Por que os mergulhadores carregam cilindros de oxigênio

Os mergulhadores carregam cilindros de oxigênio, tecnicamente chamados de tanques de mergulho autônomo, para respirar debaixo d'água, pois os seres humanos não conseguem extrair oxigênio da água como os peixes. Esses tanques normalmente contêm ar comprimido (21% de oxigênio, 78% de nitrogênio) ou ar enriquecido (até 40% de oxigênio para mergulhos mais profundos), permitindo que os mergulhadores permaneçam submersos por 30-60 minutos, dependendo da profundidade e da atividade. Sem eles, mergulhar além de profundidades rasas seria impossível devido à pressão e à falta de ar respirável.

Como funciona a respiração debaixo d'água

Um tanque de mergulho autônomo padrão comporta 12 litros de ar a 200 bar de pressão, proporcionando aproximadamente 30-60 minutos de tempo de respiração, dependendo da profundidade e do esforço. Quanto mais fundo você vai, mais rápido consome o ar devido ao aumento da pressão - a 30 metros, um mergulhador respira 4 vezes mais rápido do que na superfície.

O ar dentro de um tanque de mergulho autônomo normalmente contém 21% de oxigênio e 78% de nitrogênio, semelhante ao que respiramos em terra. No entanto, para mergulhos mais profundos (além de 40 metros), os mergulhadores podem usar nitrox (32-40% de oxigênio) para reduzir a absorção de nitrogênio e diminuir o risco de doença descompressiva. Sem um tanque, um mergulhador livre (prendendo a respiração) só consegue permanecer submerso por 2-5 minutos, enquanto mergulhadores autônomos podem explorar por muito mais tempo com um suprimento de ar adequado.

A 10 metros, a pressão é 2x maior que na superfície, o que significa que cada respiração retira o dobro de ar do tanque. Por isso, os mergulhadores monitoram sua taxa de consumo de ar (ACR), geralmente de 20-25 litros por minuto durante atividades moderadas.

Outro fator crítico é o controle de flutuabilidade. Um tanque de mergulho autônomo cheio pesa 12-18 kg, tornando o mergulhador inicialmente negativo em flutuabilidade. À medida que o ar é consumido, a flutuabilidade aumenta, exigindo ajustes por meio de um dispositivo compensador de flutuabilidade (BC). Se um mergulhador subir rápido demais, o ar em expansão nos pulmões pode causar lesões - por isso, exalar lentamente durante a subida é fundamental.

O que há dentro do tanque

A maioria dos tanques recreativos contém ar comprimido, quase idêntico ao que respiramos em terra: 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de gases residuais. Essa mistura funciona com segurança até cerca de 40 metros. Para mergulhos mais profundos, mergulhadores técnicos usam nitrox de ar enriquecido (EANx), misturando 32-40% de oxigênio para reduzir o acúmulo de nitrogênio e prolongar o tempo de fundo.

O ar dentro de um tanque padrão de alumínio de 80 pés cúbicos (o tamanho recreativo mais comum) é comprimido a 200-300 bar (2.900-4.350 psi), armazenando aproximadamente 2.300 litros de ar respirável à pressão da superfície. Isso é suficiente para 45-60 minutos a 10 metros, mas o consumo aumenta com a profundidade - a 30 metros, um mergulhador respira 4x mais rápido devido à pressão, reduzindo o tempo de mergulho para apenas 15-20 minutos.

Veja como o gás se comporta dentro do tanque:

• A 200 bar, as moléculas de ar ficam tão comprimidas que uma única respiração na superfície (0,5 litro) se expande para 2 litros quando inalada a 10 metros (2 bar de pressão).
• A toxicidade do oxigênio torna-se um risco se a pressão parcial exceder 1,4 bar, razão pela qual mergulhadores recreativos evitam níveis de oxigênio acima de 40%.
• A narcose por nitrogênio começa a afetar o julgamento a partir de 30 metros, onde a pressão parcial do nitrogênio chega a 3,1 bar, criando um "efeito martini" semelhante à intoxicação alcoólica.

Mergulhadores técnicos às vezes usam trimix, substituindo parte do nitrogênio por hélio para reduzir a narcose abaixo de 40 metros. Uma mistura típica de trimix pode conter 18% de oxigênio, 45% de hélio e 37% de nitrogênio para um mergulho a 60 metros. O hélio transfere calor 6x mais rápido que o ar, portanto, mergulhadores em água fria perdem a temperatura corporal rapidamente, a menos que usem uma proteção térmica adequada.

Um tanque de alumínio padrão pesa 14 kg vazio e 17 kg quando cheio, enquanto tanques de aço (preferidos por sua flutuabilidade negativa) pesam 12-16 kg vazios, mas podem conter mais gás devido às classificações de pressão mais altas (até 300 bar). Todo tanque passa por teste hidrostático a cada 5 anos para verificar fadiga do metal e por inspeções visuais todos os anos para detectar corrosão ou rachaduras.

As lojas de mergulho usam compressores compatíveis com oxigênio (que custam $15,000-30,000)toamathnormal">voidoilcontamination,whichcouldigniteunderhighoxygenconcentrations.Atypicalnitroxfillcosts$10−15 a mais do que o ar comum devido à filtragem e aos testes adicionais necessários.

Em mergulho em naufrágios ou cavernas, onde o suprimento de ar é fundamental, os mergulhadores geralmente carregam tanques duplos ou um tanque principal mais um "tanque-pônei" menor (3-6 litros) como reserva. Um tanque-pônei de 6 litros a 200 bar contém 1.200 litros - o suficiente para 5-7 minutos de respiração de emergência a 20 metros, o que pode significar a diferença entre a vida e a morte durante uma situação de falta de ar.

Quanto tempo dura

Um tanque de mergulho autônomo de alumínio de 80 pés cúbicos pode parecer conter ar infinito, mas, na realidade, sua duração depende de vários fatores. Em repouso na superfície, um adulto médio respira cerca de 8 litros de ar por minuto. Porém, a 10 metros debaixo d'água, onde a pressão dobra, essa mesma respiração consome 16 litros do tanque. A maioria dos mergulhadores recreativos com padrões respiratórios normais pode esperar 45-60 minutos de um tanque cheio em profundidades rasas, enquanto nadar intensamente ou mergulhar mais fundo pode reduzir esse tempo para 20 minutos ou menos.

Um tanque típico de 80 pés cúbicos contém aproximadamente 2.300 litros de ar comprimido quando cheio a 200 bar. Divida esse volume pela taxa de consumo de ar na superfície (taxa SAC) do mergulhador, que varia entre 12-25 litros por minuto para a maioria das pessoas, e você obtém a duração básica. No entanto, isso muda drasticamente com a profundidade. A 20 metros (3 atmosferas absolutas), cada respiração retira três vezes mais ar do tanque em comparação com a superfície. Um mergulhador com taxa SAC de 20 litros por minuto em terra consumiria 60 litros por minuto nessa profundidade, reduzindo o suprimento de um tanque cheio para apenas 38 minutos, mesmo sem esforço físico.

O controle adequado da flutuabilidade pode reduzir o consumo de ar em 15-20%, e padrões respiratórios lentos e profundos ajudam. A água fria também desempenha um papel - uma queda de 10°C na temperatura da água aumenta a taxa metabólica em 5-7%, causando uma respiração mais rápida. Mergulhadores em águas tropicais normalmente obtêm 10-15% mais tempo de fundo com o mesmo tanque em comparação com aqueles em ambientes mais frios.

Um conjunto de dois tanques de aço de 12 litros cheios a 230 bar contém quase 5.500 litros de gás, permitindo mais de 90 minutos em profundidades moderadas. Sistemas de rebreather levam isso além ao reciclar o gás exalado, oferecendo 3-6 horas de tempo de mergulho, mas esses sistemas custam $5,000−15,000 e exigem treinamento extensivo.

Um mergulhador a 30 metros com 50 bar restantes tem apenas cerca de 5 minutos de ar restantes se subir normalmente - menos se estiver sob estresse. Por isso, os mergulhadores seguem a regra dos terços: usam um terço do ar para a descida, um terço para a exploração e mantêm um terço na reserva para a subida e emergências.

Um tanque-pônei compacto de 6 litros, frequentemente usado como reserva, contém apenas 1.200 litros - o suficiente para 5-7 minutos a 20 metros durante uma emergência por falta de ar. Enquanto isso, mergulhadores comerciais que usam sistemas com suprimento pela superfície podem permanecer debaixo d'água indefinidamente, com compressores bombeando ar fresco por mangueiras umbilicais a 40-60 litros por minuto.

Embora um tanque de alumínio de 80 pés cúbicos proporcione à maioria dos mergulhadores recreativos 45-60 minutos em águas quentes e rasas, ultrapassar os limites reduz drasticamente esse tempo. Mergulhadores inteligentes planejam os mergulhos de acordo com seu suprimento de ar, e não o contrário.

Por que não simplesmente prender a respiração

Mergulhadores livres - que dependem exclusivamente de prender a respiração - normalmente conseguem permanecer submersos por 2-5 minutos, enquanto atletas de elite chegam a 10 minutos em condições perfeitas. Porém, mergulhar com equipamento autônomo enquanto se prende a respiração é perigoso e pode causar lesões por hiperexpansão pulmonar, razão pela qual mergulhadores certificados são treinados para nunca fazer isso.

A 10 metros de profundidade, a pressão da água dobra em comparação com a superfície, comprimindo o ar nos pulmões para metade do volume original. Se um mergulhador inspira completamente na superfície (cerca de 6 litros para um adulto médio), prende a respiração e desce até 10 metros, esse ar encolhe para 3 litros. Mas, durante a subida, o inverso acontece - o ar se expande de volta ao volume original. Se um mergulhador entra em pânico e não exala, os pulmões podem se romper a apenas 1,5 metro de profundidade, quando o ar dentro deles se expande além de sua capacidade de 6 litros. Isso é chamado de barotrauma pulmonar e pode forçar a entrada de ar na corrente sanguínea, causando derrames ou ataques cardíacos.

O baço se contrai para liberar glóbulos vermelhos adicionais que transportam oxigênio, e a frequência cardíaca pode cair abaixo de 30 batimentos por minuto para conservar oxigênio. Mesmo com essas adaptações, a maioria dos mergulhos livres dura menos de 3 minutos, e profundidades além de 40 metros exigem anos de treinamento. Em comparação, um mergulhador autônomo com um tanque padrão pode explorar confortavelmente a 20 metros por 40 minutos sem qualquer esforço fisiológico.

Em repouso, os seres humanos toleram até 50 mmHg de CO₂ antes que o reflexo respiratório se torne insuportável. Durante exercícios, esse limite cai para cerca de 35 mmHg - o que significa que um mergulhador nadando sentirá necessidade de respirar muito antes de alguém deitado e imóvel. O equipamento de mergulho autônomo resolve isso eliminando continuamente o CO₂ a cada exalação, enquanto os mergulhadores livres precisam suportar a sensação de ardor até voltar à superfície.

O risco de apagão é maior nos últimos 10 metros da subida durante o mergulho livre. À medida que a pressão diminui, a pressão parcial do oxigênio cai rapidamente, às vezes abaixo do nível necessário para manter a consciência (cerca de 0,16 bar). Estima-se que 1 em cada 500 mergulhos livres recreativos resulte em perda de consciência, geralmente sem aviso. Mergulhadores autônomos evitam isso mantendo um suprimento constante de oxigênio e subindo lentamente o suficiente para eliminar o excesso de nitrogênio.

Tanques diferentes para mergulhos diferentes

Mergulhadores recreativos normalmente usam tanques de alumínio de 80 pés cúbicos (14 kg vazios), proporcionando 50-60 minutos a 10 metros. Mergulhadores técnicos que exploram naufrágios ou cavernas frequentemente carregam dois tanques de aço de 12 litros (22 kg cada), oferecendo mais de 120 minutos a 30 metros. A escolha afeta a flutuabilidade, o trim e as obrigações de descompressão.

Tanques de alumínio dominam o mergulho recreativo devido à acessibilidade ($250–400 novos) e à resistência à corrosão. O padrão AL80 comporta 11,1 litros a 207 bar (2.300 litros de ar) - suficiente para a maioria dos mergulhos em águas quentes. No entanto, eles alteram a flutuabilidade em 2,5 kg à medida que o ar se esgota, exigindo ajustes constantes. Tanques de aço resolvem esse problema ao permanecerem negativamente flutuantes quando vazios. Um tanque de aço de alta pressão de 12 litros (300 bar) comporta 3.600 litros (56% a mais que um AL80), pesando apenas 16 kg.

Mergulhadores de Nitrox (32–40% de oxigênio) obtêm limites sem descompressão 15–30% mais longos, mas os tanques exigem limpeza e identificação especiais. Mergulhos técnicos abaixo de 40 metros exigem trimix (oxigênio/hélio/nitrogênio), com 20–50% de hélio para evitar a narcose por nitrogênio. Um trimix 18/35 (18% de oxigênio, 35% de hélio) para mergulhos a 60 metros custa $30–50percubicmeterofhelium,adding$100–200 para encher os tanques duplos.

Abaixo de 10°C, o ar padrão apresenta risco de congelamento do regulador devido à expansão da umidade. Mergulhadores com roupa seca frequentemente usam tanques de argônio dedicados (para melhor isolamento) para inflar a roupa, separados do gás respirável. Mergulhadores de saturação dependem de bancos de hélio-oxigênio de 50 litros com sistemas de reciclagem de gás para permanências de semanas em habitats.