Al iniciarse en el buceo por primera vez, todo el mundo mira extrañado el espesor de ese traje tan curioso y tan incómodo de ponerse que le han dado y que le obliga a portar tantos plomos en el cinturón.
Y es muy frecuente que se pregunte: ¿cómo es posible que un simple tejido condicione tanto el lastrado de un buceador?
Todo el mundo sabe de este problema, pero nadie lo cuantifica en general. Nosotros vamos a hacerlo.
Un material extraordinario, pero …
Para empezar es necesario saber cómo y de qué está hecho realmente un traje de neopreno.
La inmensa mayoría de los trajes de buceo recreativo está hecha con neopreno. Este material es un polímero incoloro (no es negro originalmente como casi todo el mundo supone) que tiene unas propiedades excelentes debido a su gran estabilidad, impermeabilidad, resistencia a la degradación a causa del sol, el ozono y el clima, así como buena resistencia al envejecimiento, estabilidad química y resistencia a la flexión y la torsión.
Fue desarrollado por los científicos de la compañía DuPont en 1930 aunque su discutido descubrimiento fue una serendipia, como muchas otras genialidades. DuPont anunció por primera vez el compuesto bajo el nombre DuPrene, pero su comercialización fue complicada ya que el producto literalmente apestaba. Sí, olía a rayos.
Resuelto el problema de la fetidez, se rebautizó el producto -como compuesto genérico- con el nombre que conocemos hoy: neopreno.
El neopreno – o policloropreno en su denominación química- se utiliza para multitud de propósitos, desde ruedas hasta botas o guantes. Tiene una densidad en torno a los 1.250 kg/m³. Esto quiere decir que este material es más denso que el agua y no flota, sino que se hunde en ella.
Sin embargo, todos sabemos que un traje de neopreno flota. Y ello es porque el tejido con el que se confeccionan los trajes de buceo es de neopreno celular, es decir, de espuma de neopreno con una alta concentración de células cerradas interiores llenas de gas que le confieren una muy baja conductividad térmica comparándola con otros materiales más densos, como es el caso de la propia goma de neopreno.
Viéndolo de otra manera, lo que lleva en sus inmersiones el buceador alrededor de su cuerpo es un gas confinado en celdas independientes de un polímero elástico derivado del petróleo.
Esta manera de entenderlo permite visualizar mucho más fácilmente el comportamiento en el agua respecto de su flotabilidad, que todo buceador conoce o debiera conocer. Así pues, la espuma de neopreno tiene células llenas de nitrógeno u otros gases, como se dice, estando estas células totalmente aisladas unas de otras.
Inicialmente, la espuma de neopreno se fabricaba por gasificado de nitrógeno presurizando la materia prima licuada en una cámara con elevadas presiones y temperaturas. Cuando la presión vuelve a la normalidad, el nitrógeno crea burbujas en la goma (¿nos suena este fenómeno?).
Éste es un proceso caro, pero produce una espuma de neopreno de alta calidad. Se utilizaba nitrógeno en vez del aire (que recordemos que no deja de ser en un 79 % de N2) por cuestiones químicas, no por dotarlo de mejor aislamiento térmico, ya que si ése fuera el propósito, se hubieran utilizado otros gases inertes baratos y con mucha menos conductividad térmica, como el argón.
Sin embargo, en la actualidad el método más empleado es el gasificado químico que se realiza mezclando los componentes del neopreno con un agente gasificador. Durante el proceso de secado en caliente, el agente de espumación se vaporiza para formar burbujas de gas que crean la estructura celular de la espuma.
Este método es altamente contaminante, por lo que en la actualidad la fabricación de la goma espuma de neopreno se realiza mayoritariamente en Asia, donde las leyes de protección medioambiental son más permisivas, cuando no inexistentes. (Si el lector es sensible a la protección ambiental -como muchos buceadores-, sepa que su traje de neopreno probablemente al ser fabricado haya contaminado lo que no está en los escritos. Este asunto la se ha mencionado en un anterior artículo titulado «Las modas vacías: ¿»GREENWASHING» EN EL BUCEO?«).
¿Existen trajes de buceo cuya fabricación sea menos contaminante? Sí … pero mucho más caros. En el anterior enlace mencionado se puede leer un interesantísimo comentario de sus inventores que no tiene desperdicio.
Sea como fuere, la gasificación del neopreno produce el neopreno celular, que tiene una densidad en torno a los 140 a 180 kg/m², es decir, casi la décima parte de su densidad inicial. Esto le confiere su mejor cualidad además de su impermeabilidad, a saber, su aislamiento térmico y, simultáneamente, su mayor defecto: es compresible y, por tanto varia su volumen según nos sumergimos.
Esto tiene una importancia crucial para el buceador y, simultáneamente, no lo hace idóneo -e, incluso, lo excluye- en ciertos ámbitos del buceo, como luego se verá.
¿Por qué «traje húmedo»?
El neopreno se utiliza tanto para trajes húmedos, semi-secos como para secos. En esta última posibilidad y comoquiera que el uso de trajes secos suele estar asociado a buceos más exigentes en donde la compresibilidad del traje puede ser un gran problema, también se fabrican neoprenos hiper comprimidos para reducir su compresibilidad manteniendo en la medida de lo posible sus propiedades aislantes. Una espuma de neopreno con menos gas interior, finalmente.
Si es impermeable, ¿por que «traje húmedo»? La impermeabilidad del material en el caso de húmedos y semi secos no implica que no penetre el agua en su interior durante la inmersión. Todos sabemos que penetra por cuello, muñecas, tobillos y por la cremallera. La idea es que la entrada y salida de agua sea poca, de tal suerte de que el agua interior en contacto con el cuerpo del buceador permanezca allí lo suficiente como para calentarse y formar un película de renovación lenta que contribuya a la protección térmica.
Esta dificultad de penetración del agua hacia su interior se logra en principio dejando poco lugar para ello, esto es, haciendo que el traje esté lo más ajustado posible al cuerpo del buceador. Esto dificulta el ponérselo y quitárselo hasta tal punto que hay veces que hay que ponérselo en la ducha y enjabonado para que entre. Una tortura a veces. Otros trucos ayudan como meter los pies en una bolsa de plástico para facilitar el deslizamiento del traje.
Adicionalmente, unos manguitos de silicona, látex u otro material en muñecas y tobillos (a veces también en cuello) dificultan la circulación de agua interior, sin ser estancos.
Los semisecos (¿por qué no semi húmedos?) utilizan este procedimientos haciendo que dichos manguitos sean casi estancos y, sobre todo, haciendo que la cremallera también lo sea.
Todo esto hay que decirlo, pero es sobradamente conocido por cualquier buceador.
¿Cómo es posible que un simple tejido condicione tanto el lastrado de un buceador?
«He cambiado hoy mi traje de 3 mm por uno de 5 mm y me dicen que tengo que lastrarme con un montón de kilos más. Y no lo entiendo. ¡Pero si sólo son dos milímetros más!»
Las apariencias engañan. Y es que el órgano más grande y pesado del cuerpo humano es … la piel. Pero cuantifiquemos todo esto porque resulta algo contraintuitivo.
Lo más voluminoso del equipo … no lo parece
Existen distintos métodos para el cálculo aproximado de la superficie corporal. Esto es fundamental para campos de la medicina como la dermatología en general y para el tratamiento de quemados, en particular. Distintas fórmulas han sido publicadas sobre la medida de la superficie de la piel del cuerpo humano.
Una de las más comúnmente usadas para adultos es la de Mosteller que se expresa a continuación:
Nota: el peso es dimensionalmente una fuerza y su unidad en el Sist. Internacional es el Newton o en el Sist. Técnico de medidas el kilopondio. Sin embargo, se especificará en kilogramos (unidad de masa) para mejor comprensión del lector.
Esta fórmula incluye la piel de la cabeza, que representa entre un 7% y un 9% del total, y la de los pies. Si se quisiera prescindir de esta superficie (capucha), se debe restar del resultado. En nuestro caso, la incluiremos pensando que la fórmula de Mosteller ofrece resultados algo menores que otras fórmulas (Dubois&Dubois, Gehan&George, Haycock, Boyd).
En consecuencia, dado que la altura y peso medio de adultos en España es en el hombre de 1,76 m y de 84 kg y en la mujer de 1,63 y 67 kg (1), podemos decir que la superficie corporal de un español medio es de 2,03 m² y de una española media es de 1,73 m². Somos pequeños, pero bajitos.
Esto quiere decir que, aunque no lo parezca, un traje de neopreno de 3 mm para un español medio tiene un volumen de 2,03 m2 x 0,003 m = 6,09 dm3; si es de 5 mm será de 2,03 m2 x 0,005 m = 11 dm3 y si es de 7 mm será de 2,03 m2 x 0,007 m = 14,21 dm3. Y los hay más gruesos todavía.
Dicho de otra forma, bajar con un traje de 7 mm es como bajar con un volumen equivalente a catorce botellas vacías de agua de un litro de las del supermercado. El volumen correspondiente a una botella de buceo de 15 litros, más o menos, pero sin el peso del acero. Ahora se ve de otra manera ¿verdad?
¿Cuánto se comprime el traje?
Pero, ¿cuánto se comprime un traje de neopreno a distintas profundidades? Misterio.
Si se pregunta en un centro de buceo a cualquiera, el encogimiento de hombros será general y, como mucho, habrá alguien que avance una compresión de un 20 ó 30% o, como mucho, de la mitad de su volumen inicial, exagerando.
Obviamente, no todos los tejidos de espuma de neopreno son iguales. Con un espesor dado, los hay más y menos elásticos, más o menos gasificados e, incluso, el mismo traje tendrá un comportamiento distinto si es nuevo o ha sido muy usado, ya que muchas de las células de gas interiores habrán perdido propiedades.
Pero todo esto puede dar una idea de los órdenes de magnitud aproximados de lo que sucede en la realidad. También obviamente, la disminución del volumen del traje por compresión no será directamente proporcional a la profundidad, sino que será una curva que veremos a continuación en un ejemplo concreto.
«EL EXPERIMENTO»
Así fue denominada la prueba que quien escribe se dispuso a realizar, a falta total de datos comprobados, en medio de la sorna y las chanzas habituales por parte del grupo de caimanes del Orinoco disfrazados de amigos que constituyen el grupo de compañeros de buceo, prestos a morder al descuido y a reírse del «friki» ése que escribe cosas raras en un blog. Y la verdad es que no extraña.
El problema
Sabemos que el neopreno se comprime a profundidad. Pero ¿cuánto? Y ¿qué implica cuantitativamente en el lastrado del buceador?
Quien esto escribe no ha sido capaz de encontrar un solo estudio o prueba al respecto. (Si el lector supiera de alguno, se ruega lo refiera en los «Comentarios»). Cada caso se hace empíricamente pero no hay nada generalizado, que se sepa.
Esto pudiera parecer lógico habida cuenta de que sabemos también que el lastre que requiere el traje para ser neutro dependerá de muchos factores (espesor del tejido, tamaño del traje, grado de elasticidad de la espuma de neopreno, uso que se le ha dado, fabricación, etc.). Esto hace que prácticamente cada traje sea distinto y requiera un lastre diferente.
Pero el que cada traje sea distinto no quiere decir que no se puedan sacar unas conclusiones generales aproximadas para conocer los órdenes de magnitud en que nos movemos.
La prueba
Así las cosas, el Autor y un querido compañero, que fue engañado, se dispusieron hace unos días a averiguar cuánto se comprime un traje de neopreno, según la profundidad. Aunque sea uno sólo.
Además, se aprovecharía la inmersión para hacer otras probaturas con el sufrido camarada (por cierto, con más de 3.500 inmersiones a sus espaldas).
Cierto es que para hacer bien estas cosas, habría que haber contado con una muestra estadística lo suficientemente significativa, esto es, con varios trajes de distintas marcas, espesores y tamaños. Pero como los medios de este humilde blog sin ánimo de lucro son tan lamentables, nos conformaremos con al menos hacerlo con uno de cierto espesor para evidenciar los resultados. Al menos uno.
Para ello, hubo que embaucar también a otro colega para que nos prestase su flamante traje de la marca AQUALUNG, modelo SOLAFLEX de 7/8 mm de espesor (casi todo de 8 mm), de talla M-L 52, con capucha integrada y con menos de una docena de inmersiones, es decir, prácticamente nuevo. Nuestro amigo mide sobre 175 cm de altura y pesa unos 83 kg. El español medio. Se adjunta imagen del traje con sus características.
Se introdujo el traje holgadamente de una redecilla sin peso ni flotabilidad, colgándose de ella varias pastillas de plomo de distintos pesos (2 kg, 1 kg, 0,5 kg, 0,25 kg), fabricadas estas últimas ex profeso por otro amigo también engatusado.
El «experimento» consistía en lastrarlo en superficie dejándolo neutro a poca distancia de ella, descender a 40 m de profundidad y volverlo a dejarlo neutro para repetir la operación en varias profundidades intermedias tomando nota en cada una de ellas del peso necesario a tal efecto.
La teoría
Es una buena costumbre anticipar los resultados para comprender el proceso mejor cuando posteriormente se contrastan con la realidad, aunque no se tengan todos los datos.
En superficie, sabíamos lo siguiente: gracias a la fórmula de Mosteller, conocíamos aproximadamente la superficie total del traje así como su espesor y, por tanto, su volumen total. Sabíamos también su peso medido con una báscula de viaje. Por tanto, se podía calcular con cierta precisión el lastre necesario para que se empezara a hundir desde la superficie.
Además de eso, sabemos cuáles son los gradientes de presiones en cada una de las paradas que queríamos hacer hasta llegar a los 40 metros. Por ello, podríamos estimar la variación del volumen del traje en caso de ser este proporcional a dicho gradiente de presiones. Nada más.
Con todo esto, dado que el traje tendría una superficie de unos dos metros cuadrados y un espesor de unos 8 mm, con un peso de unos cuatro kilos, era previsible que en superficie se empezará a hundir compensándole el volumen de agua que desaloja (Arquímedes) con un peso total que sería teóricamente de unos 2 m2 x 0,008 m = 0,016 m3 = 16 dm3, es decir, 16 litros ya que 1 litro = 1 dm3. Dado que un litro de agua salada pesa más o menos un 1,03 kg, necesitaríamos 16,5 kg en total para que fuera neutro.
Por tanto, el lastre necesario para mantenerlo neutro casi en superficie se obtendría restando el peso del traje del peso del agua desalojada. Dado que el traje pesaba exactamente 4 kilos (no olvidemos que estamos hablando de un semiseco de gran espesor), tendríamos que añadir un lastre de (16,5 kg – 4 kg), es decir, 12,5 kg para dejarlo neutro casi en superficie.
Y ¿a las distintas profundidades?
A 40 m se podría suponer que el lastre necesario sería más o menos proporcional al cociente entre las presiones absolutas de esa profundidad (5 bar) y la de la superficie (1 bar), por lo que lo esperable sería necesitar 12,5 kg x 1 bar / 5 bar = 2,5 kg. Poco parecía y la verdad es que quien escribe no confiaba mucho en esta predicción puesto que no era capaz de evaluar los efectos derivados de las características constructivas del traje. Pero luego lo veríamos.
Los diferentes pesos necesarios para la neutralidad a distintas cotas según se fuera ascendiendo aumentarían no de manera lineal sino proporcionales al gradiente de presiones que es lo que determina el volumen. Así, los resultados intermedios deberían estar en torno a los siguientes valores:
Nos dispusimos a iniciar «el experimento» con estas premisas teóricas.
La práctica
Desde la superficie, asegurándonos de que no hubiera burbuja de aire alguna por ningún lado y con el traje holgado, se fueron añadiendo pastillas de plomo hasta que el traje alcanzó la neutralidad casi en superficie. Lo ocurrido merece la pena contarse.
- – «Le vamos a colgar por lo menos 8 ó 9 kg de lastre para empezar, a ver qué pasa».
- – «¡Qué dices! … ¡con sólo cuatro o cinco kg se va a ir al fondo directamente y vamos a tener que bajar y buscarlo!«.
- – «No son los números que me salen a priori. ¿Qué nos apostamos?«
Mi incrédulo, engañado y sin embargo amigo cuelga 5 kg y el traje ni se mueve. Empieza a añadir más pastillas. 2 kg, 3 kg, 4 kg … y empieza a hundirse levemente con un total de … ¡¡ 12 kg !! (Exactamente 11,900 kg). Casi exactamente lo que se había estimado. La cara de sorpresa del veterano camarada era para haberla filmado porque nunca lo hubiera imaginado. Y es que estas cosas son bastante poco intuitivas. Le hicimos una foto al conjunto del lastrado.
Con el invento y su lastre de casi 12 kg a cuestas, nos equipamos, nos tiramos al agua y descendimos llegando no sin dificultades a una zona con un fondo a 40 m de profundidad exactamente. Por cierto, acarrear por el fondo tal peso tiene también un precio, habiendo tenido un Consumo Equivalente en Superficie (SCR) de 21 l/min, en la totalidad de la inmersión, cuando lo normal debiera haber estado en unos 12 l/min. Probablemente los consumos durante los periodos de esfuerzo hubieran estado en torno a los 40 l/min, por lo menos.
Allí, a la máxima profundidad autorizada para el buceo recreativo, nos dispusimos a ir quitando lastre poco a poco hasta que el traje volviera a estar neutro. Ahora a la inversa, el compañero empieza quitarle pastillas de plomo. 1 kg, 2 kg, 3 kg … y se vuelve a poner neutro con sólo ¡¡ 1,75 kg !! en total. Incluso medio kilo menos de lo previsto.
En la siguiente parada a 30 metros, lo previsto era que a esa nueva profundidad tuviéramos que lastrar el traje con 2,5 kg según la anterior tabla. Sin embargo, haciendo un numerito rápido en el cuaderno de notas de agua (wetnotes) a profundidad (rapidísimo ya que llevábamos un rato largo trajinando a cuarenta metros) y dado que pasaríamos de estar a una presión absoluta de 5 bar a una de 4 bar, si tomáramos el resultado de 1,75 kg a 40 m, el resultado sería (5 ÷ 4) × 1,75 kg = 2,19 kg ∿ 2,2 kg. Algo menos, pero no mucho.
Así, terminada la prueba a 40 m, trasladamos todo y la repetimos a 30 m, dando un resultado de ¡ 2,30 kg de lastre !. Casi lo previsto.
El proceso fue más premioso de lo que pudiera parecer y ya habíamos acumulado una deco de casi 25 minutos, estando justos de gas incluso con dos botellas cada uno, por lo que decidimos dar por finalizada la prueba, lanzar a superficie el invento con una boya deco de tamaño suficiente y ascender. Quizá otro día lo repetiríamos en las cotas intermedias (o no, porque habiendo obtenido esos tres resultados que prácticamente confirmaban los ya anticipados, el resto es previsible con suficiente certeza).
¿Cuánto se comprimió el traje del «experimento»?
Si pesando 4 kg el traje y casi en superficie hubo que lastrarlo con 11,9 ∿ 12 kg para dejarlo en posición neutra, significa que la fuerza ascensional a la que estaba sometido era de 12 + 4 = 16 kg. Si a 40 m de profundidad bastó un peso de 1,75 kg, siguiendo el traje pesando 4 kg, el empuje era de 1,75 + 4 = 5,75 kg.
Comoquiera que fuerza ascensional o empuje son el peso del agua que el volumen del traje desaloja (Arquímedes), la reducción de su volumen a 40 m respecto del inicial en superficie sería de (5,75 / 16) dm3 = 0,36.
Es decir, el traje se redujo ¡ al 36 % del volumen que tenía en superficie ! En otras palabras, prácticamente a un tercio de su volumen inicial. Cuando lo contamos, las caras de sorna mutaron a sorpresa.
Como la superficie del traje prácticamente no varió, esto supone que el espesor de nuestro traje pasó de 8 mm a 8 x 0,36 = 2,87 mm ∿ 3 mm.
¡ A 40 m teníamos un traje de 3 mm de espesor, no de 8 mm !
¿Qué efecto en cuanto al aislamiento térmico tiene esta reducción? Difícil de precisarlo pero sin duda la tiene, y mucha. Probablemente la resistencia térmica del tejido comprimido quedase también reducida a un tercio.
Quedémonos con que afortunadamente el buceador recreativo sólo podría permanecer escasos minutos en esa profundidad (10 min como mucho sin entrar en descompresión) y no le dará tiempo a enfriarse demasiado, pero esto da una idea también de las limitaciones de este tipo de trajes.
Corolario «experimental»
La fórmula de Mosteller u otras similares aplicadas fueron lo suficientemente aproximadas para calcular el volumen inicial del traje y, por ende, el lastre necesario para estabilizarlo casi en la superficie.
Hasta profundidades recreativas, parece que los distintos lastrados se comportan según lo esperado, proporcionalmente al gradiente de presiones. Más abajo probablemente la cosa cambie puesto que las compresiones máximas de la espuma de neopreno tienen un límite, obviamente. La gráfica del lastrado teórico respecto de la profundidad ya sugiere visualmente una asíntota límite vertical a partir de las mayores profundidades.
La enorme diferencia entre el lastre necesario casi en superficie y el necesario a 40 m de profundidad (casi 10 kg de diferencia), totalmente inútil a esa profundidad, debería ser arrastrada por el buceador durante una inmersión normal cuando se encuentre a esa cota compensándola con 10 litros de gas en su dispositivo de flotabilidad con las consecuencias analizadas en la anterior parte de esta saga de artículos dedicados al lastre y titulada «CAUSAS Y EFECTOS DEL SOBRELASTRADO«. Ello vuelve a evidenciar una vez más la cuasiincompatibilidad entre el buceo técnico profundo y los trajes de neopreno.
Este sobrelastre a profundidad puede ser peligroso habida cuenta de que, en caso de tener que realizar un escape libre, tendremos que compensarlo aleteando o desprendernos de él, obligándonos a llevarlo de manera “zafable”, lo que también comporta sus riesgos.
Durante el «experimento», antes de abandonar los 40 m, quien escribe le pasó sólo 5 kg a su «compañero de indias» conminándole a vaciar totalmente su ala e intentar ascender, como si hubiera perdido totalmente su único dispositivo de flotabilidad. Éste, penalizado con el sobrelastre de su propio traje de 5 mm y aunque ya había consumido la mitad de su gas (menos peso), no fue capaz de separarse y ascender aleteando ni un sólo metro del fondo.
(Por cierto y para los autores de las habituales frases evasivas cuando se habla de estos fallos catastróficos tipo «estas cosas no pasan» o «eso no lo he visto nunca«, precisamente el día anterior un compañero recreativo alemán se quedó con la tráquea de su chaleco literalmente en la mano, perdiendo totalmente su flotabilidad. Se había roto la pieza plástica que la enrosca al chaleco (se adjunta imagen). Afortunadamente le ocurrió en una situación en que no hubo consecuencias. Pero sí pasan).
Por ello, se insiste en que, en el caso del buceo técnico a profundidad, es esencial la redundancia de flotabilidad y no se recomienda el uso de neopreno, prefiriéndose los trajes secos trilaminados, cuya flotabilidad es sensiblemente invariable (con independencia de la «rata» que se lleve dentro) o de neopreno hipercomprimido, cuya variación de volumen respecto del neopreno habitual es mucho más reducida.
Si todo esto es así, sería muy fácil predecir el comportamiento de cualquier traje a distintas profundidades, ya que basta calcular su volumen, pesarlo en superficie, calcular el lastre teórico y sumergirlo de manera descrita lastrándolo para validarlo, si se quiere. Los pesos intermedios aproximados se deducen multiplicando el inverso de cada profundidad absoluta por el lastre anteriormente obtenido.
¿Funciona esto con trajes de menores espesores? Probablemente, pero habría que comprobarlo. Quizá otro día.