Ideas no intuitivas:

¿ POR QUÉ NO LLENAR LAS BOTELLAS DE BUCEO A MÁS PRESIÓN ?

«¡Qué corta se me ha hecho esta inmersión! … he acabado el gas enseguida. ¡Yo no sé porqué no llenar las botellas de buceo a más presión que 200 bar -que encima se quedan luego en 180-! … ¡podrían cargarlas a 300 o, incluso a 400 bar y habría gas de sobra! Debe ser que es peligroso».

Afirmaciones como ésta pueden ser frecuentemente escuchadas en un barco de buceo recreativo.

No. No es peligroso (o, al menos, no más peligroso que las botellas que se llevan actualmente con toda normalidad), sino un asunto interesante que, para entenderlo, es necesario saber algunas cosas.

Después de leer este artículo, el lector comprenderá perfectamente la razón del porqué, en general, no se llenan las botellas de buceo a más presión que los consabidos 200 bar.

Las presiones en una botella de buceo

Hay botellas de distintos tamaños y materiales diseñadas para soportar diferentes presiones.

En el ámbito recreativo, las más habituales son de aluminio y acero. Las primeras tienen una presión de trabajo de 207 bar y las segundas, de 232 bar. Esta diferencia viene condicionada puesto que las primeras se solían utilizar con reguladores de conexión INT (Internacional), homologados generalmente para 207 bar, mientras que las segundas se emplean generalmente fuera del mundo de influencia anglosajona con reguladores tanto de conexión INT como DIN, homologados para 232 bar o 300 bar (afirmación de carácter optimista ya que presume que exista algún lugar fuera de esa influencia). Pero esto no importa ahora.

Lo importante es que la presión estándar en el ámbito del buceo recreativo suele oscilar entre los 200 y los 230 bar, típicamente 200 bar (aunque después de la carga nuestros manómetros midan presiones menores por razones sobradamente explicadas en un anterior artículo de este blog titulado «EL MISTERIO DEL GAS DESAPARECIDO«, que se recomienda leer, si no se ha hecho ya).

Hay que entender que en un centro de buceo se «tara» el compresor a la menor presión de las admitidas por las distintas botellas de las muchas que se cargan habitualmente. No se puede cambiar para cada botella.

¿Más presión supone más peligro?

La respuesta es la misma que si preguntáramos si es más peligroso estar en los bajos de un edificio de cinco plantas o en los de uno de diez plantas. Cada uno de ellos debe estar calculado para sus circunstancias concretas resultando el mismo grado de cumplimiento de los mínimos requeridos por las normas técnicas y, por tanto, con el mismo grado de seguridad. (Además, en caso de colapso de la estructura probablemente el resultado sería el mismo y nada bueno en ninguno de los dos casos).

Hay que suponer que lo que otorga seguridad a una botella de buceo es su composición en cuanto a material y geometría (espesores), calculados con una serie de límites, tolerancias y coeficientes de seguridad, distintos para presiones diferentes para obtener la misma seguridad.

Esta idea es sencilla pero tan contra intuitiva que hay gente que no quiere ni ver botellones cargados a 300 bar pero que maneja botellas todos los días cargadas a 200 bar con toda tranquilidad (demasiada, a veces), lo cual no deja de ser curioso.

Así que, para simplificar, cargar botellas de buceo diseñadas para presiones superiores a 200 bar no debe revestir ningún problema de seguridad si se hace correctamente. Ése no es el problema. (Y si no se hace, todas pueden revestir riesgo, las de 200 bar incluidas).

Los problemas de llenar las botellas de buceo a más presión que 200-215 bar

El peso y flotabilidad de botellas a mayores presiones

En un artículo ya publicado en este blog se ha analizado las flotabilidades de la botella de buceo -tanto llena, como vacía-, así como el procedimiento para su cálculo. Incluso en un artículo posterior se ha ofrecido al lector una calculadora automática para obtener estos datos sin tener que hacer operación aritmética alguna, sino introduciendo simplemente los datos concretos de la botella y el gas a utilizar. Por ello, no reiteraremos ahora esto, recomendando al lector que acuda a dichos artículos en caso de duda o consulta.

Vamos a analizar los siguientes casos, en agua salada, para ilustrar el fenómeno:

– Botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 200 bar (lo usual).

– Botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 300 bar.

– Hipótesis de botellas de acero de 12 litros cargadas con aire o nitrox a 400 bar y 500 bar.

– Botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 200 bar (lo usual). Utilizando, por ejemplo, una botella muy habitual comercializada por la distribuidora A24 Seguridad (antigua Luis Cuevas) de referencia SB/12LP/232 de 12 litros de capacidad y 13,2 kg de peso sin grifería , tendría una flotabilidad vacía de +0,89 kg positiva (que se compensaría con la grifería quedando sensiblemente neutra) y de -2,20 kg llena, ya que el peso del gas sería de 2,20 kg.

En este caso tendríamos una botella neutra estando vacía que, por tanto, no requeriría por sí misma que el buceador llevara ningún lastre adicional. En el fondo, el buceador iría sobrelastrado con los 2,20 kg del peso del gas, lastre que iría disminuyendo según fuera consumiéndolo durante la inmersión.

Como se verá, un escenario de flotabilidades y pesos normal y totalmente asumible.

– Botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 300 bar.

Utilizando así mismo una botella de A24 Seguridad (antigua Luis Cuevas) para 300 bar de referencia SB/12/300 de 12 litros de capacidad y 16,7 kg de peso sin grifería , tendría una flotabilidad vacía de -2,15 kg negativa y de -6,80 kg llena, ya que el peso del gas sería de 4,65 kg.

En este caso tendríamos una botella muy pesada al principio de la inmersión y con un lastre de más de dos kilos fijo que en algunos escenarios y con algunos equipamientos puede resultar excesivo, aunque asumible.

Como se verá, un escenario de flotabilidades y pesos en el límite de lo asumible.

– Hipótesis de botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 400 bar.

Como para estas presiones no existen -que el Autor sepa- botellas de buceo comercializadas, supondremos que el peso que tendría una de ellas fuera lineal con los pesos de las comercializadas para menores presiones. De esta forma, podríamos suponer una botella de 22 kg con 400 bar, que presentaría una flotabilidad vacía de -6,75 kg negativa y de -12,93 kg llena, ya que el peso del gas sería de 6,18 kg.

En este caso tendríamos una botella negativa muy pesada estando vacía que en muchos casos constituiría un importante sobrelastrado a compensar permanentemente con el dispositivo de flotabilidad, sobrelastrado que sería de casi 13 kg estando llena, inasumible aunque éste disminuyera conforme discurre la inmersión y se consume el gas. Ni que decir tiene que acarrear en superficie una botella llena de más de 28 kg (22 + 6,18) también sería un problema.

– Rizando el rizo: Hipótesis de botella de acero de 12 litros cargada con aire o nitrox a 500 bar.

Por la misma razón que en el caso anterior, admitiendo que el peso que tendría fuera lineal con los pesos de las comercializadas para menores presiones, podríamos suponer una botella de 27,5 kg con 500 bar, que presentaría una flotabilidad vacía de -11,53 kg negativa y de -19,26 kg llena, ya que el peso del gas sería de 7,73 kg.

No hacen falta más comentarios. ¿Se imagina alguien lo que sería bucear con una botella que vacía pesara casi 12 kg y llena casi 20 kg? ¿Se imagina lo que sería cargar en superficie con una botella de más de 35 kg?

Evidentemente estas dos últimas hipótesis son totalmente disfuncionales rayando en el dislate y, si se consideran, es únicamente para evidenciar, desde el punto de vista de los pesos y flotabilidades, el fenómeno de lo que supondría bucear con botellas cargadas a presiones muy superiores a las habituales, objeto del artículo.

Pero los pesos y flotabilidades no son la única razón.

La cantidad de gas contenido y sus repercusiones

Lo que se va a explicar ahora debiera ser conocido por todo buceador que aspire a un cierto conocimiento del buceo y, no digamos, si quiere introducirse en el futuro en el buceo técnico.

Todos los cálculos anteriores se han realizado suponiendo que el aire o el nitrox se comportan sensiblemente como si se trataran de gases ideales (que no lo son). Y funciona con razonable aproximación a las presiones habituales. Pero, a mayores presiones, la cosa cambia como veremos a continuación.

Cuando alguien suficientemente formado para ello quiere calcular cualquier consumo, habitualmente parte de la base del volumen en litros a 1 bar que contiene la botella cargada a presión. El cálculo es una sencilla multiplicación: tengo una botella de X litros de capacidad que cargo a Y bar, luego tengo X * Y litros de gas. (Los cálculos de los consumos y otras zarandajas están detalladamente explicados en el artículo «LA CUANTIFICACIÓN DEL CONSUMO DEL BUCEADOR«).

Sin embargo, este cálculo es una simplificación funcional y muy útil pero que obvia varias cosas:

– No tiene en cuenta la temperatura (ni la de llenado, ni la de ambiente en que se va a utilizar);

– no tiene en cuenta el comportamiento del gas a las distintas presiones (factor de compresibilidad).

La primera objeción se trató en el mencionado artículo ya publicado «EL MISTERIO DEL GAS DESAPARECIDO«, recomendándose su lectura. No se repetirá ahora.

La segunda da lugar a la siguiente tabla:

– En dicha tabla se pueden observar en la columna de la izquierda las capacidades más habituales de las botellas de buceo al uso (10 l, 12 l, 11,1 l -S80-, 15 l y 18 litros).

– En las filas superiores, los datos de compresibilidad del aire a distintas presiones (desde 1 bar hasta 500 bar).

– En las columnas interiores, los litros teóricos que debieran contener las botellas si el aire se comportara como un gas ideal y, encima de ellos, los que realmente contienen considerando los coeficientes de compresibilidad a distintas presiones.

Como se podrá comprobar, los volúmenes teóricos que todos calculamos multiplicando la capacidad de la botella por la presión a la que ha sido llenada es:

– sensiblemente igual desde presiones de 1 bar hasta 125 bar (color verde);

– sensiblemente parecida para presiones entre 125 bar y 250 bar (color amarillo);

– apreciablemente distintas para presiones iguales o superiores a 300 bar.

En otras palabras, cuando se llena una botella a 200 bar -por ejemplo- obteniéndose un determinado número de litros en su interior y luego se vuelve a rellenar duplicando su presión interior, no se duplican también los litros que se introducen, sino que se obtiene casi un 20% menos del total.

Es decir, si llenamos una botella de 15 litros a 200 bar calculando un volumen de gas teórico de 15 * 200 = 3.000 litros, tendremos un volumen real de 2.905 litros. Pero si la volvemos a rellenar hasta los 400 bar, es decir, duplicamos su presión, obtendremos 4.970 litros en total, en vez de 6.000 litros esperados (un 17 % menos).

Pero lo interesante es que, en esta última operación, aumentando la presión 200 bar más, obtendremos sólo 4.970 – 2.905 = 2.065 litros, cuando teóricamente debiéramos haber introducido otros 3.000 litros. ¡Un 45 % menos!.

Por tanto, se ha de entender que no sólo los porcentajes de disminución de volumen que contiene el cuadro se refieren a los volúmenes totales esperables, sino que si los comparamos con la diferencia entre cargar a 200 bar y hacerlo a mayores presiones que ésta, las diferencias porcentuales son mucho mayores.

Problemas adicionales

Ni que decir tiene que si se llenaran botellas a presiones mayores de 300 bar, habría que reconfigurar la construcción de válvulas y reguladores existentes, limitados a 300 bar en el mejor de los casos. Lo mismo ocurriría con muchos compresores y sistemas de obtención de Nitrox.

Además, el uso del aluminio empezaría a ser problemático puesto que sus resistencias son menores, so pena de aumentar su peso exponencialmente.

Por último, el costo que tendría todo esto respecto de un beneficio más que dudoso habida cuenta de la organización del buceo recreativo, sería disparatado.

¿Por qué hay botellas a 300 bar?

Porque aunque no están dentro del rango óptimo, en circunstancias muy concretas es necesario bucear penalizado por un peso excesivo que esté en el límite de lo razonable a cambio de llevar más gas. Esto lo saben muy bien los buceadores de cuevas, entre los que se utilizan este tipo de botellas y presiones con cierta frecuencia e, incluso, se ha extendido un práctica llamada el «cave fill» (o «llenado para cueva»), consistente en llenar a 300 bar -e, incluso a casi 350 bar- botellas normales de acero con una presión de trabajo de 232 bar ya que han comprobado que a esta presión no presenta problemas.

Es necesario mencionar en este caso que dichas presiones son inferiores o iguales en todo caso a la presión a la que se somete la botella cuando se le hace la prueba hidrostática periódica obligatoria -que todo recipiente a presión debe pasar y superar- (en el caso de las botellas con presiones de trabajo nominales de 232 bar, las de comprobación suelen ser un 50% más, es decir, de 348 bar). En esta prueba no se llega ni de lejos al límite plástico del material, en el que se producirían deformaciones permanentes.

Sin embargo, estos excesos de presión se hacen a costa de disminuir notablemente los coeficientes de seguridad que se emplean para la fabricación, lo cual no es nada recomendable puesto que estos asumen multitud de circunstancias (oxidaciones, micro roturas, etc.) que, sin ellos, eventualmente podrían devenir en situaciones muy peligrosas. Digamos que los coeficientes de seguridad están para algo.

Y ¡ojo!, porque hablamos de botellas de acero ya que los cilindros de aluminio son otra historia y no deben llenarse en exceso. Hay muchos incidentes de lesiones y muerte por sobrellenado de botellas de aluminio.

El Autor nunca ha realizado esta práctica del «cave fill» o llenado de cueva, pero supone que quien la practique lo hará cambiando la salida y grifería de la botella a una DIN 300 y siempre con reguladores también con conexión DIN 300. Sería estirar demasiado la cuerda, aunque tampoco le extrañaría lo contrario.

También se ha dado el caso de llenado accidental de una botella de acero de 232 bar de presión a 300 bar, con el consiguiente escándalo por parte del usuario recreativo que piensa que han sometido su botella a presiones que la puedan haber dañado.

El Autor conoce el caso de un buceador de prestigio al que le ocurrió lo que se dice y que, después de vaciarla hasta su presión de trabajo, la llevó a realizar una prueba hidrostática (a mucha más presión), por si había sido dañada. Publicado el caso en un conocido foro, a todo el mundo le pareció bien. Resulta curioso que se llene una botella a 300 bar y que se lleve a probar llenándola con 350 bar por si se ha deteriorado. Son de esas contradicciones que se ven normales en el mundo del buceo y que no se entienden.

En cualquier caso, todo esto son prácticas alejadas del ámbito recreativo «sin techo», objeto de este artículo y de este blog. En líneas generales, es rarísimo encontrar una botella a 300 bar en un centro de buceo recreativo ya que estas presiones dejan de tener sentido en este ámbito.

Corolario

Disponer de botellas de buceo cargadas a más de 200-215 bar no tiene demasiado sentido (salvo casos comentados fuera del ámbito recreativo y a presiones no demasiado altas), ya que obtendremos proporcionalmente menos gas, mucho más peso, flotabilidades inasumibles, y costos disparatados.

Y todo ello, ¿para qué? ¿para hacer dos inmersiones sin cambiar de botella? Porque en una sola que bajásemos a más de 6 u 8 metros contraeríamos obligaciones descompresivas importantes si consumiéramos todo ese gas que nos ofreciera la carga a esas presiones.

Cuando uno reflexiona sobre porqué las cosas son como son, suele descubrir que casi todo es un compromiso. Un compromiso entre las distintas variables que intervienen y que hay que ajustar entre ellas para obtener algo que tenga algún sentido. Mejorable, probablemente, pero raramente se consigue esto yéndose a los extremos.

¿A que parece que no habláramos de buceo?