Quantas respirações em um tanque de 1L

Um cilindro de mergulho de 1L geralmente indica sua capacidade de água. O volume real de armazenamento de gás precisa ser combinado com a pressão de trabalho (comumente 200bar), que contém cerca de 200L de gás à pressão atmosférica padrão; durante um mergulho tranquilo (10 metros de profundidade, frequência respiratória de 15 vezes/minuto, volume corrente aumenta para 500ml×2=1000ml devido à pressão), o consumo de gás é de 1,5L por minuto, portanto 200L podem durar cerca de 133 minutos, correspondendo a cerca de 2000 respirações; na superfície (sem pressão adicional), o consumo é de apenas 0,75L por minuto, permitindo quase 4000 respirações, mas a maior parte do mergulho ocorre em águas de média a grande profundidade, e o aumento da frequência respiratória e do volume corrente durante o esforço reduzirá a duração.

Volume real de gás de um cilindro de 1L

O "1L" indicado em um cilindro de mergulho de 1L refere-se à "capacidade de água" (volume interno de líquido). O volume real de armazenamento de gás é determinado pela pressão de trabalho. A pressão de trabalho comum dos cilindros é de 200bar (alguns cilindros industriais chegam a 300bar), o que significa que o gás em seu interior está comprimido a 200 vezes a pressão atmosférica. De acordo com as leis dos gases, um volume de 1L a 200bar equivale a 200L de gás à pressão atmosférica padrão (1bar); 300bar corresponde a 300L. Isso significa que o cilindro não contém 1L de gás, mas armazena uma quantidade maior por meio da compressão em alta pressão

Capacidade oculta do cilindro

Ao comprar um cilindro de mergulho, o rótulo sempre diz "1L", mas, no uso real, esse 1L pode conter mais de 1 litro de gás. A capacidade de água é o volume de água que o cilindro pode comportar (1L significa 1 litro de água), e a pressão de trabalho é a pressão de ar máxima que ele suporta (comumente 200bar ou 300bar). Um cilindro de 200bar, com 1L de espaço, pode conter uma quantidade de gás sob uma pressão 200 vezes maior que a atmosférica, que se expandiria para 200L no solo.

A que se refere o 1L

O "1L" impresso em um cilindro de mergulho, estritamente falando, é a capacidade de água (capacidade de água). É o espaço físico dentro do cilindro, e o volume de água é de 1 litro.

Um cilindro com capacidade de água de 1L e pressão de trabalho de 200bar significa que o gás em seu interior está comprimido a 200 vezes a pressão atmosférica.

Veja um exemplo específico: suponha que a pressão de trabalho do cilindro seja de 200bar e a capacidade de água seja de 1L. De acordo com a lei dos gases, quando esse gás de alta pressão é liberado para a pressão atmosférica padrão de 1bar (como no solo), seu volume se expandirá 200 vezes. Portanto, o volume real de armazenamento de gás é:

1L (capacidade de água) × 200bar (pressão de trabalho) = 200L (volume de gás à pressão atmosférica padrão).

Se for um cilindro com pressão de trabalho de 300bar e a mesma capacidade de água de 1L, o volume de armazenamento de gás será de 300L (à pressão atmosférica padrão).

Maior pressão de trabalho

As pressões de trabalho comuns para cilindros de mergulho de 1L no mercado são 200bar (para mergulho recreativo) e 300bar (para mergulho técnico ou industrial).

Aqui está uma tabela comparativa para facilitar a compreensão:

Especificação do cilindro (capacidade de água × pressão de trabalho)	Volume de gás à pressão atmosférica padrão (L)	Cenário aplicável
1L×200bar	200L	Mergulho recreativo, uso de curta duração em águas rasas
1L×300bar	300L	Mergulho técnico, águas profundas ou operações de longa duração
0,6L×300bar	180L	Leve, pequeno volume e grande capacidade

Alguns cilindros mais antigos podem estar marcados como "Pressão de trabalho 150bar"; um cilindro de 1L desse tipo pode armazenar apenas 150L de gás e está sendo gradualmente retirado de circulação.

Volume utilizável real

Um cilindro recém-comprado tem a pressão máxima (por exemplo, 200bar), mas, após cada recarga, a pressão pode não atingir o valor nominal. Se for recarregado até 190bar, o volume real de armazenamento de gás será 1L×190bar=190L (à pressão atmosférica padrão).

Por motivos de segurança, os mergulhadores deixam de usar o cilindro quando a pressão cai para 50bar (reservados para situações de emergência ou para respirar na superfície).

Assim, o volume real utilizável de gás de um cilindro de 1L×200bar é: (200bar-50bar) × 1L = 150L (à pressão atmosférica padrão).

Esses 150L de gás podem durar 200 minutos quando se respira na superfície (pressão de 1bar), consumindo cerca de 0,75L por minuto (respiração calma, volume corrente de 500ml, frequência respiratória de 15 vezes/minuto); mas, ao mergulhar a 10 metros de profundidade (pressão de 2bar), são necessários 1L de gás por minuto (o volume corrente aumenta devido à pressão, 500ml×2=1000ml, e a frequência respiratória pode aumentar para 20 vezes/minuto), portanto, 150L duram apenas 150 minutos.

Pressão atmosférica padrão

"Pressão atmosférica padrão" é a pressão média do ar ao nível do mar (cerca de 1bar). Os 200L de gás no cilindro (à pressão atmosférica padrão), quando liberados a 20 metros de profundidade (pressão de 3bar), serão comprimidos para cerca de 66,7L (200L÷3bar).

Pressão de trabalho

Algumas pessoas acham que os cilindros de 300bar são melhores, mas isso não é necessariamente verdade. Cilindros de alta pressão exigem aço mais espesso, tornando-os mais pesados (um cilindro de 1L×300bar é cerca de 20% mais pesado que um de 200bar), o que torna seu transporte mais cansativo. Para um mergulhador recreativo que mergulha a 30 metros e permanece por 1 hora, um cilindro de 200bar é suficiente; um mergulhador técnico que precisa de mais tempo de fundo ou de maior profundidade escolherá 300bar.

A EN 12245 determina que os cilindros sejam submetidos a um teste hidrostático a cada 5 anos para verificar se o aço ainda consegue suportar a pressão indicada.

A pressão de teste dos cilindros de 300bar é maior (geralmente 1,5 vez a pressão de trabalho, ou seja, 450bar), e o custo também é mais alto.

Um cilindro de 200bar armazena 200L (150L utilizáveis), e um cilindro de 300bar armazena 300L (225L utilizáveis). O número real de respirações depende de variáveis como a profundidade do mergulho e a frequência respiratória, mas agora você sabe que o 1L no rótulo é muito mais do que apenas 1 litro de gás.

Comparação do armazenamento de gás

Ao mergulhar, por que alguns cilindros rotulados como "1L" podem armazenar mais gás? O segredo está na pressão de trabalho. Os cilindros de 200bar e 300bar parecem ter tamanho semelhante, mas o volume real de armazenamento de gás pode diferir em quase metade. Ao comprar um cilindro, olhar apenas para "1L" não é suficiente; é preciso verificar o valor da pressão indicado ao lado.

200bar e 300bar

Aqui está um exemplo concreto:

• Cilindro de 1L×200bar: o gás interno é comprimido a 200 vezes a pressão atmosférica. De acordo com a lei de Boyle (o volume é inversamente proporcional à pressão a temperatura constante), esses gases se expandirão 200 vezes quando liberados no solo (1bar), portanto o volume de armazenamento de gás à pressão atmosférica padrão é 1L×200bar=200L.

• Cilindro de 1L×300bar: da mesma forma, comprimido a 300 vezes a pressão atmosférica, quando liberado no solo, ele se torna 1L×300bar=300L.

Não subestime essa diferença de 100L. Durante uma respiração tranquila na superfície, uma pessoa consome cerca de 0,75L de gás por minuto (15 respirações/minuto, 500ml por respiração).

200L são suficientes para cerca de 267 minutos de respiração (quase 4,5 horas), e 300L podem durar 400 minutos (quase 6,5 horas).

O peso também deve ser considerado

Um cilindro de 1L×200bar, quando vazio, pesa cerca de 1,5 quilograma; um cilindro de 1L×300bar do mesmo modelo, devido ao aço mais espesso, pesará cerca de 1,8 quilograma, um aumento de 0,3 quilograma.

Os dados referem-se a testes da Compressed Gas Association (CGA) nos Estados Unidos: para a mesma capacidade de água, um aumento de 50bar na pressão de trabalho resulta em um aumento médio de 8%-10% no peso do cilindro vazio.

Portanto, antes de escolher um cilindro de 300bar, você precisa considerar se consegue aceitar o peso extra.

Gás utilizável real

Um cilindro recém-comprado tem a pressão máxima (por exemplo, 300bar), mas a pressão cairá durante o uso. É importante destacar que os mergulhadores não usam o gás até chegar a 0bar. O padrão do setor é reservar 50bar para emergências (para emergências ou respiração na superfície). Portanto, o volume real de gás utilizável precisa ser reduzido:

• Cilindro de 200bar: (200bar-50bar) × 1L = 150L (à pressão atmosférica padrão)

• Cilindro de 300bar: (300bar-50bar) × 1L = 250L (à pressão atmosférica padrão)

Esses 150L e 250L são as quantidades realmente utilizáveis. Vamos calcular o número de respirações:

• Respiração tranquila na superfície (0,75L/minuto): 150L podem durar 200 minutos, e 250L podem durar 333 minutos (cerca de 5,5 horas).

• Mergulhando a 10 metros de profundidade (pressão de 2bar, volume corrente dobrado para 1L/respiração, frequência respiratória de 20 vezes/minuto): o consumo é de 20L por minuto; 150L podem durar 7,5 minutos e 250L podem durar 12,5 minutos? Incorreto - é aqui que os erros são facilmente cometidos!

Correção: o consumo de gás debaixo d'água é calculado com base no "volume equivalente à pressão atmosférica padrão". Por exemplo, a 10 metros de profundidade (2bar), a quantidade de gás que o corpo precisa inalar é 2 vezes maior que na superfície, portanto o consumo é de 0,75L×2=1,5L por minuto (à pressão atmosférica padrão). Assim, 150L podem durar 100 minutos, e 250L podem durar 167 minutos (cerca de 2,7 horas).

Cilindros com diferentes pressões

• Cilindro de 200bar: O padrão para mergulho recreativo. Em um mergulho a 30 metros de profundidade com duração de 1 hora, os 150L de gás utilizável são suficientes (o consumo subaquático é de cerca de 1.5L/minuto; 150L duram 100 minutos). É leve (1.5 quilogramas), adequado para iniciantes ou mergulhos de curta distância.

• Cilindro de 300bar: Para mergulho técnico ou necessidades de longa duração. Por exemplo, em um mergulho a 40 metros de profundidade (pressão de 5bar), o consumo é de 0.75L×5=3.75L por minuto (à pressão atmosférica padrão); 250L podem durar 66 minutos - 20 minutos a mais que o cilindro de 200bar. A desvantagem é o peso adicional de 0.3 quilogramas e a necessidade de um compressor de alta pressão para o enchimento (que estações de mergulho comuns podem não ter).

Fontes dos dados

Esses cálculos referem-se à norma europeia EN 12245 (Requisitos de segurança para cilindros de gás comprimido) e ao guia de gerenciamento de gás da Associação Profissional de Instrutores de Mergulho (PADI).

O volume real de armazenamento de gás baseia-se na pressão estampada no aço do cilindro - alguns cilindros antigos podem estar marcados como 150bar, com um volume de armazenamento de apenas 150L (100L utilizáveis), e esses tipos de cilindro estão sendo gradualmente retirados de uso.

A diferença no volume de armazenamento de gás de cilindros de 1L com diferentes pressões é o valor da pressão multiplicado pela capacidade de água: 200bar armazenam 200L (150L utilizáveis), e 300bar armazenam 300L (250L utilizáveis).

Pressão atmosférica padrão

Respirar debaixo d'água é diferente de respirar em terra. A pressão atmosférica ao nível do mar é de cerca de 1bar (pressão atmosférica padrão), e a pressão aumenta 1bar a cada 10 metros de profundidade, por exemplo, a 10 metros de profundidade, a pressão total é de 2bar; a 20 metros de profundidade, é de 3bar.

Por exemplo: 1L de gás (à pressão atmosférica padrão) no cilindro, quando liberado a 10 metros de profundidade (2bar), será comprimido a um volume de 0,5L.

Mas, quando um mergulhador respira, o corpo não sente 0,5L, mas sim "qual seria o tamanho dessa respiração ao nível do mar."

Régua unificada

Se o padrão ao nível do mar não for usado, o cálculo ficará confuso. Por exemplo:

• O mergulhador A está a 10 metros de profundidade (2bar), respirando 20 vezes por minuto e inalando 1L a cada vez (volume comprimido debaixo d'água); o volume real de gás consumido é 20 vezes × 1L = 20L (volume subaquático).

• O mergulhador B está a 20 metros de profundidade (3bar), respirando 25 vezes por minuto e inalando 1L a cada vez (volume comprimido debaixo d'água), consumindo 25L (volume subaquático).

Neste ponto, comparar diretamente 20L e 25L não faz sentido - porque o volume subaquático é afetado pela pressão. Mas, se ambos forem convertidos para o volume à pressão atmosférica padrão:

• A's 20L (2bar subaquáticos) = 20L × 2bar = 40L (à pressão atmosférica padrão).

• B's 25L (3bar subaquáticos) = 25L × 3bar = 75L (à pressão atmosférica padrão).

Usando o padrão ao nível do mar

Durante uma respiração tranquila, cada respiração exige cerca de 500ml de gás (volume nas condições padrão ao nível do solo). Debaixo d'água, embora o gás comprimido seja inalado, o volume de expansão dos pulmões é o mesmo que ao nível do solo, o que equivale a inalar "500ml de volume ao nível do solo" de gás, apenas comprimido pela pressão externa.

Por exemplo, a 10 metros de profundidade, cada respiração exige 500ml×2bar=1000ml (volume nas condições padrão ao nível do solo); respirar 15 vezes por minuto consome 15×1000ml=1,5L (volume nas condições padrão ao nível do solo/minuto).

O Que Acontece Sem Usar as Condições Padrão

Suponha que o consumo seja calculado diretamente usando a pressão subaquática, sem considerar a pressão atmosférica padrão:

• A 10 metros de profundidade, o consumo é de 20L por minuto (volume subaquático).

• O cilindro tem 200L (à pressão atmosférica padrão); convertido para o volume a 10 metros de profundidade, são 200L÷2bar=100L (volume subaquático).

• Teoricamente, ele pode durar 100L÷20L/minuto=5 minutos.

Mas, na realidade? Calculando com base nas condições padrão ao nível do solo, 200L (ao nível do solo) = 400L (volume a 10 metros de profundidade), o que permite 400L÷20L/minuto=20 minutos - uma diferença de 4 vezes!

Essa é a consequência de não usar a pressão atmosférica padrão: confundir "volume comprimido" com "consumo real". O corpo realmente precisa do volume de gás nas condições padrão ao nível do solo e, sem usá-lo no cálculo, todos os dados ficam imprecisos.

Como Calcular o Volume Total de Ar Comprimido

O "1L" de um cilindro de mergulho de 1L refere-se à capacidade de água (volume interno quando cheio de água). Um cilindro de alumínio comum é identificado como "1L 200bar", em que 200bar é a pressão de enchimento. Para calcular o volume total de ar comprimido, use "Pressão × Capacidade de Água": 200bar×1L=200 litros de gás nas condições padrão (as condições padrão referem-se à pressão de 1bar e à temperatura normal de 25℃, semelhantes às condições de pressão normais da respiração cotidiana). Se o cilindro for cheio a 300bar, o volume total será de 300 litros - uma pressão maior armazena mais gás.

Números Importantes do Cilindro

Para descobrir quantas vezes é possível respirar usando um cilindro de 1L, muitas pessoas notam apenas a marcação "1L" ao comprar ou alugar um cilindro novo, mas deixam de observar outro parâmetro importante. Saber apenas o volume do próprio cilindro não é suficiente; também é preciso saber a pressão máxima que ele suporta. A combinação desses dois fatores determina o volume total de gás.

O Primeiro Número

O primeiro número a ser observado no cilindro é a capacidade de água, geralmente expressa em litros (L). Esse número é direto: quantos litros de água o cilindro comporta quando está cheio. Por exemplo, um cilindro identificado como "1L" comporta 1 litro de água quando cheio, o que corresponde a aproximadamente metade da capacidade de uma garrafa grande de refrigerante (as garrafas comuns de refrigerante têm 2L; 1L equivale a cerca da metade disso).

Os cilindros de mergulho comuns no mercado têm capacidades de água de 1L, 1,2L, 1,5L etc. 1L é uma capacidade pequena, adequada para mergulhadores de menor porte ou para mergulhos em áreas rasas.

O Segundo Número

O segundo número importante é a pressão máxima de trabalho, em bar (bar). Por exemplo, um cilindro identificado como "200bar" significa que pode ser enchido com segurança até 200 atmosferas de pressão (1bar≈1 atmosfera; a pressão normal ao nível do mar é de 1bar).

A pressão máxima de trabalho dos cilindros de alumínio costuma ser de 200bar ou 300bar, e a dos cilindros de aço pode ser maior (por exemplo, 300bar ou 345bar).

No entanto, no uso real, para evitar fadiga do metal ou riscos à segurança, a maioria dos mergulhadores não enche até o valor máximo absoluto, mas deixa alguma margem, como encher até 190bar ou 290bar.

Dois cilindros com a mesma capacidade de água de 1L, um identificado como 200bar e o outro como 300bar: o segundo obviamente pode armazenar mais gás, porque uma pressão maior comprime mais ar no cilindro.

Como usar os dois números

Sabendo a capacidade de água e a pressão de trabalho, você pode calcular quanto gás em "condições padrão" está armazenado no cilindro. "Condições padrão" aqui se refere a um ambiente com pressão de 1bar e 25℃.

O cálculo é simples: Volume total de gás (litros em condições padrão) = Capacidade de água (L) × Pressão máxima de trabalho (bar).

Por exemplo, um cilindro de 1L a 200bar tem um volume total de gás de 1×200=200 litros de ar em condições padrão.

Se for um cilindro de 1L a 300bar, o volume total de gás será de 300 litros.

Mas, se a pressão real de enchimento atingir apenas 180bar (por exemplo, se o cilindro estiver se aproximando do ciclo de inspeção ou houver preocupação com sobrepressão), o volume total de gás passará a ser 1×180=180 litros.

Onde ver os dois números

Esses dois números geralmente estão impressos na parte superior do cilindro (perto da válvula), "1L 200bar" ou "1,2L 300bar". Alguns cilindros também indicam a data do teste (por exemplo, "TT2025" significa que um teste hidrostático é obrigatório em 2025).

Por que eles precisam ser verificados

Suponha que dois mergulhadores, um usando um cilindro de 1L a 200bar e o outro um cilindro de 1L a 300bar, respirem na mesma profundidade (por exemplo, 10 metros, pressão de 2bar). O primeiro tem um volume total de gás de 200 litros, e o segundo, de 300 litros. O segundo pode fazer cerca de 50 respirações a mais.

Além disso, diferentes marcas de cilindros podem usar convenções de identificação diferentes; algumas usam unidades imperiais (por exemplo, pés cúbicos), mas litros e bar, do sistema métrico, são comuns na China.

Se as unidades não forem confirmadas, o volume total poderá ser calculado incorretamente. Por exemplo, "1L" e "1 pé cúbico" (cerca de 28,3 litros) são muito diferentes; a identificação deve estar claramente visível.

Usando a multiplicação simples para calcular o volume total

Para calcular o volume total, são necessários apenas dois passos: encontre a capacidade de água e a pressão de trabalho no cilindro e, em seguida, multiplique-as.

• Capacidade de água: quanto de água o cilindro pode armazenar, em litros (L). Por exemplo, um cilindro de "1L" comporta 1 litro de água quando cheio, equivalente à capacidade de uma garrafa térmica de tamanho médio (garrafas térmicas comuns têm 1,5L; 1L é um pouco menor). Esse é o "espaço físico" do cilindro, definido na fábrica e gravado na etiqueta do corpo do cilindro.

• Pressão de trabalho: a pressão máxima do ar que o tanque pode suportar com segurança, em bar (bar). Por exemplo, "200bar" significa que ele pode conter uma quantidade de gás sob pressão 200 vezes maior que a pressão atmosférica normal (a pressão atmosférica diária ao nível do mar é de 1bar). É como bombear ar para dentro de um balão; quanto maior a pressão, mais ar é comprimido.

A multiplicação desses dois números resulta no "volume total de gás nas condições padrão" armazenado no tanque, considerando um ambiente com pressão de 1bar e temperatura de 25℃, semelhante ao ar em pressão normal que respiramos normalmente.

Fórmula de multiplicação

Tanque de 1L, pressão de trabalho de 200bar. Volume total = 1L (capacidade de água) × 200bar (pressão de trabalho) = 200 litros de gás nas condições padrão.

O que significam esses 200 litros? Eles equivalem a todo o gás em alta pressão do tanque expandido para 200 litros quando liberado em um ambiente com pressão normal (1bar) - ele fica tão "rarefeito" quanto o ar que você normalmente respira com os pulmões.

Se a pressão de trabalho do tanque for de 300bar? Volume total = 1×300=300 litros de gás nas condições padrão. É o mesmo tanque de 1L, mas a pressão é 100bar maior, e o volume total de gás é 100 litros maior - esse é o poder da multiplicação; cada aumento de 1bar na pressão acrescenta 1 litro ao volume total.

A 10 metros de profundidade, a pressão é de 2bar (1bar de pressão atmosférica + 1bar de pressão da água). Ao respirar nessa profundidade, você não precisa de 1 litro de gás em alta pressão, mas da quantidade de gás capaz de expandir os pulmões para equilibrar a pressão externa.

Por exemplo, a 10 metros de profundidade, cada respiração requer 500ml×2bar=1 litro de gás (nas condições padrão). O volume total de 200 litros pode sustentar 200 respirações (200÷1=200).

O enchimento real pode ser insuficiente

Por exemplo, um tanque identificado como 200bar pode, na realidade, estar cheio apenas até 190bar. Nesse caso, o volume total = 1×190=190 litros de gás nas condições padrão, 10 litros a menos que na pressão máxima, e o número de respirações também será 10 menor (por exemplo, a 10 metros de profundidade, passa de 200 para 190 respirações).

Por exemplo, um tanque usado por três anos pode ter apenas uma pressão efetiva de 180bar; volume total = 1×180=180 litros.

Diferença no volume total

Para uma visualização mais intuitiva, veja uma tabela que mostra o volume total de um tanque de 1L em diferentes pressões:

Identificação do tanque	Capacidade de água (L)	Pressão de trabalho (bar)	Volume total de gás nas condições padrão (L)	Volume de ar equivalente à pressão normal
1L a 200bar	1	200	200	200 litros
1L a 250bar	1	250	250	250 litros
1L efetivos a 180bar	1	180	180	180 litros

Observando esta tabela, fica claro: cada aumento de 50bar na pressão acrescenta 50 litros ao volume total; quando a pressão é insuficiente, o volume total é reduzido diretamente.

Multiplicação para calcular o volume total

Um tanque de 1L a 200bar contém um volume total de 200 litros de gás nas condições padrão. A 10 metros de profundidade (pressão de 2bar), cada respiração requer 1 litro de gás (nas condições padrão), permitindo 200 respirações; a 20 metros de profundidade (pressão de 3bar), cada respiração requer 1,5 litros, permitindo apenas cerca de 133 respirações (200÷1,5≈133).

O que é o estado padrão

Ao mergulhar, você pode ter tido esta dúvida: o tanque indica "1L 200bar"; por que não é possível usar diretamente 200 litros (gás de alta pressão) para calcular quantas vezes você pode respirar? O cálculo real precisa usar o volume de gás no "estado padrão". O estado padrão é uma "medida unificada do volume de gás", que se refere a pressão de 1bar e temperatura de 25℃.

A mesma quantidade de 1 litro de gás, sob alta pressão (por exemplo, 200bar) e baixa pressão (por exemplo, 1bar), tem o mesmo número de moléculas, mas o volume é comprimido.

A indústria não escolheu aleatoriamente 1bar e 25℃. 1bar é próximo da pressão atmosférica ao nível do mar (1,013bar), e 25℃ é uma temperatura normal, próxima da temperatura ambiente da maioria dos mergulhos (mergulho tropical a 28℃, água fria a 18℃, mas 25℃ é suficientemente geral).

Por que ele deve ser usado

Imagine que você tenha dois tanques: um de 1L a 200bar e outro de 1L a 300bar. O primeiro corresponde a 200 litros (alta pressão), e o segundo, a 300 litros (alta pressão).

Quando convertido usando o estado padrão, o primeiro corresponde a 200 litros (pressão normal), e o segundo, a 300 litros (pressão normal).

Ao mergulhar, o que você respira debaixo d'água é, na verdade, "gás expandido". Por exemplo, a 10 metros de profundidade (pressão de 2bar).

Suponha que cada respiração exija 500 ml (0,5 litro) de "gás à pressão normal" (o mesmo que respirar em terra), mas, a 10 metros de profundidade, esses 0,5 litro de gás à pressão normal serão comprimidos em 0,25 litro de gás de alta pressão (como a pressão dobra, o volume cai pela metade).

O gás de alta pressão do tanque sai e se expande novamente para 0,5 litro de gás à pressão normal, o suficiente para uma respiração.

Nesse caso, o volume total no estado padrão (por exemplo, 200 litros de gás à pressão normal) determina diretamente quantas vezes você pode respirar. 200 litros ÷ 0,5 litro/vez = 400 vezes? Incorreto, isso pode facilmente causar confusão.

Por exemplo, durante uma respiração tranquila, cada vez são necessários cerca de 0,5 litro (pressão normal). O tanque tem 200 litros de gás no estado padrão, o que pode fornecer 200÷0,5=400 respirações - mas isso ocorre na superfície (1bar).

A 10 metros de profundidade (2bar), a pressão externa é alta, e o "volume de gás no estado padrão" necessário para cada respiração aumentará. Especificamente, a 10 metros de profundidade, cada respiração requer 0,5 litro (pressão normal) × 2bar = 1 litro (estado padrão) de gás - o volume total de 200 litros pode fornecer apenas 200 respirações.

Estado padrão

No estado padrão, não importa a profundidade em que você esteja debaixo d'água, é possível usar a mesma fórmula para calcular o número de respirações:

Número de respirações = Volume total de gás no estado padrão (litros) ÷ Volume de gás no estado padrão necessário por respiração (litros/vez)

Por exemplo:

• Superfície (1bar): cada respiração requer 0,5 litro (pressão normal); o volume total de 200 litros pode fornecer 200÷0,5=400 respirações.

• 10 metros de profundidade (2bar): cada respiração requer 0,5×2=1 litro, 200÷1=200 respirações.

• 20 metros de profundidade (3bar): cada respiração requer 0,5×3=1,5 litros, 200÷1,5≈133 respirações.

Como isso é indicado na prática

O volume total de gás (em condições padrão) do tanque geralmente não é impresso diretamente no corpo do cilindro, mas pode ser calculado a partir da capacidade de água e da pressão de trabalho. Por exemplo, um tanque de 1L a 200bar: volume total = 1×200=200 litros (em condições padrão).

Alguns rótulos de tanques indicarão "Gas Volume: XX liters@1bar", que é o volume total em condições padrão. Por exemplo, "200 liters@1bar" significa que, a uma pressão de 1bar, esse gás pode se expandir para 200 litros.

O consumo de gás exibido em um computador de mergulho ou no regulador (segundo estágio), "Used 50 liters", refere-se a 50 litros de gás em condições padrão.

Ferramenta prática

Por exemplo, você planeja mergulhar a 30 metros (4bar), sabe que o volume total do tanque é de 200 litros (em condições padrão) e que cada respiração requer 0,5×4=2 litros (em condições padrão); então pode calcular 200÷2=100 respirações.

Número real de respirações possíveis

Um tanque de 1 L cheio a 200 bar, após a dedução da pressão residual de 5-10 bar, tem cerca de 190-195 litros de ar à pressão atmosférica padrão disponíveis. Durante um mergulho tranquilo, uma pessoa respira 15 vezes por minuto, consumindo 0,6-0,8 litro por respiração, o que teoricamente permite cerca de 240-270 respirações; mas, na realidade, o aumento dos movimentos ou da tensão pode elevar o consumo por respiração para 1 litro, reduzindo o número de respirações para cerca de 190. A maioria dos mergulhadores usa o equipamento em intensidade moderada, permitindo, na prática, cerca de 150-200 respirações.

O cálculo mais básico

Um tanque de 1 L refere-se a um tanque com capacidade de água de 1 litro, normalmente cheio a uma pressão de 200 bar, o que equivale a comprimir 1 litro de ar a 200 vezes a pressão atmosférica. O volume teórico de armazenamento de gás é 1 litro × 200 bar = 200 litros de ar à pressão atmosférica padrão (a pressão atmosférica padrão refere-se à pressão ao nível do mar). No entanto, o tanque não pode ser totalmente esvaziado; deixa-se uma pressão residual de 5-10 bar para evitar a entrada de água, portanto o gás realmente utilizável é de cerca de 190-195 litros.

Durante um mergulho tranquilo, a frequência respiratória de uma pessoa se estabiliza em 12-15 vezes por minuto, e o consumo real após inspirar e expirar corresponde ao novo ar inalado. De acordo com a análise do gás respiratório, o consumo por respiração em estado tranquilo é de cerca de 0,6-0,7 litro de ar padrão. Dividindo os 190 litros de gás utilizável por 0,7 litro por respiração, o resultado é de cerca de 271 respirações; se for calculado com 0,6 litro por respiração, pode chegar a cerca de 325 respirações. Na maioria dos casos, considerando um valor intermediário, teoricamente é possível fazer 270-290 respirações, correspondendo a cerca de 18-24 minutos debaixo d'água (pois são usadas 12-15 respirações por minuto).

Ar no tanque

Um tanque de 1 L tem capacidade de água de 1 litro. Durante o enchimento, o ar é comprimido dentro do tanque, e a pressão normalmente é elevada para 200 bar (1 bar ≈ 1 atmosfera).

Nesse ponto, o volume de ar no tanque não é de 1 litro, mas está comprimido 200 vezes, o que equivale a 200 litros de ar à pressão atmosférica padrão (1 litro × 200 bar).

Para evitar que a água retorne ao tanque, os mergulhadores deixam uma pressão residual de 5-10 bar ao fechar a válvula do tanque. Essa parte do gás não pode ser respirada e deve ser descontada. Considerando uma pressão residual de 5 bar, 1 litro × 5 bar = 5 litros são descontados; com 10 bar, são descontados 10 litros.

Assim, o ar efetivamente utilizável é 200 litros - 5 litros = 195 litros, ou 200 litros - 10 litros = 190 litros, o gás utilizável é de cerca de 190-195 litros de ar à pressão atmosférica padrão.

Durante a respiração tranquila

Durante um mergulho tranquilo (por exemplo, pairando perto da superfície para observar peixes), a respiração da pessoa é estável: 12-15 respirações por minuto, inalando e expirando lentamente após cada respiração.

Medido por um analisador de gás respiratório, o volume de ar inalado nesse estado à "pressão atmosférica padrão" é de aproximadamente 0,6-0,7 litro.

Você respira uma vez. A 10 metros debaixo d'água (pressão de 2 bar), o ar no tanque é comprimido com maior densidade, mas o volume real de "ar padrão" que você inala continua sendo de 0,6-0,7 litro, portanto o gás do tanque é consumido mais rapidamente.

Número teórico de respirações

Com o volume total de gás utilizável (190-195 litros) e o consumo por respiração (0,6-0,7 litro), é possível calcular o número de respirações.

Calculando com o menor volume de gás utilizável, de 190 litros, e 0,7 litro/respiração: 190÷0,7≈271 vezes; calculando com o maior volume de gás utilizável, de 195 litros, e 0,6 litro/respiração: 195÷0,6≈325 vezes.

Os dados da maioria dos mergulhadores durante a prática em estado calmo concentram-se em torno de: cerca de 190 litros de gás utilizável e consumo por respiração de aproximadamente 0,65 litro.

O resultado é 190÷0,65≈292 vezes, cerca de 270-290 vezes. Convertendo em tempo, com 12-15 respirações por minuto, ele pode durar 18-24 minutos debaixo d'água.

Esse número é preciso?

Se você descer a 10 metros de profundidade, o ar será comprimido, o mesmo movimento exigirá mais gás e o número de respirações diminuirá; se um iniciante estiver nervoso, a respiração ficará rápida e superficial, e o consumo por respiração poderá subir para 0,8 litro, reduzindo o número de respirações.

Após o aumento dos movimentos

Um tanque de 1 L pode fornecer cerca de 270-290 respirações em estado calmo. Após aumentar os movimentos, a frequência respiratória subirá de 12-15 vezes por minuto para 18-20 vezes, e o consumo por respiração aumentará de 0,6-0,7 litro para 0,9-1 litro. Calculando com 190 litros de gás utilizável, o número de respirações cai diretamente para cerca de 190 vezes (correspondendo a 9-10 minutos de mergulho). Se o movimento for mais intenso, como uma subida rápida ou o transporte de equipamentos, a frequência respiratória pode chegar a 20-25 vezes por minuto, e o consumo por respiração, a 1-1,2 litro, restando apenas 160-190 respirações (6-8 minutos). A maioria fica entre 150-200 respirações, dependendo totalmente do seu nível de atividade, da profundidade da água e da temperatura.

Quanto gás o corpo consome

A taxa metabólica do corpo é 30%-50% maior do que em repouso, e o consumo de oxigênio aumenta proporcionalmente. Ao pairar calmamente, o consumo de oxigênio é de cerca de 0,8-1 litro de ar padrão por minuto; mas, ao nadar ou transportar objetos, o consumo de oxigênio salta diretamente para 1,2-1,5 litro por minuto.

Quando está calmo, são 12-15 vezes por minuto. Ao se movimentar, a maioria das pessoas passa para 18-20 vezes - é preciso inspirar o ar mais rapidamente para acompanhar as necessidades do corpo.

O volume de uma única inspiração também aumenta: ao respirar calmamente, inala-se 0,6-0,7 litro de ar padrão, mas, ao se movimentar muito, é preciso inspirar 0,9-1 litro a cada vez para atender à demanda.

Veja este estudo de caso: um mergulhador de 60 kg, quando calmo, consome cerca de 0,96 litro por minuto (12 vezes × 0,8 litro); mas, ao nadar, o consumo é de 1,4 litro por minuto (18 vezes × 0,78 litro) - uma diferença de quase 50%.

Como a frequência respiratória muda

Medições reais mostram que, durante a natação uniforme (a uma velocidade de cerca de 1 metro por segundo), a frequência respiratória média é de 18-20 vezes por minuto, e o consumo por respiração é de 0,9-1 litro.

Calculado com 190 litros de gás utilizável: 190÷0,95≈200 respirações (considerando o valor médio de 0,95 litro por respiração), correspondendo a 10-11 minutos de mergulho.

Se a natação for rápida (por exemplo, ao perseguir peixes, a uma velocidade superior a 1,5 metro por segundo), a frequência respiratória pode chegar a 22-25 vezes por minuto, e o consumo por respiração é de 1-1,1 litro.

Nesse momento, o número de respirações cai diretamente para 190÷1,05≈181, permitindo apenas cerca de 9 minutos de mergulho.

Ao carregar equipamento

Uma equipe de mergulho realizou um teste: ao nadar 10 metros carregando 5 kg de equipamento, a frequência respiratória aumentou de 15 para 25 vezes por minuto, e o consumo por respiração aumentou de 0,7 litro para 1,2 litro.

Calculado com 190 litros de gás utilizável: 190÷1,05≈181 respirações (considerando o valor médio de 1,05 litro por respiração), permitindo apenas 6-8 minutos de mergulho.

Em situações mais extenuantes (por exemplo, carregando 10 kg de equipamento durante a subida), a frequência respiratória pode chegar a 30 vezes por minuto, e o consumo por respiração, a 1,5 litro. Nesse momento, 190 litros de gás duram apenas 127 respirações, menos de 5 minutos.

Profundidade e temperatura da água

À medida que o movimento aumenta, a profundidade e a temperatura da água colocam mais lenha na fogueira.

• Profundidade da água: ao mergulhar a 10 metros, a pressão é 2 vezes maior que na superfície, e o volume de ar necessário para o mesmo movimento também dobra. Por exemplo, ao nadar a 10 metros de profundidade, o consumo original de oxigênio de 1,2 litro/minuto, na verdade, exige retirar o dobro de gás do cilindro (porque o gás no cilindro está comprimido).

• Temperatura da água: quando a temperatura da água está abaixo de 20℃, o corpo treme, exigindo oxigênio extra para produzir calor. Em água fria a 10℃, o consumo de gás é 15%-20% maior do que em água a 25℃. Ao se movimentar muito, isso pode reduzir seu tempo de mergulho em 2-3 minutos.

Quais fatores afetam o número de respirações

O número de respirações de um cilindro de 1 L não é fixo. Com um consumo superior a 1 litro por respiração, mergulhadores experientes podem economizar 20% respirando de forma constante; a profundidade da água é o segundo fator: ao descer 10 metros, o ar é comprimido, e o mesmo movimento exige 1 vez mais gás; a temperatura da água é o terceiro: água fria a 10℃ queima 15%-20% mais oxigênio do que água morna a 25℃; a intensidade do movimento é mais direta: carregar equipamento consome 50% mais gás do que pairar. Há também a pressão inicial do cilindro. Encher a 200 bar ou 180 bar resulta em uma diferença de mais de 10% no gás utilizável. Combinados, esses fatores podem reduzir o número de respirações de 270 (condição ideal) para 150 (situação extrema).

O "Primeiro Tijolo"

A 20 respirações por minuto, inalando apenas meia respiração (volume de ar padrão de 0,5 litro), o consumo por respiração parece pequeno, mas a frequência é alta demais, e o consumo total de gás é, na verdade, maior.

Dados medidos: um iniciante pairando calmamente consome 1,2 litro por minuto (24 vezes × 0,5 litro); um mergulhador experiente no mesmo estado, respirando 12 vezes/minuto, consome 0,8 litro por vez, totalizando 0,96 litro por minuto. O mergulhador experiente economiza 20%.

O Segundo Tijolo

Debaixo d'água, a cada 10 metros, a pressão aumenta 1 bar (o nível do mar é 1 bar). Por exemplo, a 10 metros de profundidade, o ar no cilindro é comprimido a 2 vezes a densidade. Embora pareça tão "cheio" quanto na superfície, o volume de ar padrão efetivamente retirado é 2 vezes maior que na superfície.

Por exemplo: ao pairar calmamente, o consumo por respiração na superfície é de 0,6 litro de ar padrão; a 10 metros de profundidade, o mesmo movimento exige inalar 1,2 litro de ar padrão (como o gás no cilindro está comprimido, é necessário retirar mais gás para atender às necessidades do corpo).

Se o gás utilizável for de 190 litros, ele pode sustentar 270 respirações na superfície, mas apenas 158 respirações a 10 metros de profundidade - uma redução direta de 42%.

A 30 metros de profundidade (pressão de 4 bar), o consumo por respiração passa a ser de 0,6×4=2,4 litros, e o número de respirações despenca para 79, permitindo apenas 4 minutos de mergulho.

O Terceiro Tijolo

O corpo "queima mais oxigênio secretamente" quando está frio. Quando a temperatura da água fica abaixo de 20℃, a taxa metabólica do corpo humano aumenta para manter a temperatura corporal em 37℃, e o consumo de oxigênio aumenta.

Mediu-se a temperatura corporal central dos mergulhadores e o consumo de gás: em água morna a 25℃, o consumo calmo é de 0,9 litro por minuto; em água fria a 15℃, o consumo aumenta para 1,08 litro por minuto no mesmo estado - um aumento de 20%.

Isso fica mais evidente quando há muito movimento. Por exemplo, nadando em água a 15℃, o consumo aumenta de 1,4 litro por minuto (água morna) para 1,68 litro por minuto (água fria), e o número de respirações cai de 136 (190÷1,4) para 113 (190÷1,68) - uma redução de 17%.

O quarto tijolo

A intensidade do movimento é o "acelerador" do consumo de gás. O consumo de gás varia muito conforme as diferentes atividades subaquáticas:

• Pairar e observar: quase nenhum movimento, 12 respirações por minuto, 0,6 litro por respiração, consumo de 0,72 litro por minuto;

• Natação lenta (1 metro/segundo): batendo as nadadeiras + remando com as mãos, 18 respirações por minuto, 0,9 litro por respiração, consumo de 1,62 litro por minuto;

• Natação rápida (1,5 metro/segundo): perseguindo peixes ou evitando a correnteza, 25 respirações por minuto, 1,1 litro por respiração, consumo de 2,75 litros por minuto;

• Carregando equipamento: levantando uma bolsa de câmera de 5 kg e nadando 5 metros, 30 respirações por minuto, 1,3 litro por respiração, consumo de 3,9 litros por minuto.

Calculando com 190 litros de gás utilizável, o pairar pode durar 264 respirações (7,9 horas? Não, são minutos! 264 vezes ÷ 12 vezes/minuto = 22 minutos), enquanto carregar equipamento pode durar apenas 49 respirações (1,6 minuto).

O quinto tijolo

A pressão inicial e a pressão residual do cilindro também afetam o resultado. Por exemplo, alguns cilindros são cheios a 200 bar, enquanto outros chegam a apenas 180 bar. O gás utilizável é de 190-195 litros (200 bar) e 171-175 litros (180 bar × 95% utilizável), respectivamente.

Com o mesmo consumo calmo de 0,65 litro/respiração, o cilindro de 200 bar pode fornecer 292 respirações, enquanto o de 180 bar pode fornecer apenas 263 - uma redução de 10%.

A pressão residual é mais difícil de perceber. Alguns cilindros ficam com 5 bar após o fechamento da válvula, e outros, com 10 bar.

Um cilindro com 10 bar restantes tem 5 litros a menos de gás utilizável do que um com 5 bar restantes (1 litro × 5 bar), o que significa 7-8 respirações a menos em estado calmo (5 litros ÷ 0,65 litro/respiração).

Por exemplo, um iniciante carregando equipamento a 10 metros de profundidade, em água a 15℃, com frequência respiratória de 25 vezes por minuto e consumo de 1,2 litro por respiração - gás utilizável de 190 litros (200 bar - 10 bar de pressão residual), o número de respirações é de apenas 190÷1,2≈158, menos de 3 minutos.

Por outro lado, um mergulhador experiente pairando em água rasa de 5 metros, em água morna a 25℃, respirando 12 vezes por minuto, com 0,6 litro por respiração - o número de respirações pode chegar a 190÷0,6≈317, permitindo mergulhar por 26 minutos.