A vueltas con el material:

¿ BOTELLA DE ALUMINIO O DE ACERO ?

¿Qué pesa más? ¿una botella de buceo de aluminio o de acero? Y ¿cuál es mejor para bucear?

Tema recurrente de discusión tanto entre buceadores avanzados como menos avanzados -independientemente del número de inmersiones-. El lector, independientemente de su opinión inicial, comprenderá razonadamente la solución a esta cuestión pero seguramente no será la que espera. Sea de la opinión que sea, comprobará que la solución a este dilema no es tan simple.

La consabida pregunta: ¿cuál pesa más? …¿una botella de buceo de aluminio o de acero?

Una de las conversaciones que se escuchan recurrentemente en cualquier centro de buceo se suscita cuando alguien afirma que una botella de aluminio pesa más que una de acero (se entiende que de capacidades interiores equivalentes).

«¿Cómo? … Eso es imposible! El aluminio es más ligero que el acero!» suele ser la respuesta común.

Efectivamente, la densidad (ρ) del aluminio empleado en la fabricación de botellas de buceo (aluminio 6061) es de 2,7 gr/cm³ = 2,7 kg/dm³(o litro), mientras que la del acero es de 7,85 gr/cm³ = 7,85 kg/dm³(o litro) .

Un dm³ o litro de acero pesa 7,85 kg, mientras que un dm³ o litro de aluminio pesa 2,70 kg. A igual volumen, el aluminio pesa casi tres veces menos que el acero, incuestionablemente (1).

Sin embargo, a igual tensión de solicitación, el aluminio también se deforma mucho más que el acero. El número que cuantifica esta deformación es una constante para cada material llamada Módulo de Elasticidad (Módulo de Young). En el caso del aluminio, es de 6,5·10¹⁰ N/m², mientras que el del acero es del orden de 20,6·10¹⁰ N/m² . Es decir, a igual solicitación, el acero se deforma 3,2 veces menos que el aluminio. Aunque esto es una simplificación (porque influyen más variables como forma, superficie total, límites elásticos, etc.), dado que la deformación está limitada por normativa (ver Real Decreto 809/2021, de 21 de septiembre), ello permitirá al lector comprender porqué se requerirá más espesor y material en las botellas fabricadas en aluminio que en las de acero, a igual presión de trabajo.

Pero nadie hace cálculo alguno. En cualquier centro que tengan botellas de ambos materiales, se eligen dos de parecida capacidad y se comparan. Y como las que se suelen utilizar son las S80 de aluminio y las de 12 l cortas de acero, se utilizan estas dos:

• – Botella S80 de aluminio (11,1 litros y 207 bar de presión de trabajo, 184,2 mm de diámetro y 658 mm de longitud). Pesa 14,4 kg sin grifería.
• – Botella de Luis Cuevas SB/12/232 (corta) (12 litros, 232 Ø 204, longitud 535 mm). Pesa 14,6 kg sin grifería.

La botella de acero pesa 200 g más, pero tiene casi un litro más de capacidad que la de aluminio. Consecuencia: la de aluminio pesa más a igualdad de capacidad. (Al: 14,4 kg / 11,1 l = 1,3 kg/l; Acero: 14,6 kg / 12l = 1,22 kg/l). La botella de aluminio pesa un 7% más que la de acero.

La habitual comparación no es del todo correcta

Pero la comparación anterior no es del todo correcta, ya que estamos comparando peras con manzanas, como a continuación veremos.

Porque, para hacer una comparación lo más rigurosa posible, la simple proximidad de sus capacidades no es suficiente habida cuenta que hay otros parámetros que afectan al peso. Estos son:

La forma.

Una esfera es la forma más eficiente para almacenar un gas. La razón es que la relación entre su superficie y el volumen contenido es la mínima posible: S / V = 4π R² / 4/3 π R³ = [4π R²] / [ (1/3) * (4π R³)] = 3 * [4π R²] / [4π R³] = 3 / R.

Por el contrario, cualquier otra forma tiene una relación entre superficie y volumen más desfavorable. Por ello, comparar formas distintas de igual volumen es, como se dice, comparar peras con manzanas.

Por ello, para comparar materiales distintos es preciso no solo comparar sus respectivos volumenes contenidos, sino hacerlo con recipientes de las mismas proporciones, o de las más parecidas posible.

La construcción

Una vez más, la esfera es la forma estructuralmente más eficiente para contener un gas a presión. Cualquier otra forma requerirá más superficie, pero también más material para no deformarse.

Por ello, se deben comparar recipientes con formas similares. Y aquí hay diferencias entre botellas de acero y de aluminio puesto que las primeras son generalmente cilindros terminados en formas que se aproximan a semiesferas (la ojiva y el fondo), mientras que las de aluminio tienen el fondo plano. Comparar ambas es una comparación trucada.

Para ilustrar la diferencia, tomaremos dos botellas de acero, ambas de 12 litros, de la misma marca, misma presión de trabajo y mismo diámetro pero una con fondo cóncavo y otra con fondo plano (en realidad, convexo).

Pues bien, a iguales características, la de fondo cóncavo pesa 14,4 kg mientras que la de fondo «plano» pesa 15 kg. Un 4% de diferencia sólo por la diferencia en la forma del fondo.

La presión de trabajo

Obviamente, cuanta más presión de trabajo tenga que soportar la botella, más gruesa será su pared y más pesará. Por tanto, se han de comparar botella con similar presión de trabajo y no hacer trampas como comparar botellas de aluminio de 207 bar de presión de trabajo con una de acero de 300 bar, como le sucedió en una ocasión al Autor tratando del tema con un instructor espabilao que no se resignaba al reconocimiento del error con sus cinco mil inmersiones a cuestas.

Una comparación más correcta

Pero, como no nos hemos quedado muy conformes porque las dos botellas comparadas se parecen como un huevo a una castaña, indagamos en cualquier catálogo de botellas de buceo, eligiendo botellas de capacidad interior lo más parecida posible y con una presión de trabajo (solicitación) también parecida. Y lo normal será encontrarnos con algo así:

• Botella LUXFER de aluminio, modelo P3172V, de 12,2 l de capacidad, de 204 mm de diámetro y 635 mm de longitud, de presión de trabajo 232 bar, pesa en seco 18,1 kg. Lo que da un peso unitario de 1,48 kg/litro de capacidad.
• Botella de acero de tamaño y características de trabajo parecidos marca Euro Steel Cylinders, de 171 mm de diámetro, 690 mm de longitud (sin válvula) y que pesa 14,5 kg. Es decir, con un peso unitario de (1,21 kg/litro) .

Es decir, la botella de aluminio pesa 1,48 kg por cada litro de capacidad, mientras que la de acero pesa 1,21 kg/litro. La de aluminio pesa casi un 20% más que la de acero por cada litro.

Por ello, si el lector ha comprado una botella de aluminio pensando que su transporte en seco va a ser más fácil y ligero, siento desilusionarle, porque es lo contrario.

Y ¿dentro del agua?

El peso en seco de la botella es relevante sólo en superficie. Preparación, transporte, equipamiento y salida y entrada en el agua son las circunstancias a considerar.

Sin embargo y como se desarrolla en la anterior entrada «¿Dónde deben tener sentido las cosas?: EL EQUIPO DE BUCEO ES PARA EL AGUA«, lo verdaderamente importante es lo que ocurre debajo de la superficie, donde todo debe cobrar su verdadero sentido. Todos los datos que se ofrezcan serán calculados para agua salada.

En el caso de las botellas sumergidas, el peso es la primera variable a considerar, pero la única ya que nos falta dos más: La segunda es el volumen. Y es que lo importante debajo del agua no es ni el peso ni el volumen, sino la combinación de ambas magnitudes, que nos dará la flotabilidad fija (positiva, neutra o negativa). El tercer parámetro será el peso del gas que contenga la botella, que, combinado con las anteriores dos (peso y volumen de la botella), nos dará la flotabilidad de ésta en cada momento. Y comoquiera que el gas se va consumiendo según se desarrolla la inmersión, esto hace que la flotabilidad de la botella sea variable a lo largo de la misma.

Todo esto se trató en la entrada de este blog titulada Lo que no cae por su propio peso: LA FLOTABILIDAD DE LA BOTELLA DE BUCEO. El presente artículo puede considerarse una continuación de aquél, recomendándose al lector que lo lea, si no lo ha hecho ya.

Así pues, dado que el comportamiento de las botellas de acero y aluminio son completamente diferentes debido a su distinta relación entre peso y volumen, su comportamiento también diferirá. El lector verá cómo a continuación.

– Las botellas de acero: son generalmente botellas con flotabilidad negativa tanto llenas como vacías. Por tanto, constituirán parte del lastrado del buceador, siendo el peso del gas que contienen un sobrelastrado (respecto del que el buceador utilice para lograr ser neutro volviendo a la superficie), que irá desapareciendo según la inmersión avanza.

– Por el contrario, las botellas de aluminio son neutras o ligeramente negativas al principio de la inmersión pero positivas cuando están vacías al final de ella. Y dado que el buceador debe ser como mínimo neutro a pocos cm de la superficie con su botella sensiblemente vacía (se insiste en que no a 3 o 5 m ni con 50 bar), ello obligará a llevar un lastre adicional equivalente a dicha flotabilidad positiva que el buceador deberá añadir a su lastre. Y este sobrelastre no es pequeño como veremos a continuación. Para calcularlo utilizaremos la herramienta que este blog ofrece como calculadora para obtener las flotabilidades de cualquier botella.

Tomemos una habitual botella S80 de aluminio de 11,1 l que pesa 14,4 kg. Llena con aire a 200 bar, será prácticamente neutra y vacía tendrá una flotabilidad positiva de 2,65 kg, lo que implicará llevar 3 kg de lastre adicional por botella.

La situación será que, en la superficie, llevaremos una botella de 11,1 litros que pesará 14,4 kg de la botella + 11,1 x 200 x 1,2 gr/dm3 + 2,7 kg de lastre. En total y en lo referente sólo a la botella, levantaremos 19,76 kg. Casi 20 kg por botella de 11 litros. ¡Vaya con la «ligereza» de la botella de aluminio! Aunque cierto es que los 2,7 kg adicionales los podremos llevar separadamente en el cinturón de plomos. Pero no deja de ser peso atribuible a la botella.

Ahora nos tiramos al agua con la botella y nos vamos al fondo. Independientemente del lastre que llevemos debido a los otros factores (traje, resto equipo, complexión física, etc.), en lo relativo sólo a la botella que es neutra al principio, estaremos sobrelastrados en 2,7 kg debido al peso del gas. Al ir consumiendo éste, al final de la inmersión ese sobrelastrado desaparecerá hasta ser neutros porque se compensará con la flotabilidad positiva de la botella.

Ahora tomaremos una botella de acero de 12 litros larga de 14,1 kg. En superficie portearemos sólo el peso de la botella y el del gas que contiene: 14,1 + 12 x 200 x 1,2 = 17 kg. ¡Y llevamos 180 litros más de gas que en el caso anterior!

Nos tiramos al agua siendo al principio de la inmersión la botella será 3 kg negativa y al final, neutra. Al igual que la de aluminio, iniciaremos la inmersiòn con un sobrelastrado equivalente al peso del gas (3 kg porque llevamos más cantidad que en la S80 de aluminio), sobrelastrado que irá desapareciendo conforme avance la inmersión hasta ser neutros casi en superficie si hemos consumido el gas.

En resumen, que una botella de aluminio supone llevar una botella algo más pesada que la de acero, menos gas, y sumar a nuestro lastre 2,7 kg de más. No parece un buen negocio ya que, llevando la de acero, no hace falta añadir lastre alguno y portearemos menos peso en superficie.

De todo esto obtendremos la primera consecuencia: para las botellas que contienen el gas que vamos a consumir en la inmersión y que llevamos a la espalda es mucho mejor llevar botellas de acero que de aluminio.

Los buceadores de las áreas de influencia anglosajona que utilizan por sistema botellas de aluminio para gas de espalda están condenados a acarrear un peso innecesario y generalmente a llevar menos gas, además de otras desventajas que analizaremos a continuación. Un atraso, vamos.

Y, entonces ¿por qué botellas de aluminio?

Las botellas de aluminio son el estándar en el ámbito influencia anglosajona por cuestiones de precio y fabricación exclusivamente.

Pero, atendiendo a sus características, las ventajas del aluminio proceden de lo siguiente:

La clave está en el sobrelastrado que implican por su flotabilidad positiva cuando están vacías. Ese sobrelastrado se suele llevar en el cinturón o en cualquier otro lugar del cuerpo del buceador de tal manera que, si fuera necesario desprenderse de la botella para cambiarla de posición o para cederla a un compañero o para librarse de ella al pasar una restricción, nos encontraremos con una botella neutra si está llena o algo positiva si ya se ha consumido parte del gas, pero siempre fácilmente manejable.

Por el contrario, si se tratara de una botella de acero nos encontraríamos con un tanque de una flotabilidad muy negativa y mucho más difícilmente manejable. A veces, imposible.

El equilibrio de las botellas

Las botellas de aluminio y acero no se comportan de igual manera al vaciarse. Y esto hay que tenerlo en cuenta en determinadas modalidades de buceo o cuando se llevan botellas -«etapas»- con gas para descompresión.

Al vaciarse, las botellas de acero suelen en su inmensa mayoría permanecer con flotabilidad negativa, por lo que la disminución del peso del gas interior que ha sido consumido les afecta de una manera homogénea. En otras palabras, una botella llena y una vacía tienen un equilibrio parecido.

Por el contrario, las botellas de aluminio suelen ser sensiblemente neutras cuando están llenas, pero se vuelven positivas al vaciarse. Y el peso de válvula, regulador y su propia distribución de masas provoca que el fondo (o «culo» en la jerga) se vaya hacia arriba mientras la parte de la ojiva queda hacia abajo.

Esta descompensación en el equilibrio de la botella de aluminio al vaciarse influye mucho en modalidades de buceo como el buceo «en lateral» –sidemount-, en el que incluso el buceador modifica los enganches de su arnés a la botella a lo largo de su cuerpo durante la inmersión para compensar este efecto.

En buceo con configuración «de espalda» –backmount– y varias etapas de aluminio, cuando se llevan dos en un mismo lado, se suele situar la etapa que contiene el gas descompresivo que se tiene que respirar a mayor profundidad debajo de la que contiene el gas que se ha de respirar más cerca de la superficie. La razón es precisamente que, al vaciarse la etapa de la que primero se respira en el ascenso, su «culo» que se va hacia arriba es sostenido por la etapa de la que todavía no se ha respirado, evitando que moleste.

En muchas modalidades de buceo, también se aprovecha la característica de las botellas de aluminio de flotar verticalmente cuando están vacías para, en determinadas paradas de descompresión, unir todas las etapas consumidas por los componentes del equipo de buceo mediante un lazo con un carabinero (denominado leash) que abraza el hilo de una boya lanzada al efecto de tal suerte que todas ascienden a lo largo de ese hilo sin separarse hasta superficie mientras los buceadores permanecen haciendo su descompresión con otras botellas, para ser recogidas por el barquero o por los propios buceadores en superficie. Es una manera de librarse de equipo con flotabilidad positiva que sólo estorba una vez utilizado.

Por último, también es frecuente en las botellas de aluminio utilizar la presión de carga del gas para que se comporten de la manera más cómoda para el buceador, llenándolas totalmente aunque no se vaya a consumir todo el gas para que sean neutras, o con menos presión a fin de que, una vez vacías, se comporten como al buceador sea más conveniente, según las circunstancias previstas en la inmersión.

¿Y las botellas pequeñas o ponys?

Si nos desplazamos a rangos de capacidades entre 5 a 8 litros llenado todas las botellas con aire a 200 bar, obtenemos lo siguiente:

Botellas de acero:

– Botellas Luis Cuevas:

SB/05/232 5 litros – 232 Ø 140 460 M25 – 6,9 kg ; Flot.vacía: -0,84 kg ; flot.llena: -2,13 kg
SB/07/232 7 litros – 232 Ø 140 610 M25 – 8,7 kg ; Flot.vacía: -0,35 kg ; flot.llena: -2,15 kg

– Botellas BTS-EUROCYLINDERS:

05/232 5 litros – 232 Ø 140 466 M25 – 7,49 kg ; Flot.vacía: -1,36 kg ; flot.llena: -2,65 kg
07/232 7 litros – 232 Ø 140 605 M25 – 8,80 kg ; Flot.vacía: -0,44 kg ; flot.llena: -2,24 kg

Como se verá, según la marca existen diferencias apreciables. Esto reafirma la idea de que hay que comparar casos concretos, con marca y modelo.

Botellas de aluminio:

– Botellas CATALINA CYLINDERS:

S40/207bar 5,8 litros – 133,4 Ø 645 M25 – 7,3 kg ; Flot.vacía: +1,46 kg ; flot.llena: -0,03 kg
S53/207bar 7,6 litros – 133,4 Ø 645 M25 – 11,4 kg ; Flot.vacía: +0,78 kg ; flot.llena: -1,18 kg

Comparando, se puede ver que todas las botellas de acero son negativas, tanto llenas como vacías, por lo que no requieren de lastre adicional que compense flotabilidades positivas.

Por el contrario, en caso de las botellas de aluminio será necesario llevar 1,5 kg en el caso de la S40 y de 1 kg en el caso de la S53.

Pero es un error comparar estas botellas sin tener en cuenta para qué se utilizan las botellas de este tamaño. Si el propósito es llevar gas de emergencia que únicamente se va a utilizar en caso incidencia, pero que en el 99% de las inmersiones no se va a consumir, parece preferible llevar una botella que, estando llena, sea neutra.

El lector podrá argumentar que también parece razonable llevar una botella negativa cuyo peso no utilizado forme parte de nuestro lastre general, del que deduciremos su flotabilidad negativa, que permanecerá constante a lo largo de toda la inmersión ya que el gas de la botella no se consume. Sin embargo hay que tener en cuenta dos cosas:

• que este tipo de botella se suele llevar en una posición asimétrica respecto del cuerpo por lo que puede producir una cierta descompensación en el equilibrio del buceador recreativo. En el caso del aluminio, el lastre puede llevarse en el cinturón o en cualquier otra posición que no desequilibre;
• que ese lastre adicional debido a la botella siempre estará pero no se debe considerar como parte del lastre general, puesto que en el caso de perder la fuente principal de gas y tener que recurrir a ella, al consumirla necesitaremos compensar ese peso perdido para poder ser neutros al ascender a superficie. Éste es un error muy común. Por tanto, habrá que asumir ese sobrelastrado inherente a la botella, sea cual sea el material del que esté hecha.

Así pues el autor se ratifica en el consejo de llevar una botella neutra. En este caso parece la ideal para buceo recreativo una S40 de aluminio por capacidad, tamaño y funcionalidad.

Corolario

Para gas de espalda o botellas que no se van a mover y cuyo gas se va a consumir, son claramente ventajosas las botellas de acero respecto de las de aluminio.

En cambio, para botellas de etapa de descompresión o botellas que se deben poder desplazar durante la inmersión (cambio de etapas) o de las cuáles uno se tiene que desprender (como por ejemplo en el caso el buceo en configuración lateral -sidemount- en cuevas o pecios), es preferible el aluminio.

En el caso de practicar buceo «en lateral» –sidemount– en aguas abiertas sin necesidad desprenderse de las botellas es preferible el acero como se ha dicho en el anterior párrafo. También debe descartarse entonces la donación de la botella entera puesto que la ausencia de una botella siendo la restante muy negativa desequilibraría al buceador.

Por último, en el caso de llevar una botella de emergencia como fuente secundaria –pony- con gas de reserva destinado a no ser consumido, salvo en caso de emergencia, es mejor que la botella sea neutra y por tanto que sea de aluminio por las razones anteriormente argumentadas de equilibrio.

Lo que sí se debe desterrar de una vez es el mito de que la botella de aluminio es más cómoda y ligera en superficie porque es exactamente al contrario.

Cuide el lector su espalda, pero de verdad, es decir, no cayendo en esa trampa.

(1) – Nota: el Autor es muy consciente que el peso es una unidad de fuerza (Newtons), pero para hacer el artículo más accesible, lo indicará en kilos (kg) (unidad de masa).