Mezclas de Gases y Presiones parciales,

El motivo del presente artículo es el de mostrar unos sencillos ejemplos de la aplicación de la Ley de Dalton de las presiones parciales, aunque la mayoria de los cálculos aqui desarrollados pueden obtenerse en las tablas publicadas en la mayoria de manuales de los cursos de buceo con gases, no obstante normalmente esas tablas no tienen en cuenta la altitud, factor que si contemplan las formulas aquí desarrolladas, puesto que en nuestro caso del espeleobuceo, la altitud no puede ser ingnorada.

Hay que tener presente que con estos calculos solo se trata de dar unos fundamentos teóricos para poder planificar la mezcla mas apropiada para cada caso. Para calcular las cantidades de gas necesarias para fabricar la mezcla, y para calcular las tablas de descompresión se pueden utilizar varias herramientas de cálculo y programas que podeis encontrar en la página de Software.

Los cálculos se basan en una ecuación de tres variables: la presión parcial de un gas, la profundidad y el porcentage de este gas en la mezcla, en los ejemplos siguientes siempre conocemos dos de estas variables y deseamos averiguar la tercera, en todos los problemas la presión atmosférica local siempre es conocida y por lo tanto no es una variable.

Términos usados:

ppO2, presión parcial de Oxígeno en una mezcla de gases, expresada en bares.
ppN2, presión parcial de Nitrógeno en una mezcla de gases, expresada en bares.
ppHe, presión parcial de Helio en una mezcla de gases, expresada en bares.
%O2, porcentage de Oxígeno en una mezcla de gases
%N2, porcentage de Nitrógeno en una mezcla de gases
%He, porcentage de Helio en una mezcla de gases
Patm, Presión atmosférica local expresada en mbares.


Ejemplo 1
Vamos a calcular el %O2 para una mezcla Nitrox para tener una ppO2=1,4 bar a la profundidad de -25m a una altitud de 2500m (Patm local=755 mbar)

Fórmula 1

%O2 = (ppO2 x 100) / ((Patm/1013) + (Profundidad/10))

%O2 = (1,4 x 100) / ((755/1013) + (25/10)) = 43,13 %O2 , Podemos usar pués un Nitrox 43

Veamos si hubiéramos hecho los cálculos a nivel del mar (Patm = 1013 mbar)

%O2 = (1,4 x 100) / ((1013/1013) + (25/10)) = 40 %O2


Ejemplo 2
Dada una mezcla conocida y a una altitud conocida, sabemos el %O2 que contiene la mezcla y la presión atmosférica local Patm y deseamos saber a que profundidad se alcanza una ppO2 determinada en la mezcla respirada.

Fórmula 2:

Profundidad = (( ppO2 x 100 / %O2 ) - ( Patm / 1013)) x 10

Si queremos hacer lo mismo con otro gas (p.e. Nitrógeno) substituiremos los términos ppO2 y %O2 por los respectivos ppN2 y %N2

Veamos dos casos distintos de la aplicación de esta fórmula

Caso 1:
A una altitud de 1800m con una Patm local de 825 mbar, tenemos una mezcla Trimix con un 8% de O2 y deseamos saber hasta que profundidad será hipóxica o sea con un contenido insuficiente de oxígeno para ser respirable (ppO2 < 0,16 bar)

((0,16 x 100 / 8) - (825/1013)) x 10 = 11,85 m

Es decir esta mezcla solo será respirable a profundidades superiores a los 11,85m

Caso 2:
A nivel del mar con una Patm de 1013 mbar tenemos una mezcla Nitrox con un 36% de O2 y deseamos saber a que profundidad será hiperóxica o sea donde alcanzaremos el límite máximo de la ppO2 = 1,6 bar

((1,6 x 100 / 36) - (1013/1013)) x 10 = 34,4 m

O sea que si bajamos más de 34,4 m sobrepasaremos la ppO2 de 1,6 bar, serán pués los 34,4m la Profundidad Máxima Operativa de esta mezcla, si queremos no sobrepasar la ppO2 = 1,4 bar hariamos de nuevo los cálculos


Ejemplo 3
Si utilizamos la fórmula inversa, o sea conocemos la profundidad, la Patm local y el % del gas y queremos saber a esta profundidad que presión parcial tiene este gas.

Fórmula 3:

ppN2 = ((Profundidad / 10) + (Patm / 1013)) x (%N2 / 100)

Estamos a nivel del mar (Patm = 1013 mbar) y sabemos que respirando aire comprimido toleramos bien la narcosis hatsa los 40m de profundidad y deseamos conocer pués que ppN2 tenemos a esta profundidad, si como hemos dicho respiramos aire.

((40/10) + (1013/1013)) x (79/100) = 3,95 bar

Es decir que en qualquier mezcla respirada si sobrepasamos los 3,95 bar de ppN2 tendremos riesgo de experimentar narcosis.


Ejemplo 4
Ahora desconocemos la tercera variable o sea el % del gas en la mezcla y sabemos la Patm local y las otras dos variables, la presión parcial y la profundidad a la que obtenemos esta presión parcial.

Fórmula 4:

%N2 = (ppN2 x 100) / ((Patm/1013) + (Profundidad/10))

Estamos a 1800m de altitud (Patm local = 825 mbar) y quremos bajar a 70 m de profundidad, para evitar la narcosis queremos utilitzar Trimix y deseamos calcular el % de Helio que deberá contener la mezcla, será necesario primero calcular el %N2 después el % de O2 y después el % de He que vendrá dado por el resto del 100% una vez deducidos los % de N2 y O2.

El %N2 venfrá dado por la narcosis que deseemos tener en el fondo y la obtendremos sabiendo la narcosis que toleramos con aire comprimido a nivel del mar, es decir que si como hemos visto en el ejemplo 3 toleramos bién los 40m hemo visto que la ppN2 que toleramos es de 3,95 bar entonces calcularemos el %N2 para una ppN2 de 3,95 bar a una profundidad de 70m:

(3,95 x 100) / ((825/1013) + (70/10)) = 50,5 %N2

El %O2 vendrá dado por la ppO2 que deseemos tener en el fondo, por ejemplo supongamos que queremos tener una ppO2 de 1,4 bar a 70m, que %O2 deberá contener la mezcla?

(1,4 x 100) / ((825/1013) + (70/10)) = 17,9 %O2

Finalmente sabremos el % de Helio que tendremos que añadir a la mezcla:

100% = %O2 + %N2 + %He por tanto %He = 100 - %O2 - %N2

100 - 17,9 - 50,5 = 31,6 %He


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