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Recurrentemente en los centros hay buceadores que se quejan de que les han dado una botella de buceo con menos de 200 bar y que ésta ha perdido aire o no ha sido correctamente cargada. Cuando de asegura que no es así, queda en el aire el misterio del gas desaparecido. Veamos cual es la explicación de ese «misterio».

Botella de buceo con menos de 200 bar
Botella de buceo con menos de 200 bar

El fenómeno

Es frecuente subirse a un barco de buceo y escuchar comentarios como estos: “¡Esta botella tiene sólo 180 bar y yo he pagado por una cargada a 200 bar! ¡Que me la cambien!”. O bien “Esta botella tiene fugas. La recogí con 200 bar y ahora sólo tiene 180”.

Y, efectivamente, la persona que dice eso realmente cree que le están robando o que la botella que le han dado es defectuosa. Pero, ¿es así?. Pues generalmente, no. Y, para entender el porqué, basta con aplicar un poco de termodinámica elemental.

Explicación

Cuando se carga una botella vacía con un compresor (no así con una rampa de carga, rara en los centros de buceo españoles), un gran volumen de gas procedente de la atmósfera del lugar y a su misma presión y temperatura es introducido en su interior en un período de tiempo relativamente corto.

En ese proceso se produce un fenómeno denominado calentamiento adiabático que provoca un aumento de temperatura debido al cambio en la presión de ese gas al disminuir su volumen.

Este fenómeno se rige por la ecuación de Van der Waals también conocida por ecuación de los gases reales (1) pero, a los efectos que nos ocupan, es suficiente la aproximación que nos permite la ecuación de los gases ideales, mucho más sencilla y que se formula como PV=nRT, siendo P la presión del gas, V su volumen, n el número de moles que contiene (masa), T la temperatura absoluta a la que se encuentra y R la Constante Universal de los Gases Ideales.

En ella se puede apreciar que la relación constante existente entre presión, volumen y temperatura. Se utilizará esta ecuación sólo porque su eco procedente de la educación básica es el que a todo el mundo le debiera resonar en la cabeza.

En otras palabras, al introducir gas a presión atmosférica comprimiéndolo en la botella, éste se calienta por efecto de dicha variación de volumen que conlleva el aumento de presión. De esta manera, si tocamos con la mano una botella recién cargada, comprobaremos que está caliente.

Dado que las presiones de trabajo de las botellas de buceo de acero que se utilizan habitualmente están entre 200, 212, 232 y 240 bar, y las de aluminio entre 200, 207 y 232 bar (dato que se encuentra troquelado en la ojiva de cada botella obligatoriamente), siendo excepcionales las de 300 bar, -ya veremos en otro artículo por qué-, lo habitual en los centros es que el compresor cargue a la presión estándar de 200-210 bar, dando por terminada la carga cuando se llega a esta presión.

Cuando alguien protesta por la presión de carga de un centro de buceo reclamando que se cargue a mayor presión para que la botella quede a 200 bar al enfriarse, no comprende que en un centro se cargan diariamente docenas de botellas de todo tipo y no puede variarse la presión de carga continuamente. Y que se cargan todo tipo de botellas de distintas presiones de trabajo, por lo que el compresor suele estar tarado a una presión que admita todas. Por tanto, nos encontraremos frecuentemente con dicha presión de carga de 200 a 210 bar, guste o no.

La velocidad de carga también será importante puesto que, cuanto más rápida sea la compresión del gas, mayor será la temperatura final de la botella, al no tener tiempo de disiparse en el aire exterior el calor acumulado en su interior a través de sus paredes. Por ello, en una estación de carga de un centro de buceo que permita cargar simultáneamente gran número de botellas, la temperatura final que alcance cualquiera de ellas sera superior en el caso de cargar solo una botella que en el caso de cargar varias simultáneamente (operación que lleva más tiempo porque el caudal disponible se reparte entre ellas).

Suponiendo, por ejemplo, que estemos en verano en un centro de buceo a 30ºC de temperature ambiente y cargemos lo más rápidamente posible una botella de acero de 15 litros de capacidad interior –las más habituales en los centros de buceo europeos, junto con las de 12 litros- de tal manera que, cuando se alcancen los 210 bar, el compresor automáticamente dé por finalizada la carga, si medimos la temperatura exterior de la botella, estará –dependiendo de la velocidad de carga- a unos 60 ºC al terminar (equivalente a 333,15 K –grados Kelvin- en temperatura absoluta).

Dicha botella de 15 litros, contendrá un volumen equivalente de aire a 15 x 210 = 3.150 litros al que, aplicando el factor de compresibilidad del aire a esa presión (Fc= 1,0635), nos dará unos 2.960 litros de aire a presion atmosférica y temperatura ambiente, aproximadamente. 3.000 litros, en números redondos.

Inmediatamente después de que acabe la carga, un usuario la recoge y comprueba su presión: obtendrá algo más de 200 bar (ya ha disipado algo de calor). Y, si sabe cómo planificar el consumo en una inmersión, tomará como presión inicial de partida 200 bar.

Como habrá que equiparse e ir al barco, estibará la botella en algún sitio a la sombra, dejándola un buen rato a los 30ºC ambiente (equivalente a 293,15 K). Cuando ya se ha equipado, la recoge, la lleva al barco y monta su equipo en ella. Cuando termina de equiparse y comprueba la presión, observa que es ostensiblemente menor que cuando la comprobó al retirarla de la carga. En ese momento, surgen las dudas de si la botella ha perdido gas, si el manómetro mide incorrectamente o qué ha pasado.  

Me han dado una botella de buceo con menos de 200 bar. ¿Pierde gas?

Efectivamente, dado que presión y temperatura son constantes a un volumen dado, la presión será proporcional a la disminución de la temperatura de la botella (antes a 60ºC y ahora a 30ºC) según la siguiente y sencilla relación:  P30ºC = P60ºC x 293,15 K / 333,15 K = 191 bar. Lee la presión de unos 190 bar y piensa que algo ha pasado.

Pero la cosa no acaba, ahí: se equipa y se tira al agua que está –pongamos- a 20 ºC (293,15 K en grados absolutos). Si al sumergirse mirara la presión de nuevo –nadie la mira y y por eso mucha gente tiene la sensación de que se consume mucho durante los primeros minutos de la inmersión-, observaría que ésta ha vuelto a disminuir: P20ºC = P30ºC x 293,15 K / 303,15 K = algo más de 180 bar.

Es decir, nos llevamos una botella a casi 210 bar y cuando nos sumergimos con ella, sólo tiene 180 bar.

Entonces, ¿dónde están esos 30 bar de aire que faltan? ¿por dónde han salido?

La respuesta es que medimos la cantidad de gas con unidades de presión por cuestiones meramente prácticas, pero en realidad, lo que habría que medir es la masa del gas, es decir, la cantidad de moléculas que contiene la botella, en gramos o moles y su variación a lo largo del tiempo (caudal másico). Y esta cantidad de moléculas es la misma cuando nos dieron la botella que en el momento de sumergirnos, aunque entonces esas moléculas estaban a 210 bar de presión y a 60ºC de temperatura y ahora están a 180 bar y 20ºC. Tenemos exactamente la misma cantidad de gas.

Y, si pesáramos la botella con exactitud, comprobaríamos que pesa los mismos gramos. No ha desaparecido, ni se ha ido a ningún sitio, ni nuestro manómetro funciona mal. Y, por supuesto, ni la botella fuga, ni el centro de buceo nos ha robado.

¿Esto quiere decir que es incorrecto utilizar la presión como medida de la cantidad de gas que tenemos? Y … ¿cómo podemos estar seguros de lo que consumimos mirando el manómetro?

La medida correcta

La respuesta es que es correcta la utilización de la presión como medida de la cantidad de gas del que disponemos y que podremos comparar lo que consumimos como diferencia entre lo que teníamos y lo que nos queda, si la temperatura es sensiblemente igual en las dos medidas.

Por ello y aunque no suele ser una cuestión crítica, dado que para calcular el consumo en una inmersión (y deducir el llamado Consumo Equivalente en Superficie (1)) se mira el manómetro al final de la inmersión (en el agua o nada más salir de ella) antes de desmontar el equipo, es una buena práctica que pocos buceadores realizan –incluso buceadores técnicos de cierto nivel- la de tomar como presión inicial la presión medida ya en el agua (en este caso, 180 bar) y no la presión de carga y ni siquiera la presión de la botella medida antes de la inmersión, (aunque si hacemos los cálculos de la diferencia, la desviación va a favor de seguridad).

En todo caso, lo correcto es tomar las presiones inicial y final cuando la botella se encuentra a una misma temperatura. Como se dice, no es crítico, pero no cuesta nada hacerlo bien y la medida será más exacta.

Por las mismas razones que la expuestas anteriormente, cuando queremos vaciar una botella cargada por algún motivo, cuanta mayor sea la velocidad a la que la descarguemos, mayor sera en enfriamiento adiabático, -que podremos comprobar fácilmente poniendo la mano en la grifería, observando que se enfría apreciablemente y a gran velocidad). Por ello y para evitar cambios bruscos de temperatura en los materiales que componen la botella de buceo y su grifería –que redundan en dilataciones y contracciones bruscas de dichos materiales, nada aconsejables-, conviene hacer estas operaciones lo más despacio posible para que la variación de temperatura sea lo más suave posible, además de dejar sin oídos a los que estén en 50 m a la redonda).

Entonces, ¿cómo podríamos cargar una botella a más de 200 bar como presión de inicio? Pues en la práctica hay tres procedimientos: modificar al alza la presión de tarado del compresor; cargar la botella refrigerándola continuamente (normalmente sumergida en una corriente de agua fría) o cargarla normalmente para, a continuación, dejar que se enfríe (bajará un poco la presión) y posteriormente volverla a cargar, repitiendo esta operación varias veces (lo que en la jerga se denomina, dar unos chutes a la botellas).

También en la práctica hay que entender que, como se ha dicho anteriormente, el primer procedimiento no es posible muchas veces por cargarse botellas de distintas presiones de trabajo al mismo tiempo, que el segundo es complejo y por ello muy raro de encontrar –aunque existe- y que el tercero suele es muchas veces inviable desde el punto de vista del funcionamiento habitual de un centro de buceo. Pero se puede.

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(1) Se explicará su definición, utilidad y método de cálculo en próximas entradas.

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3 comentarios sobre “

¡Menos de 200 bar! ¿me están robando?:

EL MISTERIO DEL GAS DESAPARECIDO.

  1. Muy interesante Gualdrapa! Se te echa de menos por Forobuceo pero seguiremos disfrutando de tus conocimiento a través de tu nuevo blog. ¡Enhorabuena!

  2. Muy didáctico. La verdad, es que nunca me ha pasado el tener una botella a menos de 200 bares. Pero desde luego ahora se que puede pasar y lo mejor es que se el motivo.

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