La energía mecánica afecta a los buzos mayoritariamente en la forma de sonido. El sonido es un movimiento periódico o un cambio de presión que se transmite a través de un gas, un líquido o un sólido. Debido a que un líquido es más denso que un gas se necesita mayor energía para perturbar su equilibrio. Una vez que tiene lugar la perturbación el sonido viaja más lejos y más rápido en el medio más denso. Varios aspectos del sonido submarino son de interés para el buzo.
a.- Temperatura del agua y sonido. En cualquier cuerpo del agua pueden haber dos o más capas contiguas con diferente temperatura; estas capas se conocen como isotermas. Mientras más fría la capa de agua mayor es su densidad. Mientras crece la diferencia de densidad entre capas, la energía sónica transmitida entre ellas disminuye. Esto significa que un sonido escuchado a 50 metros de su fuente dentro de una capa puede ser inaudible a unos pocos metros de la fuente si el buzo está en otra capa.
61 b.- Sonido y profundidad. En aguas bajas o en espacios cerrados, la
reflexión y la reverberación desde las interfaces aire/agua u objeto/agua produce anomalías en el campo de sonido tales como ecos, puntos muertos y nodos de sonido. Cuando se nada en aguas bajas, entre arrecifes de coral o en espacios cerrados, un buzo puede esperar pérdidas periódicas en las señales de comunicación auditiva e interrupción de las señales acústicas de navegación. Este problema es más notorio mientras mayor sea la frecuencia de la señal. Debido a que el sonido viaja tan rápido bajo el agua (4,921 pies por segundo), los oídos no pueden detectar la diferencia en el tiempo de llegada de un sonido en cada uno de ellos. Consecuentemente, un buzo no siempre puede detectar la dirección de la fuente del sonido. Esta desventaja puede tener serias consecuencias para un buzo o nadador que trate de localizar un objeto o una fuente de peligro, tal como una lancha.
1) El trabajo de buceo y el ruido. El buceo autónomo de circuito abierto afecta la recepción del sonido porque produce altos niveles de ruido en la cabeza del buzo y porque produce una pantalla de burbujas que reduce el nivel efectivo de presión de sonido (SPL). Cuando hay varios buzos trabajando en la misma área, el ruido y la burbujas afectan las señales de comunicación más a unos que a otros dependiendo de las posiciones de los buzos respecto del emisor y a los otros buzos.
Un traje húmedo de neopreno es una barrera efectiva para el sonido sobre los 1000 Hz y esta característica aumenta junto con la frecuencia. Este problema puede ser resuelto exponiendo una pequeña parte de la cabeza ya sea cortando pequeñas aberturas sobre los oídos en el traje o separando parte del traje a la altura de la cabeza.
2) Ondas de presión. El sonido se transmite a través del agua como una serie de ondas de presión. El sonido de alta intensidad es transmitido por las correspondientes ondas de presión de alta intensidad. Una onda de alta presión transmitida desde el agua que rodea a un buzo a los espacios abiertos dentro del cuerpo ( oídos, seno y pulmones) pueden aumentar la presión dentro de estos espacios causando lesiones. Las explosiones submarinas y los sonares pueden crear ondas de sonido o presión de alta intensidad. El sonar de intensidad baja, tal como el detector de profundidad o de cardúmenes, no producen ondas de presión suficientemente intensas como para arriesgar a un buzo. Sin embargo, los buques equipados con sonares antisubmarinos emiten pulsos de ondas de alta presión muy peligrosas.
62 Es prudente suspender las operaciones de buceo si un
transductor de sonar de alta potencia está siendo operado en el área. Cuando se está usando un sistema de zumbido llevado por buzos, se les advierte a estos que deben usar un tapón de 1/4”de pulgada para proteger los oídos. Experimentos han demostrado que tales tapones ofrece una adecuada protección cuando el pulso ultrasónico tiene 4 milisegundos de duración, repetidos una vez por segundo para una fuente acústica de niveles hasta 100 watts, a una distancia cabeza-fuente tan corta como 0,5 pies (Pence y Sparks, 1978).
c.- Explosiones submarinas. Una explosión submarina crea una serie de olas que son transmitidas como ondas de choque hidráulicas en el agua y como ondas sísmicas en el lecho del mar. La onda de choque hidráulica consiste de una onda inicial seguida por varias ondas de presión de intensidad decreciente. La onda de choque inicial de alta intensidad es el resultado de la violenta creación y liberación de un gran volumen de gas, en la forma de una bolsa de gas, de gran volumen y presión. Las subsecuentes ondas de presión son causadas por la rápida expansión del gas en un ambiente no compresible, causando una secuencia de contracciones y expansiones mientras el gas se eleva hacia la superficie.
La onda de choque de alta presión inicial es la más peligrosa; mientras se aleja de la fuente de la explosión, va perdiendo su intensidad. Las ondas de menor presión siguen cercanamente a la onda de choque inicial. Una considerable turbulencia y movimiento del agua en el área de la explosión son evidentes por un largo período después de la detonación.
1) Tipo de explosivo y tamaño de la carga. Algunos explosivos tienen características de alto impacto ( poder de destrucción en la vecindad inmediata de la explosión) con menor potencia en un amplio rango, mientras el impacto de otras es reducida para incrementar su potencia sobre una mayor área. Aquellos con alto impacto generalmente son utilizados para propósitos de corte o destrucción, mientras los de alto poder y bajo impacto son usados en cargas de profundidad y minas submarinas, donde el blanco no siempre es un contacto inmediato y la habilidad para infligir daño en una extensa área es una ventaja. Los explosivos de alto impacto crean ondas de choque y presión de alto nivel, pero de corta duración sobre un área limitada. Los explosivos de bajo poder producen un choque menos intenso y ondas de presión de larga duración sobre una mayor área.
63 2) Características del lecho marino. Aparte del hecho de que las
rocas u otros tipos de fondo pueden ser desplazados a través del agua o hacia la superficie por cargas profundas, las condiciones del fondo pueden afectar las ondas de presión de una explosión. Un fondo suave tiende a amortiguar las ondas de choque y de presión reflejadas, mientras que un fondo duro y rocoso puede amplificar el efecto. Los sustratos rocosos, los riscos u otros accidentes geográficos del lecho marino pueden afectar la dirección de las ondas de choque y presión, y también pueden producir ondas de reflexión secundarias.
3) Ubicación de la carga explosiva. La investigación ha indicado que la magnitud de las ondas de choque y presión generadas por cargas apenas suspendidas sobre el agua es considerablemente mayor que la de aquellas cargas colocadas en pozos taladrados en roca o coral.
4) Profundidad del agua. A gran profundidad, las ondas de choque y presión son absorbidas por la mayor cantidad de agua y por tanto reducidas en intensidad. Una explosión cerca de la superficie no es debilitada en el mismo grado.
5) Distancia de la explosión. En general, mientras más alejado de la explosión mayor es la atenuación y menor la intensidad de las ondas de choque y presión. Este factor debe ser considerado en el contexto de las condiciones del fondo, profundidad del agua,
la reflexión de las ondas de choque, presión en estructuras submarinas y características topográficas.
6) Grado de Inmersión del buzo. Un buzo completamente
sumergido recibe el efecto total sobre el cuerpo de las ondas de choque y presión que pasan por él. Un buzo parcialmente sumergido con el torso y la cabeza sobre el agua puede experimentar un efecto reducido de las ondas sobre los pulmones, los oídos y seno. Como sea, el aire transmitirá la misma proporción de las ondas de choque y presión. La cabeza, los pulmones y los intestinos son las partes del cuerpo más expuestas a los efectos de la presión de una explosión. Una onda de presión de 500 libras por pulgada cuadrada es suficiente para causar serias lesiones a los pulmones y al tracto intestinal, y una mayor a 2000 causa muerte segura. Aún una de 500 libras puede causar lesiones fatales bajo ciertas condiciones.
64 7) Estimación de la presión de explosión sobre un buzo. Existen
varias formulas para estimar la onda de presión resultante de una explosión de TNT. Las ecuaciones varían de formato y los resultados muestran que la técnica de estimación es sólo aproximada. Más aún, estas fórmulas relacionadas al TNT, no pueden ser aplicadas en otros explosivos.
La siguiente fórmula (Greenbaum y Hoff, 1966), es un método para estimar la presión sobre un buzo resultante de la explosión de tetrilo de TNT.
____ P = 13,0003√ W / r
Donde;
P = Presión sobre el buzo, en Lb/pulg2. W = Peso del explosivo (TNT), en Libras
r = Radio desde la posición del buzo a la explosión (en pies). Ejemplo: Determine la presión ejercida por una carga de 45 libras a una distancia de 80 pies.
1.- Substituya los valores conocidos: P = 13,0003 √(45 / 80)
2.- Resuelva, obteniendo la presión ejercida: P = 578,5 psi Redondeando a 579 psi
Una carga de 45 libras ejerce una presión de 579 libras por pulgada cuadrada a una distancia de 80 pies.
8) Minimizando los efectos de una explosión. Cuando se espera una detonación submarina, el buzo debe salir del agua y del rango de detonación siempre que sea posible. Si el buzo debe permanecer en el agua, es prudente limitar la presión experimentada por la explosión bajo las 50 psi. Para minimizar los efectos, el buzo debe colocarse con sus pies apuntando directamente a la explosión. La cabeza y la sección superior del cuerpo deben estar fuera del agua o el buzo debe flotar sobre su espalda con la cabeza fuera del agua.
65 20108. LA ENERGÍA CALÓRICA EN EL BUCEO.
El calor es crucial en el equilibrio ambiental del hombre. El cuerpo humano funciona dentro de sólo un pequeño rango de temperatura interna y contiene delicados mecanismos para controlar esa temperatura.
El calor es una forma de energía asociada y proporcional al movimiento molecular en una sustancia. Está estrechamente vinculada a la temperatura, pero debe distinguirse de la temperatura ya que diferentes sustancias no necesariamente tienen la misma energía calórica, aún cuando tengan la misma temperatura.
El calor se genera de diversas maneras. Quemando combustibles, las reacciones químicas, la fricción y la electricidad son todas fuentes de calor. El calor es conducido de una parte a otra por conducción, convección y radiación.
a.- Conducción: es la transmisión de calor por contacto directo. Debido a que el agua es un excelente transmisor del calor, un buzo desprotegido puede perder gran parte del calor corporal hacia el agua circundante por conducción directa.
Convección: es la transferencia de calor debida al movimiento de fluidos calientes. Muchos sistemas de calefacción hogareñas operan sobre el principio de convección, estableciendo un flujo de corrientes de aire basadas en la tendencia natural del aire caliente de subir y del aire frío de bajar. Un buzo sentado en el fondo de un estanque en una pieza fría puede perder calor no sólo por conducción directa, sino también por corrientes de convección en el agua. El agua más caliente cercana al cuerpo se elevará y será reemplazada por agua más fría que pasa alrededor de las paredes del estanque. Cuando llega a la superficie, el agua calentada perderá calor al más frío ambiente alrededor. Una vez enfriada, el agua se sumergirá sólo para ser calentada nuevamente como parte de un ciclo continuo. Radiación: es la transmisión de ondas electromagnéticas de energía. Todo objeto caliente entrega ondas de energía electromagnética, la que es absorbida por los objetos fríos. El calor del sol, los calentadores eléctricos y las chimeneas es primordialmente de radiación.
66 b.- Tasa de transferencia de calor. Para los buzos, la conducción es
el medio más significativo de transferencia de calor. La tasa a la cual se transmite calor por conducción depende de dos factores básicos: - La diferencia de temperatura entre el material más caliente y el frío - La conductividad térmica de los materiales.
No todas la sustancias conducen el calor a la misma tasa. El hierro, el helio y el agua son excelentes conductores del calor, mientras el aire es un conductor muy pobre. Colocando un conductor pobre entre una fuente de calor y otro elemento, aísla la sustancia y baja la transferencia de calor. Materiales como la lana y la goma espumada aíslan el cuerpo humano y son efectivas porque contienen atrapados miles de bolsillos de aire. El bolsillo de aire es muy pequeño para estar sujeto a las corrientes convectivas pero bloquea la transferencia conductiva del calor.
c.- Temperatura corporal del buzo. Un buzo comenzará a congelarse cuando la temperatura del agua caiga bajo una temperatura supuestamente confortable de 70ºF (21ºC). Bajo los 70ºF, un buzo vistiendo sólo traje de baño pierde calor hacia el agua más rápidamente de lo que su cuerpo puede reemplazar. A menos que se provea de alguna aislación o protección, puede comenzar a experimentar dificultades rápidamente. Un buzo congelado no puede trabajar eficientemente o pensar claramente y está más susceptible al mal de descompresión.
La compresión del traje, la densidad incrementada del gas, la conductividad térmica de los gases de respiración y la pérdida de calor por la respiración, son todos factores contribuyentes a la mantención de la temperatura corporal de un buzo. Los trajes húmedos de neopreno celular pierden gran parte de sus propiedades aislantes cuando aumenta la profundidad y el material se comprime. Como consecuencia, es necesario a menudo utilizar un traje más grueso, un traje seco o un traje de agua caliente para las exposiciones prolongadas en agua fría.
67 Las características individuales de transmisión de calor de un gas son directamente proporcionales a su densidad. De esta forma, la pérdida de calor a través de la barrera de gas aislante y la pérdida de calor por respiración a las áreas circundantes aumenta con la profundidad. La pérdida de calor se agrava cuando se usan en la respiración gases de alta conductividad térmica como el helio- oxígeno. La sola pérdida de calor por la respiración aumenta desde el 10% de la capacidad generadora de calor del cuerpo a 1 atmósfera (absoluta), a un 28% a 7 atmósferas y al 50% a 21 atmósferas, cuando se respira helio-oxígeno. Bajo estas circunstancias, los materiales de aislamiento estándar son insuficientes para mantener la temperatura corporal y se debe suministrar calor adicional a la superficie del cuerpo y al gas de respiración.