el límite de profundidad durante los periodos de poco esfuerzo debido al riesgo de toxicidad por oxígeno. Además, como más alto sea el flujo de inyección del gas, menos durará un cierto volumen de gas suministrado (e.d.. menor eficiencia del uso del gas suministrado). Por lo tanto, debido a la (generalmente impredecible) variabilidad de las necesidades de oxígeno del buceador durante una inmersión, y la imposibilidad de los rebreathers semi-cerrados de flujo constate para adaptarse a esta variabilidad, los rebreathers semi-cerrados de añadido-activo son inherentemente ineficientes en comparación con otro tipo de rebreathers. Un enfoque alternativo al diseño de rebreathers semi-cerrados es algún tipo de sistema de añadido-pasivo. Los diseños de añadido-pasivo intentan ajustar la tasa a la que el gas suministrado es añadido al circuito de respirar para que se adapte mejor a las necesidades metabólicas del buceador. La forma más simple de hacer este ajuste en tiempo real es "condicionar" la tasa de inyección del gas al ritmo respiratorio del buceador. El la mayoría de los casos, el ritmo respiratorio, o volumen respirado por minuto (Respiratory Minute Volume, o RMV), será directamente proporcional a la tasa metabólica de consumo de oxígeno. Por eso, la mayor parte de rebreathers semi-cerrados de añadido-pasivo inyectan el gas suministrado al circuito de respirar al ritmo del RMV del buceador: a mayor RMV más gas inyectado se añade, y a menor RMV menos gas inyectado se añade. Aunque este enfoque reduce el problema de las amplias fluctuaciones en el contenido de oxígeno del gas respirado a niveles distintos de esfuerzo, sigue siendo necesario vaciar regularmente el gas sobrante, limitando así la eficiencia del gas.
Rebreather de circuito-cerrado
Aunque el termino de "rebreather de circuito-cerrado" se usa con
frecuencia para referirse a cualquier tipo de rebreather, en este
contexto este termino se usará para referirse específicamente a rebreathers de
mezcla-de-gases de circuito-cerrado. Igual que los rebreathers semi-cerrados,
los rebreathers de circuito-cerrado son rebreathers de mezclas de gas,
permitiendo descender a profundidades muy superiores a las que se pueden
alcanzar con garantías con los rebreathers de oxígeno. No
obstante, hay varias diferencias importantes y fundamentales entre los
rebreathers semi-cerrados y los rebreathers de circuito-cerrado.
La primera diferencia está relacionada con la forma en que el oxígeno se añade en el circuito de respirar. Mientras que los rebreathers semi-cerrados inyectan oxígeno junto con otros gases, los rebreathers de circuito-cerrado constan en general de dos suministros de gas independientes. Uno de ellos contiene oxígeno puro, que es inyectado en el circuito de respirar para compensar el oxígeno consumido por el buceador. El otro suministro de gas se llama diluyente. El diluyente consiste habitualmente en aire comprimido o una mezcla de gases especial como el nitrox (nitrógeno-oxígeno, generalmente con una concentración de oxígeno superior a la del aire comprimido), el heliox (helio-oxígeno, generalmente con una concentración de oxígeno inferior a la del aire comprimido), el neox (neón-oxígeno) o el trimix (generalmente helio-nitrógeno-oxígeno). La mezcla de gases del diluyente contiene normalmente suficiente oxígeno para que pueda ser respirada directamente de la botella con un sistema de circuito-abierto a la profundidad que se realiza la inmersión. Este suministro es utilizado para mantener el volumen del sistema durante las bajadas de nivel en las que el volumen del gas del circuito de respirar es comprimido. En algunos rebreathers el diluyente es utilizado también para el suministro de gas al circuito-abierto de escapada de emergencia (emergency open-circuit bailout) en el caso de fallo total del rebreather.
La segunda diferencia en importancia entre un rebreather de circuito-cerrado y un rebreather semi-cerrado es la forma en que los dos sistemas mantienen la concentración de oxígeno en el circuito de respirar. Mientras que la mayoría de los rebreathers semi-cerrados mantienen una fracción (más o menos) constante de oxígeno (FO2) a lo largo de la inmersión, los rebreathers de circuito-cerrado mantienen una presión parcial relativamente constante de oxígeno (PO2) en el circuito de respirar. Para conseguirlo, prácticamente todos los rebreathers de circuito-cerrado incorporan algún tipo de sensores de oxígeno electrónicos que monitorizan la concentración de oxígeno del gas respirado. En la mayoría de los casos, los rebreathers de circuito-cerrado incorporan también un sistema de control electrónico del O2 , que añade oxígeno automáticamente cuando la PO2 cae por debajo de un cierto nivel ( este nivel se llama valor-establecido o "set-point").
Tal como se describe a continuación, los rebreathers de circuito-cerrado tienen ventajas y desventajas cuando son comparados con los equipos de circuito-abierto o con los rebreathers semi-cerrados. Todas estas tecnologías de buceo tienen aplicaciones importantes.
¿Cuales son las ventajas de los Rebreathers?
Los rebreathers en general, y los rebreathers de circuito-cerrado en particular, aportan tres ventajas fundamentales sobre los equipos de circuito-abierto: utilización más eficiente del gas, optimización de la descompresión, y funcionamiento cercano al silencio.
Quizás la ventaja más significativa que ofrecen los rebreathers de circuito-cerrado ( y en menor medida, los rebreathers semi-cerrados) es el gran incremento en la eficiencia del gas. Bajo circunstancias normales, un buceador solo usa una pequeña fracción del oxígeno de cada inspiración; cuando el buceador expira, la mayor parte del oxígeno abandona los pulmones sin ser usado. Cuando se utiliza un equipo de circuito-abierto, el oxígeno y otros gases son desechados en forma de burbujas. Al aumentar la profundidad del buceador, esta ineficiencia de los sistemas de circuito-abierto se multiplica: debido al aumento de la presión, a profundidades mayores, más moléculas de gas se pierden con cada expiración. Un rebreather en cambio, retiene la mayor parte o incluso todo el gas expirado, lo procesa, y lo devuelve al buceador. En el caso de los rebreathers de circuito-cerrado, como no hay prácticamente ninguna burbuja expirada, no varía la eficiencia del uso del gas a profundidades superiores. Por lo tanto, como más profunda sea la inmersión, más ventajoso (desde la perspectiva de la eficiencia del gas) es el rebreather. Por ejemplo, una botella de buceo estándar contiene suficiente gas para mantener una persona normal en reposo durante aproximadamente una hora y media en superficie. La misma botella durará solo 45 minutos a 10 metros / 30 feet bajo el agua, y menos de 10 minutos a una profundidad de 90 metros / 300 feet. Pero si esta misma botella se llenara de oxígeno y se utilizara para suministrar un rebreather de circuito-cerrado, el buceador podría mantenerse teóricamente bajo el agua durante dos días -- con independencia de la profundidad!
Eficiencia en la Descompresión
La segunda ventaja está relacionada con la optimización de la descompresión. Esta ventaja solo es aplicable a los rebreathers de circuito-cerrado, no es aplicable a los rebreathers de oxígeno o semi-cerrados. Los rebreathers de oxígeno están limitados a profundidades en que la descompresión no es un problema. La razón por la que solo es aplicable a rebreathers de circuito-cerrado y no a los rebreathers semi-cerrados está relacionada con las diferencias en la dinámica de los gases que se respiran en estos dos tipos de rebreathers. Como se ha mencionado anteriormente, los rebreathers semi-cerrados mantienen un fracción de oxígeno más o menos constante en el gas que se respira, mientras que los rebreathers de circuito-cerrado mantienen una presión parcial de oxígeno constante en el gas que se respira. Un rebreather de circuito-cerrado mantiene la concentración de oxígeno en el gas que se respira al nivel máximo posible de seguridad a lo largo de la inmersión. Esto significa que la porción complementaria al oxígeno en el gas respirado (la parte que determina los requisitos de descompresión), se mantiene al mínimo. Esto permite al buceador permanecer más tiempo en el fondo sin tener necesidades de descompresión, o acelerar el proceso de descompresión cuando se incurre en ella.
Con cada expiración, utilizando un equipo de buceo convencional el buceador libera una larga ristra de ruidosas burbujas. El efecto de esto sobre el comportamiento de la vida-marina varía, pero en la mayoría de los casos, los peces se comportan con cautela y son reticentes a dejarse aproximar demasiado por el buceador. Los rebreathers semi-cerrados reducen el volumen de las burbujas expiradas, y los rebreathers de circuito-cerrado eliminan prácticamente por completo las burbujas. Con los rebreathers, los buceadores son capaces de aproximarse a la vida-marina mucho más, al mismo tiempo que se altera mucho menos drásticamente su comportamiento. Esto es especialmente importante para las actividades de recolección de especímenes y la fotografía.
¿Cuales son las desventajas de los Rebreathers?
Todos los tipos de rebreathers tienen una cierta complejidad específica que introducen formas de riesgo no experimentadas por los buceadores de equipos convencionales. La principal diferencia entre un equipo de circuito-abierto y un rebreather es que, con el equipo de circuito-abierto, si el buceador puede respirar y no está fuera de los límites de profundidad bien establecidos, el gas que respira será apto para la vida (suponiendo que la botella haya sido llenada adecuadamente). Si hay un problema con un equipo de circuito-abierto, el problema es normalmente muy evidente para el buceador, por lo tanto estará, al menos, al corriente del problema y puede ir avanzando hacia una solución.
Con los rebreathers, sin embargo, el gas que se respira puede ser dinámico, y por lo tanto la concentración de oxígeno puede deslizarse fuera de los limites de seguridad durante la inmersión. En el caso de los rebreathers de oxígeno, si el circuito de respirar no se ha limpiado adecuadamente antes de empezar la inmersión, la fracción de nitrógeno en el gas de respirar puede ser elevada. Para los rebreathers de oxígeno con sistemas de control de añadido-pasivo de oxígeno, puede ocurrir que el buceador haya consumido todo el oxígeno del circuito de respirar antes de que se dispare la válvula de añadir oxígeno, dejando por lo tanto solo nitrógeno. En el caso de un rebreather semi-cerrado, la concentración de oxígeno en el circuito de respirar depende del esfuerzo del buceador. En algunas circunstancias, en particular durante grandes esfuerzos y/o durante un ascenso, la concentración de oxígeno en un rebreather semi-cerrado puede caer a niveles peligrosamente bajos. La debilidad inherente de los rebreathers de circuito-cerrado es su dependencia de la electrónica para controlar la concentración de oxígeno en el circuito de respirar. Como todo fotógrafo submarino sabe, la electrónica y el agua (especialmente el agua salada) no deben mezclarse. En efecto, los rebreathers de circuito cerrado se han ganado una reputación notoria de ser poco fiables en gran parte debida a fallos del sistema de control electrónico de O2 (desembocando en demasiado o demasiado poco oxígeno en el circuito de respirar)
Estos problemas pueden ser evitados en gran medida si los rebreathers de oxígeno son limpiados adecuadamente con oxígeno puro antes de la inmersión, si el flujo del suministro de un rebreather semi-cerrado es ajustado cuidadosamente, y el circuito de respirar es limpiado con gas nuevo antes del ascenso, y si son incorporados sensores múltiples redundantes de oxígeno y sistemas de control también múltiples. Desgraciadamente, los síntomas relacionados con la hypoxia y con la toxicidad del oxígeno no se pueden considerar precursores fiables del desvanecimiento (black-out). Por lo tanto le corresponde finalmente al buceador realizar los pasos que aseguren una mezcla de gases adecuada para la vida en todo momento en el circuito para respirar. Este nivel de control requiere mucha disciplina y formación. Por lo tanto los buceadores de rebreather deben tener una mayor dedicación al mantenimiento y al manejo del equipo que el requerido generalmente por los buceadores de equipos de circuito-abierto. Es más, los rebreathers son en general más complejos que los equipos de circuito-abierto, lo cual justifica el porqué se requiere más tiempo de formación.
Gastos
Otra desventaja de los rebreathers es el coste económico. Incluso los rebreathers de diseño de gama baja pueden costar varios miles de euros (cientos de miles de pts), y los rebreathers de circuito-cerrado sofisticados pueden llegar a costar 15.000 euros (2,5 millones de pts) o más. Sin embargo, después del gasto inicial de la compra, los gastos de mantenimiento no son significativamente superiores a los de los equipos convencionales.
Podéis aprender más sobre Físca y "Fizziología" del buceo en esta página web.
Tambien podéis saber más sobre Rebreathers visitando Rebreathers Links.
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