El mecanismo de los reguladores de buceo es la disposición de los componentes y la función de los reguladores de presión de gas utilizados en los sistemas que suministran gases respirables para el buceo submarino . Tanto los reguladores de flujo libre como los de demanda utilizan retroalimentación mecánica de la presión aguas abajo para controlar la apertura de una válvula que controla el flujo de gas desde el lado de alta presión aguas arriba hasta el lado de baja presión aguas abajo de cada etapa. [1] La capacidad de flujo debe ser suficiente para permitir que la presión aguas abajo se mantenga a la máxima demanda, y la sensibilidad debe ser apropiada para entregar el caudal máximo requerido con una pequeña variación en la presión aguas abajo y para una gran variación en la presión de suministro, sin inestabilidad. de flujo. Los reguladores de buceo de circuito abierto también deben funcionar contra una presión ambiental variable. Deben ser robustos y fiables, ya que son equipos de soporte vital que deben funcionar en un entorno de agua de mar relativamente hostil, y la interfaz humana debe ser cómoda durante períodos de varias horas.
Los reguladores de buceo utilizan válvulas operadas mecánicamente. [1] En la mayoría de los casos, hay retroalimentación de presión ambiental tanto en la primera como en la segunda etapa, excepto cuando esto se evita para permitir un flujo másico constante a través de un orificio en un rebreather , lo que requiere una presión absoluta constante aguas arriba . Los reguladores de contrapresión se utilizan en sistemas de recuperación de gas para conservar los costosos gases respirables a base de helio en el buceo desde superficie y para controlar la salida segura del gas exhalado de los sistemas respiratorios integrados en cámaras hiperbáricas .
Las partes de un regulador se describen aquí como los principales grupos funcionales en orden descendente siguiendo el flujo de gas desde el cilindro hasta su uso final. Los detalles pueden variar considerablemente entre fabricantes y modelos.
Los reguladores de presión de gas se utilizan para varias aplicaciones en el suministro y manipulación de gases respirables para el buceo . Los reguladores reductores de presión se utilizan para reducir la presión del gas para el suministro al buceador en aparatos respiratorios de circuito abierto de flujo libre y demanda, en equipos de rebreather y en procedimientos de mezcla de gases . Los reguladores de contrapresión se utilizan en los sistemas de escape de los sistemas de respiración incorporados de las cámaras de buceo y en la recuperación de gas respirable a base de helio usado para su reciclaje. Algunos de estos reguladores deben funcionar bajo el agua, otros en las condiciones más indulgentes del área de soporte de la superficie. Todos deben funcionar de manera consistente y confiable, pero algunos son parte de sistemas de soporte vital críticos para la seguridad , donde un único punto de falla no debe poner vidas en riesgo.
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La primera etapa del regulador de buceo se puede conectar a la válvula del cilindro mediante uno de dos tipos estándar de accesorios. El conector CGA 850, también conocido como conector internacional, que utiliza una abrazadera de yugo o un accesorio de tornillo DIN para conectarlo a la válvula del cilindro de buceo . También existen normas europeas para conectores de reguladores de buceo para gases distintos del aire. [2]
Los conectores de yugo CGA 850 (a veces llamados abrazaderas en A por su forma) son la conexión de regulador más popular en América del Norte y en varios otros países. Sujetan la abertura de entrada de alta presión del regulador contra la abertura de salida de la válvula del cilindro y están sellados mediante una junta tórica en una ranura en la cara de contacto de la válvula del cilindro. El usuario atornilla la abrazadera en su lugar con los dedos para mantener en contacto las superficies metálicas de la válvula del cilindro y la primera etapa del regulador, comprimiendo la junta tórica entre las caras radiales de la válvula y el regulador. Cuando se abre la válvula, la presión del gas presiona la junta tórica contra la superficie cilíndrica exterior de la ranura, completando el sello. El buceador debe tener cuidado de no atornillar demasiado el yugo, ya que podría resultar imposible retirarlo sin herramientas. Por el contrario, no apretar lo suficiente puede provocar la extrusión de la junta tórica bajo presión y una pérdida importante de gas respirable. Esto puede ser un problema grave si ocurre cuando el buceador está en profundidad. Los accesorios de yugo tienen una presión de trabajo máxima de 240 bares (3500 psi). [3]
La salida de la válvula CGA 850 está en una superficie plana en el cuerpo de la válvula, dentro de una ranura concéntrica para junta tórica de sellado facial, con una muesca cónica en la superficie opuesta del cuerpo de la válvula, coaxial con la ranura para junta tórica. . La abrazadera del yugo encaja alrededor del cuerpo de la válvula y la cara de sellado de la entrada del regulador se asienta sobre la ranura de la junta tórica. Un tornillo de punta cónica se ubica en la muesca y, cuando se aprieta, presiona contra el cuerpo de la válvula y tira de la cara de sellado de la entrada del regulador contra la junta tórica. Este tornillo debe apretarse lo suficiente para mantener el contacto metal con metal entre la entrada del regulador y el cuerpo de la válvula cuando la válvula se abre a la presión total del cilindro y bajo cargas de trabajo normales, incluidos impactos menores y el uso del regulador como manija para levantar el conjunto, para evitar la falla del sello por extrusión de la junta tórica y la consiguiente pérdida de gas respirable. Tampoco se debe apretar demasiado el tornillo, ya que después de su uso se debe quitar con la mano. La rigidez del yugo varía según el diseño, el apriete es manual y queda a criterio del usuario. Afortunadamente, el mecanismo es bastante tolerante a la variación de la fuerza de contacto. Cuando se abre la válvula, la presión del gas sobre la junta tórica la presiona contra la superficie cilíndrica exterior de la ranura y la cara de la entrada del regulador, apretando la junta tórica hacia las superficies de contacto de estas piezas. La presión ejerce una fuerza para empujar el regulador lejos del cuerpo de la válvula, y si la precarga del tornillo es insuficiente, la elasticidad de la abrazadera permitirá que se forme un espacio entre la válvula y el regulador a través del cual se puede extruir la junta tórica. Cuando esto sucede, la pérdida de gas es rápida y es necesario cerrar la válvula y aflojar la abrazadera, inspeccionar la junta tórica y posiblemente reemplazarla. La recuperación de una junta tórica extruida bajo el agua a menudo no es posible y puede ser necesario un rescate a un suministro de gas independiente o un ascenso de emergencia . [ cita necesaria ]
El racor DIN es un tipo de conexión roscada a la válvula del cilindro. El sistema DIN es menos común en todo el mundo, pero tiene la ventaja de soportar una presión mayor, hasta 300 bar, lo que permite el uso de cilindros de acero de alta presión. Son menos susceptibles a reventar la junta tórica si se golpean contra algo mientras están en uso. Los accesorios DIN son el estándar en gran parte de Europa y están disponibles en la mayoría de los países. Muchos buceadores técnicos consideran que el conector DIN es más seguro y, por tanto, más seguro . [4] : 117
Las válvulas DIN se fabrican con presiones nominales de 232 bar y 300 bar. El número de roscas y la configuración detallada de las conexiones están diseñados para evitar combinaciones incompatibles del accesorio de llenado o del regulador con la válvula del cilindro. [5]
La norma ISO 12209 especifica que la ranura de la junta tórica para sellar el conector de salida DIN de 232 y 300 bar a la válvula tiene un diámetro interior de 12 mm y un diámetro exterior de 17 mm, originalmente con una profundidad de ranura de 1,9 mm, aumentada a 2,0. mm en 2003. La especificación de la junta tórica tiene un diámetro interior de 11,2 mm y un diámetro de sección de 2,65 mm. Esto está muy cerca de la junta tórica imperial de tamaño estándar 112 con dimensiones nominales de 12,37 milímetros (0,487 pulgadas) x 2,62 milímetros (0,103 pulgadas), y esta junta tórica se utiliza en la mayoría de los reguladores. Algunos fabricantes, como Apeks, Atomic y ScubaPro, utilizan una ranura ligeramente más pequeña que se adapta mejor a la junta tórica de tamaño 111 con dimensiones nominales de 10,77 milímetros (0,424 pulgadas) x 2,62 milímetros (0,103 pulgadas). Las ranuras Cressi y Poseidon están más cerca del estándar original y la junta tórica que mejor se adapta es la junta tórica de tamaño métrico BS ISO 3601 con dimensiones nominales de 11,3 mm x 2,4 mm, para la cual no existe un equivalente imperial estándar. [6]
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Hay adaptadores disponibles que permiten conectar una primera etapa DIN a un cilindro con una válvula de ajuste de yugo (adaptador de yugo o adaptador de abrazadera A) y para conectar una primera etapa de yugo a una válvula de cilindro DIN (adaptador de tapón y adaptador de bloque). ). [4] : 118
Varios fabricantes comercializan una primera etapa idéntica, que varía únicamente en la elección de la conexión de la válvula del cilindro. En estos casos es posible comprar componentes originales para convertir el yugo a DIN y viceversa. La complejidad de la conversión puede variar y las piezas no suelen ser intercambiables entre fabricantes. La conversión de los reguladores Apeks es especialmente sencilla y sólo requiere una llave Allen y una llave de estrella .
También existen válvulas para botellas destinadas a botellas de buceo que contienen gases distintos del aire:
La mayoría de las válvulas de los cilindros de buceo son actualmente del tipo válvula K, que es una válvula de cierre de rosca simple y operada manualmente. A mediados de la década de 1960, las válvulas J estaban muy extendidas. Las válvulas en J contienen una válvula accionada por resorte que restringe o cierra el flujo cuando la presión del tanque cae a 300-500 psi, causando resistencia respiratoria y advirtiendo al buceador que tiene un nivel peligrosamente bajo de gas respirable. El gas de reserva se libera tirando de una palanca de reserva en la válvula. Las válvulas J cayeron en desgracia con la introducción de manómetros, que permiten a los buzos realizar un seguimiento de su gas bajo el agua, especialmente porque el tipo de válvula es vulnerable a la liberación accidental de aire de reserva y aumenta el costo y el mantenimiento de la válvula. Las válvulas en J se siguen utilizando ocasionalmente cuando se trabaja en condiciones de visibilidad tan escasa que no se puede ver el manómetro, ni siquiera con una luz. [4] : 167–178 [9] : Sec 7.2.2 La mayoría de las válvulas de husillo lateral son de mano derecha, lo que significa que la perilla está en el lado derecho del buzo, pero las válvulas de mano izquierda también se producen para conjuntos con colector y otras aplicaciones donde es mas conveniente. También están disponibles válvulas de husillo axial donde el husillo se encuentra en el eje de la rosca que conecta la válvula al cilindro, con la perilla en la parte superior, y varias configuraciones con salidas dobles o conexiones para colectores de buceo .
La mayoría de los reguladores de buceo contemporáneos son reguladores de demanda de dos etapas y una sola manguera. Consisten en un regulador de primera etapa y una válvula de demanda de segunda etapa. Una manguera de baja presión conecta estos componentes para transferir gas respirable y permite un movimiento relativo dentro de las limitaciones de longitud y flexibilidad de la manguera. Otras mangueras de baja presión suministran componentes adicionales opcionales.
La primera etapa del regulador se monta en la válvula del cilindro o en el colector mediante uno de los conectores estándar (yugo o DIN). Reduce la presión del cilindro a una presión intermedia , generalmente alrededor de 8 a 11 bares (120 a 160 psi) más alta que la presión ambiental, también llamada presión entre etapas , presión media o presión baja . Luego, el gas respirable se suministra a la segunda etapa a través de una manguera. [1] : 17–20
Una primera etapa del regulador equilibrado mantiene automáticamente una diferencia de presión constante entre la presión entre etapas y la presión ambiental incluso cuando la presión del tanque cae con el consumo. El diseño equilibrado del regulador permite que el orificio de la primera etapa sea tan grande como sea necesario sin incurrir en una degradación del rendimiento como resultado del cambio de presión del tanque. [1] : 17–20
El cuerpo regulador de primera etapa generalmente tiene varias salidas (puertos) de baja presión para reguladores de segunda etapa, infladores de BCD y otros equipos; y una o más salidas de alta presión, que permiten que un manómetro sumergible (SPG), una computadora de buceo con gas integrado o un transductor de presión inalámbrico remoto mida la presión del cilindro. La válvula puede diseñarse de modo que un puerto de baja presión se designe "Reg" para el regulador primario de segunda etapa, porque ese puerto permite un mayor caudal para proporcionar menos esfuerzo respiratorio a la máxima demanda. Un pequeño número de fabricantes ha producido reguladores con una manguera y un diámetro de puerto mayores que los estándar para esta salida primaria. [10] : 50
El mecanismo dentro de la primera etapa puede ser de tipo diafragma o de pistón. Ambos tipos pueden estar equilibrados o desequilibrados. Los reguladores desequilibrados hacen que la presión del cilindro empuje la válvula aguas arriba de la primera etapa para cerrarla, a lo que se opone la presión de la etapa intermedia y un resorte. A medida que la presión del cilindro cae, la fuerza de cierre es menor, por lo que la presión regulada aumenta a menor presión del tanque. Para mantener este aumento de presión dentro de límites aceptables, el tamaño del orificio de alta presión es limitado, pero esto disminuye la capacidad de flujo total del regulador. Un regulador equilibrado mantiene aproximadamente la misma facilidad para respirar en todas las profundidades y presiones, al utilizar la presión del cilindro para oponerse también indirectamente a la apertura de la válvula de primera etapa. [1] : 17–20
Algunos componentes de las primeras etapas de tipo pistón son más fáciles de fabricar y tienen un diseño más simple que los de tipo diafragma. Es posible que necesiten un mantenimiento más cuidadoso porque algunas piezas móviles internas pueden estar expuestas al agua y a cualquier contaminante del agua, por lo que pueden ser más propensas a la corrosión y la acumulación de suciedad. [1] : 9-13
El pistón de la primera etapa es rígido y actúa directamente sobre el asiento de la válvula. La presión en la cámara de presión intermedia cae cuando el buzo inhala desde la válvula de demanda, esto hace que el pistón se levante del asiento de la válvula estacionaria a medida que el pistón se desliza hacia la cámara de presión intermedia. La válvula ahora abierta permite que el gas a alta presión fluya hacia la cámara de baja presión hasta que la presión en la cámara haya aumentado lo suficiente como para empujar el pistón de regreso a su posición original contra el asiento y así cerrar la válvula. [1] : 9-13
Las primeras etapas de tipo diafragma son más complejas y tienen más componentes que las de pistón. Su diseño los hace especialmente adecuados para buceo en aguas frías y para trabajar en agua salada y agua que contenga un alto grado de partículas en suspensión, limos u otros materiales contaminantes, ya que las únicas partes móviles expuestas al agua son el resorte de apertura de la válvula y el diafragma. todas las demás partes están aisladas del medio ambiente. En algunos casos, la membrana y el resorte también están sellados del medio ambiente. [11] [1] : 9-13
El diafragma es una cubierta flexible para la cámara de presión entre etapas (intermedia). Cuando el buzo consume gas de la segunda etapa, la presión cae en la cámara de baja presión y el diafragma se deforma hacia adentro empujando contra el empujaválvulas. Esto abre la válvula de alta presión permitiendo que el gas fluya más allá del asiento de la válvula hacia la cámara de baja presión. Cuando el buceador deja de inhalar, la presión en las cámaras de baja presión aumenta y el diafragma vuelve a su posición plana neutral y ya no presiona el elevador de válvula, cortando el flujo hasta que se toma la siguiente respiración. [1] : 9-13
Si una etapa reguladora tiene una arquitectura que compensa un cambio de presión aguas arriba en las partes móviles de la válvula de modo que un cambio en la presión de suministro no afecte la fuerza requerida para abrir la válvula, la etapa se describe como equilibrada. Las válvulas aguas arriba y aguas abajo, la primera y segunda etapa y el funcionamiento del diafragma y pistón pueden estar equilibrados o desequilibrados, y una descripción completa de una etapa especificará cuál de todas estas opciones se aplica. Por ejemplo, un regulador puede tener una primera etapa de pistón equilibrado con una segunda etapa aguas abajo equilibrada. Tanto las primeras etapas de pistón equilibradas como las desequilibradas son bastante comunes, pero la mayoría de las primeras etapas de diafragma están equilibradas. Equilibrar la primera etapa tiene un efecto general mayor en el rendimiento de un regulador, ya que la variación en la presión de suministro del cilindro es mucho mayor que la variación en la presión entre etapas, incluso con una primera etapa desequilibrada. Sin embargo, la segunda etapa opera con un diferencial de presión muy pequeño y es más sensible a las variaciones en la presión de suministro. La mayoría de los reguladores de gama alta tienen al menos una etapa equilibrada, pero no está claro que equilibrar ambas etapas suponga una diferencia notable en el rendimiento. [1] : 17–20
Se utiliza una manguera de presión intermedia, presión media o baja presión para transportar gas respirable (normalmente entre 8 y 10 bar por encima de la temperatura ambiente) desde el regulador de primera etapa hasta la segunda etapa, o válvula de demanda, que se mantiene en la boca. por el buceador, o fijado a la máscara facial completa o al casco de buceo. [4] : 88 La manguera entre etapas estándar tiene 30 pulgadas (76 cm) de largo, pero las mangueras de 40 pulgadas (100 cm) son estándar para los reguladores Octopus y las mangueras de 7 pies (2,1 m) son populares para el buceo técnico, particularmente en cuevas y pecios. penetración donde las limitaciones de espacio pueden hacer necesario nadar en fila india mientras se comparte gas. También están disponibles otras longitudes. La mayoría de los puertos de baja presión tienen rosca UNF de 3/8", pero algunos reguladores se comercializaron con un puerto UNF de 1/2" destinado a la válvula de demanda primaria. Los puertos de alta presión son casi exclusivamente 7/16" UNF. No hay posibilidad de conectar una manguera al puerto de presión incorrecto. [4] : 112
La segunda etapa, o válvula de demanda, reduce la presión del suministro de aire entre etapas a la presión ambiental según lo solicite el buzo. El funcionamiento de la válvula se desencadena por una caída en la presión aguas abajo cuando el buzo inhala. La diferencia de presión sobre el diafragma requerida para iniciar la apertura de la válvula se conoce como presión de apertura .
En una válvula aguas arriba, la parte móvil trabaja contra la presión y se abre en dirección opuesta al flujo de gas. A menudo se fabrican como válvulas basculantes, que son mecánicamente extremadamente simples y fiables, pero que no se pueden ajustar con precisión. [4] : 14
Si la primera etapa tiene fugas y la etapa intermedia se sobrepresuriza, la válvula aguas abajo de la segunda etapa se abre automáticamente, lo que genera un " flujo libre ". Con una válvula aguas arriba, el resultado de la sobrepresurización puede ser una válvula bloqueada. Esto detendrá el suministro de gas respirable y posiblemente provocará la rotura de una manguera o la falla de otra válvula de segunda etapa, como la que infla un dispositivo de flotación. Cuando se utiliza una válvula de inclinación aguas arriba de segunda etapa, el fabricante debe incluir una válvula de alivio en el regulador de primera etapa para proteger la manguera intermedia. [4] : 9
Si se instala una válvula de cierre entre la primera y la segunda etapa, como se encuentra en los sistemas de rescate de buceo utilizados para el buceo comercial y en algunas configuraciones de buceo técnico, la válvula de demanda normalmente estará aislada y no podrá funcionar como válvula de alivio. En este caso se deberá instalar una válvula de sobrepresión en la primera etapa si aún no la tiene. Como muy pocas primeras etapas de los reguladores de buceo contemporáneos (2016) vienen equipadas de fábrica con válvulas de alivio de sobrepresión, están disponibles como accesorios del mercado de accesorios que se pueden atornillar a cualquier puerto de baja presión disponible en la primera etapa. [12]
La mayoría de las válvulas de demanda modernas utilizan un mecanismo de válvula aguas abajo en lugar de aguas arriba. En una válvula aguas abajo, la parte móvil de la válvula se abre en la misma dirección que el flujo de gas y se mantiene cerrada mediante un resorte. La forma habitual de válvula aguas abajo es un asiento accionado por resorte con un asiento de elastómero duro que sella contra una "corona" de metal ajustable alrededor del orificio de entrada. El obturador se levanta de la corona mediante una palanca accionada por el diafragma. [4] : 13–15 Comúnmente se utilizan dos patrones. Uno es el clásico sistema push-pull, en el que la palanca de accionamiento va al extremo del eje de la válvula y se sujeta mediante una tuerca. Cualquier desviación de la palanca se convierte en un tirón axial sobre el eje de la válvula, levantando el asiento de la corona y permitiendo que fluya el aire. [4] : 13 El otro es el arreglo de obturador de barril, donde el obturador está encerrado en un tubo que cruza el cuerpo del regulador y la palanca opera a través de ranuras en los lados del tubo. Se puede acceder al extremo más alejado del tubo desde el costado de la carcasa y se puede instalar un tornillo de ajuste de la tensión del resorte para un control limitado del buzo sobre la presión de apertura. Esta disposición también permite un equilibrio de presión relativamente sencillo de la segunda etapa. [4] : 14, 18
Una válvula aguas abajo funcionará como válvula de sobrepresión cuando la presión entre etapas se eleva lo suficiente para superar la precarga del resorte. Si la primera etapa tiene fugas y la etapa intermedia se sobrepresuriza, la válvula aguas abajo de la segunda etapa se abre automáticamente. si la fuga es grave, esto podría provocar un " flujo libre ", pero una fuga lenta generalmente provocará un "explosión" intermitente del DV, a medida que la presión se libera y se acumula lentamente de nuevo. [4]
Algunas válvulas de demanda utilizan una válvula piloto pequeña y sensible para controlar la apertura de la válvula principal. Las segundas etapas Poseidon Jetstream y Xstream y Oceanic Omega son ejemplos de esta tecnología. Pueden producir caudales muy altos para un diferencial de presión pequeño y, en particular, para una presión de apertura relativamente pequeña o un área de diafragma de accionamiento pequeña. Generalmente son más complicados y costosos de mantener. [4] : 16
Las válvulas de escape son necesarias para evitar que el buzo inhale agua y para permitir que se induzca una diferencia de presión negativa sobre el diafragma para controlar la válvula de demanda. Las válvulas de escape deben funcionar con una diferencia de presión muy pequeña y causar la menor resistencia posible al flujo, sin ser engorrosas ni voluminosas. Las válvulas tipo hongo de elastómero sirven adecuadamente para este propósito, [4] : 108, aunque las válvulas de pico de pato también eran comunes en los reguladores de doble manguera. Cuando es importante evitar fugas de regreso al regulador, como al bucear en agua contaminada, un sistema de dos juegos de válvulas en serie puede reducir el riesgo de contaminación. Una opción más compleja que se puede utilizar para cascos suministrados desde la superficie es utilizar un sistema de escape de recuperación que utiliza un regulador de flujo separado para controlar el escape que regresa a la superficie en una manguera dedicada en el umbilical. [13] : 109
El colector de escape (te de escape, cubierta de escape, bigotes) es el conducto que protege las válvulas de escape y desvía el aire exhalado hacia los lados para que no burbujee en la cara del buzo y oscurezca la vista. Esto no es necesario para los reguladores de manguera doble ya que expulsan el aire detrás de los hombros. [4] : 33
Un accesorio estándar en las segundas etapas de una sola manguera, tanto de boca como integradas en una máscara facial completa o en un casco de demanda, es el botón de purga, que permite al buceador desviar manualmente el diafragma para abrir la válvula y hacer que el aire fluya. en la carcasa. Esto se suele utilizar para purgar la carcasa o la máscara facial completa de agua si se ha inundado. Esto sucederá a menudo si la segunda etapa se deja caer o se retira de la boca mientras está bajo el agua. [4] : 108 Es una pieza separada montada en la cubierta frontal o la cubierta puede hacerse flexible y sirve como botón de purga. Al presionar el botón de purga se presiona el diafragma directamente sobre la palanca de la válvula de demanda, y este movimiento de la palanca abre la válvula para liberar aire a través del regulador. [14] La lengüeta se puede usar para bloquear la boquilla durante la purga para evitar que el chorro de aire sople agua u otra materia en el regulador hacia las vías respiratorias del buceador. Esto es particularmente importante cuando se purga después de vomitar a través del regulador.
El botón de purga también lo utilizan los buceadores recreativos para inflar una boya marcadora de superficie retrasada o una bolsa de elevación . Cada vez que se acciona el botón de purga, el buceador debe ser consciente de la posibilidad de que se produzca un flujo libre y estar preparado para afrontarlo. [15]
Puede ser deseable que el buzo tenga cierto control sobre las características de flujo de la válvula de demanda. Los aspectos ajustables habituales son la presión de apertura y la retroalimentación del caudal a la presión interna de la carcasa de la segunda etapa. La presión entre etapas del aparato de respiración a demanda suministrado desde la superficie se controla manualmente en el panel de control y no se ajusta automáticamente a la presión ambiental como lo hacen la mayoría de las primeras etapas de buceo, ya que esta característica se controla mediante retroalimentación a la primera etapa desde presión ambiental. Esto tiene el efecto de que la presión de apertura de una válvula de demanda suministrada desde la superficie variará ligeramente con la profundidad, por lo que algunos fabricantes proporcionan una perilla de ajuste manual en el costado de la carcasa de la válvula de demanda para ajustar la presión del resorte en la válvula aguas abajo, que controla la presión de apertura. . Los buceadores comerciales conocen la perilla como "dial-a-breath". Se proporciona un ajuste similar en algunas válvulas de demanda de buceo de alta gama, para permitir al usuario ajustar manualmente el esfuerzo respiratorio en profundidad [4] : 17
Las válvulas de demanda de buceo que están configuradas para respirar ligeramente (presión de apertura baja y trabajo respiratorio bajo) pueden tender a fluir libremente con relativa facilidad, particularmente si el flujo de gas en la carcasa ha sido diseñado para ayudar a mantener la válvula abierta reduciendo la presión interna. La presión de apertura de una válvula de demanda sensible es a menudo menor que la diferencia de presión hidrostática entre el interior de una carcasa llena de aire y el agua debajo del diafragma cuando la boquilla apunta hacia arriba. Para evitar una pérdida excesiva de gas por activación involuntaria de la válvula cuando el DV está fuera de la boca del buceador, algunas segundas etapas tienen un mecanismo desensibilizador que provoca cierta contrapresión en la carcasa, impidiendo el flujo o dirigiéndolo hacia el interior. del diafragma. [4] : 21
La configuración de manguera "gemela", "doble" o "dos" de la válvula de demanda de buceo fue la primera en uso general. [16] Este tipo de regulador tiene dos tubos de respiración corrugados de gran diámetro . Un tubo suministra aire desde el regulador a la boquilla, y el segundo tubo entrega el gas exhalado a un punto donde la presión ambiental es idéntica a la demanda del diafragma, donde se libera a través de una válvula unidireccional de pico de pato de goma. y sale por los agujeros de la tapa. Las ventajas de este tipo de regulador son que las burbujas salen del regulador detrás de la cabeza del buceador, lo que aumenta la visibilidad, reduce el ruido y produce menos carga en la boca del buceador. Siguen siendo populares entre algunos fotógrafos submarinos y Aqualung sacó una versión actualizada del Mistral en 2005. [17] [18]
En el prototipo Aqua-Lung original de Cousteau , no había manguera de escape y el aire exhalado salía a través de una válvula unidireccional en la boquilla . Funcionó fuera del agua, pero cuando probó el aqualung en el río Marne, el aire fluía libremente desde el regulador antes de que pudiera respirarse cuando la boquilla estaba sobre el regulador. Después de eso, le colocaron el segundo tubo de respiración . Incluso con ambos tubos instalados, elevar la boquilla por encima del regulador aumenta la presión del gas suministrado y bajar la boquilla reduce la presión suministrada y aumenta la resistencia respiratoria. Como resultado, muchos buceadores de aqualung, cuando hacían snorkel en la superficie para ahorrar aire mientras llegaban al lugar de buceo, colocaban el bucle de mangueras debajo de un brazo para evitar que la boquilla flotara provocando un flujo libre.
Lo ideal es que la presión suministrada sea igual a la presión en reposo en los pulmones del buceador, ya que esto es a lo que los pulmones humanos están adaptados para respirar. Con un regulador de doble manguera detrás del buceador a la altura de los hombros, la presión suministrada cambia según la orientación del buceador. Si el buzo rueda boca arriba, la presión del aire liberada es mayor que en los pulmones. Los buzos aprendieron a restringir el flujo usando la lengua para cerrar la boquilla. Cuando la presión del cilindro estaba baja y la demanda de aire aumentaba, un giro de 90° hacia un lado colocaba los pulmones y el diafragma regulador a la misma profundidad y facilitaba la respiración. La boquilla se puede purgar levantándola por encima del regulador (menos profundo), lo que provocará un flujo libre. [19] : 341
Los reguladores de manguera doble han sido reemplazados casi por completo por reguladores de manguera única y quedaron obsoletos para la mayoría de los buceos desde la década de 1980. [20]
Los reguladores originales de doble manguera generalmente no tenían puertos para accesorios, aunque algunos tenían un puerto de alta presión para un manómetro sumergible. Algunos modelos posteriores tienen uno o más puertos de baja presión entre las etapas, que se pueden utilizar para suministrar alimentación directa para el inflado del traje o chaleco salvavidas y/o una válvula de demanda de manguera única secundaria, y un puerto de alta presión para un manómetro sumergible. [19] El nuevo Mistral es una excepción, ya que se basa en la primera etapa del Aqualung Titan. que tiene el conjunto habitual de puertos. [17]
La disposición de doble manguera con boquilla o máscara facial completa es común en los rebreathers , pero como parte del circuito respiratorio, no como parte de un regulador. La válvula de demanda asociada que comprende la válvula de rescate es un regulador de manguera única.
El mecanismo del regulador de doble manguera está empaquetado en una carcasa metálica generalmente circular montada en la válvula del cilindro detrás del cuello del buzo. Por lo tanto, el componente de la válvula de demanda de un regulador de manguera doble de dos etapas está montado en la misma carcasa que el regulador de primera etapa y, para evitar el flujo libre, la válvula de escape debe ubicarse a la misma profundidad que el diafragma y el El único lugar fiable para hacerlo es en la misma vivienda. El aire fluye a través de un par de mangueras de caucho corrugado hacia y desde la boquilla. La manguera de suministro está conectada a un lado del cuerpo del regulador y suministra aire a la boquilla a través de una válvula antirretorno, y el aire exhalado regresa a la carcasa del regulador en el exterior del diafragma, también a través de una válvula antirretorno en el otro lado de la boquilla y generalmente a través de otra válvula de escape antirretorno en la carcasa del regulador, a menudo del tipo "pico de pato". [19]
Por lo general, se instala una válvula de retención en las mangueras de respiración donde se conectan a la boquilla. Esto evita que el agua que entre en la boquilla entre en la manguera de inhalación y garantiza que una vez que se sopla en la manguera de exhalación no pueda regresar. Esto aumenta ligeramente la resistencia al flujo de aire, pero hace que el regulador sea más fácil de limpiar. [19] : 341
Algunos de los primeros reguladores de manguera doble tenían un diseño de una sola etapa. La primera etapa funciona de manera similar a la segunda etapa de las válvulas de demanda de dos etapas, pero se conectaría directamente a la válvula del cilindro y reduciría el aire a alta presión del cilindro directamente a la presión ambiental según la demanda. Esto se podía hacer usando una palanca más larga y un diafragma de mayor diámetro para controlar el movimiento de la válvula, pero había una tendencia a que la presión de apertura, y por lo tanto el trabajo respiratorio, variara a medida que caía la presión del cilindro. [19]
Los rebreathers de buceo de circuito semicerrado de flujo másico constante necesitan un suministro de gas que tenga una presión constante para alimentar el orificio sónico . Por lo general, se trata de primeras etapas de buceo de circuito abierto ligeramente modificadas con la entrada de presión ambiental desactivada. La conexión al cilindro de alta presión es la misma que para el buceo de circuito abierto, ya que los cilindros y las válvulas también son para servicio bajo el agua.
El flujo obstruido es un efecto de flujo compresible asociado con el efecto venturi . Cuando un gas que fluye a una presión y temperatura determinadas pasa a través de una constricción hacia un ambiente de menor presión, la velocidad del fluido aumenta. En condiciones inicialmente subsónicas aguas arriba, el principio de conservación de la masa requiere que la velocidad del fluido aumente a medida que fluye a través del área de sección transversal más pequeña de la constricción. Al mismo tiempo, el efecto Venturi hace que la presión estática y, por tanto, la densidad, disminuyan en el lugar de constricción. El flujo obstruido es una condición limitante en la que el flujo másico no aumentará con una disminución adicional en el entorno de presión aguas abajo para una presión y temperatura fijas aguas arriba. Para fluidos homogéneos, el punto físico en el que ocurre la asfixia para condiciones adiabáticas , es cuando la velocidad del plano de salida es en condiciones sónicas ; es decir, con un número de Mach de 1. [21] [22] [23] En un flujo estrangulado, el caudal másico sólo se puede aumentar aumentando la densidad aguas arriba y en el punto de estrangulamiento.
El flujo estrangulado de gases es útil para el suministro de gas con rebreather de circuito semicerrado porque el caudal másico es independiente de la presión aguas abajo y depende únicamente de la temperatura y la presión y, por tanto, de la densidad del gas en el lado aguas arriba de la restricción. y la geometría de la restricción. En condiciones de obstrucción, se pueden usar válvulas y placas de orificio calibradas para producir un caudal másico deseado.
Los reguladores utilizados para proporcionar gases respirables suministrados desde la superficie desde los sistemas de almacenamiento de alta presión al panel de gas para buceo son reguladores de reducción de presión industriales normales capaces de proporcionar el caudal necesario. La conexión a los cilindros de alta presión sigue la práctica nacional para sistemas industriales de gas de alta presión para los gases relevantes.
El gas respirable suministrado desde la superficie puede suministrarse a un casco de flujo libre o a un casco con suministro según demanda, y el gas puede descargarse al medio ambiente a presión ambiental o devolverse a la superficie para su reciclaje si esto es económicamente deseable. Los sistemas de flujo libre requieren un caudal relativamente alto ya que el gas se suministra continuamente al casco y el buceador respira a medida que lo atraviesa. El caudal debe ser suficiente para evitar la reinhalación del gas exhalado desde el espacio muerto del casco y debe permitir el máximo caudal inspirado en profundidad. El caudal de un casco de demanda también debe permitir el máximo caudal inspirado, pero esto sólo ocurre de forma intermitente durante el ciclo respiratorio y el flujo promedio es mucho menor. El regulador debe ser capaz de alcanzar el mismo caudal máximo, pero los efectos de enfriamiento son mucho menores para el servicio de demanda.
Las válvulas de demanda utilizadas en los cascos de buceo de superficie y las máscaras completas funcionan exactamente con los mismos principios que las válvulas de demanda de segunda etapa de los equipos de buceo con una sola manguera y, en algunos casos, pueden ser la misma unidad con una carcasa diferente compatible con el producto específico. máscara o casco. Las válvulas de demanda utilizadas con gas suministrado desde la superficie normalmente tendrán un suministro que no está consistentemente a la misma presión por encima de la presión ambiente, por lo que generalmente tienen una perilla de ajuste de presión de apertura, conocida en la industria como "dial a Breath". El gas respirable se suministra desde la superficie o el panel de gas de campana a través de una manguera de suministro de gas respirable en el umbilical del buzo , que comúnmente usa un conector JIC-6 o 9/16 UNF en el extremo de la manguera del buzo, que generalmente es de 3/8 " aburrido. [24]
Una aplicación muy similar es la regulación de la presión del gas de los cilindros de almacenamiento de alta presión de gas de emergencia a bordo de una campana de buceo abierta o cerrada. En estos casos, el regulador debe ser accesible para el botones, por lo que generalmente se monta en el panel de campana de gas. En esta aplicación, el regulador está expuesto a la misma presión ambiental que los buzos en la campana. La presión del gas a bordo generalmente se mantiene justo por debajo de la presión de suministro de superficie, de modo que se activará automáticamente si falla la presión de suministro de superficie. [25]
Los cascos de recuperación utilizan un sistema de suministro de superficie para proporcionar gas respirable al buceador de la misma manera que en los cascos de circuito abierto, pero también tienen un sistema de retorno para recuperar y reciclar el gas exhalado para ahorrar el costoso diluyente de helio, que de otro modo se descargaría. al agua circundante y se pierde en un sistema de circuito abierto. El gas recuperado se devuelve a la superficie a través de una manguera en el umbilical que se proporciona para este propósito, se pasa a través de un depurador para eliminar el dióxido de carbono y luego se puede represurizar y mezclar con oxígeno hasta obtener la mezcla requerida antes de almacenarlo para su uso posterior. [26] [27]
Para permitir que los gases de escape se descarguen de forma segura desde el casco a una manguera de retorno con una presión inferior a la ambiental, deben pasar a través de un regulador de escape, conocido como regulador de recuperación, que funciona según el principio de un regulador de contrapresión , activado. por la diferencia de presión entre el interior del casco y la presión ambiental. El regulador de recuperación puede ser una válvula de dos etapas para una menor resistencia y generalmente tendrá una válvula de derivación manual que permite el escape al agua ambiente si el regulador no funciona correctamente. El casco tendrá una válvula de inundación de emergencia para evitar que una posible falla del regulador de escape cause un apretón en el casco o un barotrauma pulmonar antes de que el buceador pueda evitarlo manualmente, aunque la válvula de demanda generalmente compensará lo suficiente. La válvula de inundación permite que el agua fluya hacia el casco si la presión interna cae por debajo de su diferencial de presión de apertura. El riesgo de ahogarse si el casco se inunda es menor que el riesgo de sufrir lesiones graves causadas por un apretón del casco o un barotrauma pulmonar si la válvula de recuperación se queda abierta y no hay suficiente flujo de gas de entrada para mantener el ritmo de la succión de escape. Una vez que se ha anulado el regulador de recuperación, el buzo expulsará el agua del casco usando la válvula de purga o la válvula de flujo libre y luego usará el casco en circuito abierto. [28]
El flujo de gas recuperado hacia el sistema de procesamiento de la parte superior generalmente pasará a través de un regulador de contrapresión en la campana y otro en la entrada al sistema de procesamiento. Estos garantizan que la presión de la línea en la manguera de recuperación esté aproximadamente 1 bar por debajo de la temperatura ambiente en el buzo y 2 bar por debajo de la temperatura ambiente en la campana umbilical. [26]
Un sistema de respiración incorporado es una fuente de gas respirable instalada en un espacio confinado donde puede ser necesaria una alternativa al gas ambiental para tratamiento médico, uso de emergencia o para minimizar un peligro. Se encuentran en cámaras de buceo , cámaras de tratamiento hiperbárico , [9] y submarinos . [29] [30]
El uso en cámaras de tratamiento hiperbárico suele ser para suministrar un gas de tratamiento rico en oxígeno que, si se utiliza como atmósfera de la cámara, constituiría un riesgo de incendio inaceptable . [31] [32] En esta aplicación, los gases de escape se ventilan fuera de la cámara. [31] En las cámaras de buceo de saturación y en las cámaras de descompresión de superficie la aplicación es similar, pero otra función es el suministro de gas respirable en caso de contaminación tóxica de la atmósfera de la cámara. [31] Esta función no requiere ventilación externa, pero normalmente se utiliza el mismo equipo para el suministro de gases enriquecidos con oxígeno, por lo que generalmente se ventilan al exterior. [ cita necesaria ]
Son sistemas que se utilizan para suministrar gas respirable a demanda en una cámara que se encuentra a una presión mayor que la presión ambiental fuera de la cámara. [31] La diferencia de presión entre la cámara y la presión ambiental externa hace posible expulsar el gas exhalado al ambiente externo, pero el flujo debe controlarse de modo que solo el gas exhalado se ventile a través del sistema y no drene el contenido de la cámara hacia el exterior. Esto se logra mediante el uso de una válvula de escape controlada que se abre cuando una ligera sobrepresión relativa a la presión de la cámara en el diafragma de escape mueve el mecanismo de la válvula contra un resorte. Cuando el gas que fluye a través de la manguera de escape disipa esta sobrepresión, el resorte devuelve esta válvula a la posición cerrada, cortando el flujo adicional y conservando la atmósfera de la cámara. Una diferencia de presión negativa o nula sobre el diafragma de escape lo mantendrá cerrado. El diafragma de escape está expuesto a la presión de la cámara por un lado y a la presión del gas exhalado en la máscara oro-nasal por el otro lado. Esta es una forma de regulador de contrapresión. El suministro de gas para inhalación se realiza a través de una válvula de demanda que funciona según los mismos principios que una segunda etapa de válvula de demanda de buceo normal. Como cualquier otro aparato respiratorio, el espacio muerto debe limitarse para minimizar la acumulación de dióxido de carbono en la mascarilla. [ cita necesaria ]
Los reguladores BIBS para cámaras hiperbáricas tienen un sistema de dos etapas en el buzo similar a los cascos de recuperación, aunque para esta aplicación el regulador de salida vierte el gas exhalado a través de una manguera de salida a la atmósfera fuera de la cámara. En algunos casos, la succión de salida debe ser limitada y puede ser necesario un regulador de contrapresión adicional, un dispositivo que mantiene una presión específica aguas arriba de sí mismo. Este sería normalmente el caso para el uso en un sistema de saturación. El uso para oxigenoterapia y descompresión de superficies con oxígeno generalmente no necesitaría un regulador de contrapresión ya que la presión de la cámara es relativamente baja. [33] Cuando se utiliza un BIBS con ventilación externa a una presión baja en la cámara, puede ser necesaria una asistencia de vacío para mantener baja la contrapresión de exhalación y proporcionar un trabajo respiratorio aceptable . [31]
La principal aplicación de este tipo de BIBS es el suministro de gas respirable con una composición diferente a la atmósfera de la cámara a los ocupantes de una cámara hiperbárica donde la atmósfera de la cámara está controlada, y la contaminación por el gas BIBS sería un problema. [31] Esto es común en la descompresión terapéutica y la oxigenoterapia hiperbárica, donde una presión parcial más alta de oxígeno en la cámara constituiría un riesgo de incendio inaceptable y requeriría ventilación frecuente de la cámara para mantener la presión parcial dentro de límites aceptables. Ventilación frecuente Es ruidoso y caro, pero puede utilizarse en caso de emergencia. [32]
Hay varias formas en que un regulador de buceo puede funcionar mal. Esta sección generalmente se referirá al mal funcionamiento de los reguladores en el entorno submarino, pero los reguladores de gas suministrados desde la superficie también pueden funcionar mal. La mayoría de las averías del regulador implican un suministro inadecuado de gas respirable o una fuga de agua al suministro de gas. Hay dos modos principales de falla en el suministro de gas, donde el regulador corta el suministro, lo cual es extremadamente raro, y de flujo libre, donde el suministro no se detiene y puede agotar rápidamente el suministro de equipo de buceo. [10]
La entrada a la válvula del cilindro puede estar protegida por un filtro sinterizado, y la entrada a la primera etapa generalmente está protegida por un filtro, tanto para evitar que los productos de corrosión u otros contaminantes del cilindro entren en los finos espacios tolerados en las partes móviles. de la primera y segunda etapa y bloquearlos, ya sea abiertos o cerrados. Si entra suficiente suciedad en estos filtros, ellos mismos pueden bloquearse lo suficiente como para reducir el rendimiento, pero es poco probable que resulten en una falla catastrófica total o repentina. Los filtros de bronce sinterizado también pueden obstruirse gradualmente con productos de corrosión si se mojan con agua de mar. El bloqueo del filtro de entrada se hará más notorio a medida que la presión del cilindro caiga. Estos filtros son reemplazables por un técnico de servicio y, a menudo, se reemplazan de forma rutinaria durante el servicio anual. [34]
Las partes móviles de la primera y segunda etapa tienen tolerancias finas en algunos lugares y algunos diseños son más susceptibles a que los contaminantes causen fricción entre las partes móviles. Esto puede aumentar la presión de apertura, reducir el caudal, aumentar el trabajo respiratorio o inducir el flujo libre, dependiendo de las partes afectadas. Estos problemas generalmente requieren que el regulador sea desmontado y limpiado, generalmente usando una solución decapante calentada en un baño ultrasónico , enjuagado, secado, lubricado, reensamblado y recalibrado.
Cualquiera de las etapas puede quedarse atascada en la posición abierta, provocando un flujo continuo de gas desde el regulador conocido como flujo libre. Esto puede deberse a diversas causas, algunas de las cuales pueden remediarse fácilmente y otras no. Las posibles causas incluyen caer al agua o salir de la boca con la boquilla levantada cuando está configurada en máxima sensibilidad, ajuste incorrecto de presión entre etapas, tensión incorrecta del resorte de la válvula de segunda etapa, asiento de válvula dañado o pegado, asiento de válvula dañado, congelamiento de la válvula, ajuste de sensibilidad incorrecto. en la superficie y en las segundas etapas servoasistidas Poseidon, baja presión entre etapas. La acción correctiva puede ser simplemente reducir la sensibilidad cuando no se respira a través de ella; de lo contrario, generalmente incluye probar la presión entre etapas, configurarla según las especificaciones y ajustar la presión de apertura al valor especificado. Si esto falla, generalmente es necesario desmontar y reparar el regulador y reemplazar cualquier pieza desgastada o dañada. [34]
Esta es una fuga lenta de la válvula de primera etapa. El efecto es que la presión entre etapas aumenta hasta que se respira la siguiente vez, o la presión ejerce más fuerza en la válvula de la segunda etapa de la que puede resistir el resorte, y la válvula se abre brevemente, a menudo con un sonido de chasquido, para aliviar. la presión. la frecuencia del alivio de presión depende del flujo en la segunda etapa, la contrapresión, la tensión del resorte de la segunda etapa y la magnitud de la fuga. Puede variar desde fuertes estallidos ocasionales hasta un silbido constante. Bajo el agua, la segunda etapa puede quedar amortiguada por el agua y los fuertes estallidos pueden convertirse en un flujo intermitente o constante de burbujas. Por lo general, este no es un modo de falla catastrófico, pero debe solucionarse ya que empeorará y desperdiciará gasolina. En reguladores de válvula aguas arriba o reguladores con una válvula de aislamiento en la segunda etapa, como la válvula de rescate en un casco o máscara facial con suministro de superficie, es posible que esta función de válvula de alivio de la segunda etapa no esté disponible y una válvula de alivio de presión en la primera etapa es necesaria para evitar que la presión en la manguera suba hasta estallar. [34] Las causas de dichas fugas incluyen un sellado deficiente de la junta tórica entre el asiento de la válvula y el cuerpo del regulador, o entre el vástago de la válvula y el cuerpo del regulador, que se soluciona fácilmente reemplazando la junta tórica, suciedad en la superficie de sellado entre la válvula corona y asiento, daño o desgaste excesivo de la superficie de sellado del asiento y grietas en el cuerpo del asiento. El asiento suele ser de plástico duro y suele ser reemplazable. La corona de la válvula puede ser una parte integral del cuerpo de la válvula o una pieza reemplazable, generalmente de metal. [4] [19]
La congelación del regulador es un mal funcionamiento de un regulador de buceo donde la formación de hielo en una o ambas etapas hace que el regulador funcione incorrectamente. Son posibles varios tipos de mal funcionamiento, incluido el atasco de las válvulas de primera o segunda etapa en cualquier posición, desde cerradas hasta, más frecuentemente, completamente abiertas, lo que puede producir un flujo libre capaz de vaciar el cilindro de buceo en minutos, formación de hielo en el escape. la apertura de la válvula provoca una fuga de agua hacia la boquilla y el desprendimiento de fragmentos de hielo en el aire de inhalación, que puede ser inhalado por el buceador, causando posiblemente laringoespasmo . [35]
Cuando el aire se expande durante la reducción de presión en un regulador, la temperatura desciende y se absorbe calor del entorno. [36] Es bien sabido que en aguas a temperaturas inferiores a 10 °C (50 °F), el uso de un regulador para inflar una bolsa elevadora , o para purgar un regulador bajo el agua durante solo unos segundos, hará que muchos reguladores comiencen a fluir libremente y no se detendrán hasta que se detenga el suministro de aire al regulador. Algunos buceadores de agua fría instalan válvulas de cierre tipo lanzadera en cada regulador de segunda etapa, de modo que si la segunda etapa se congela, el aire de baja presión se puede cerrar a la segunda etapa congelada, lo que les permite cambiar a la segunda etapa alternativa y abortar la inmersión. . [35]
El efecto más familiar del congelamiento del regulador es cuando la válvula de demanda de segunda etapa comienza a fluir libremente debido a la formación de hielo alrededor del mecanismo de la válvula de entrada que evita que la válvula se cierre después de la inhalación. Además del problema del flujo libre del engelamiento de la segunda etapa, un problema menos conocido es la formación de hielo libre, donde el hielo se forma y acumula dentro de la segunda etapa pero no hace que el regulador fluya libremente, y es posible que el buceador no se dé cuenta de que el hielo está ahí. Esta acumulación de hielo libre dentro de la segunda etapa puede desprenderse en forma de astillas o trozos y representar un importante peligro de asfixia porque el hielo se puede inhalar. Esto puede ser un problema particular con los reguladores que tienen superficies internas que desprenden hielo y que están recubiertas de teflón , lo que permite que el hielo se libere de las superficies internas y ayuda a evitar que el regulador fluya libremente al limpiar el hielo. Esto puede ser útil para mantener el mecanismo de la válvula de demanda libre para moverse, pero el hielo aún se forma en el regulador y tiene que ir a alguna parte cuando se suelta. Si se inhala, un trozo de hielo puede provocar laringoespasmo o un ataque de tos grave. [35]
Con la mayoría de los reguladores de buceo de segunda etapa, el hielo se forma y se acumula en los componentes internos, como la palanca de accionamiento de la válvula, el tubo de la carcasa de la válvula y el asiento de la válvula de entrada, el espacio entre la palanca y el punto de apoyo se reduce y eventualmente se llena con la acumulación. de hielo que se forma, evitando que la entrada se cierre completamente durante la exhalación. Una vez que la válvula comienza a tener fugas, los componentes de la segunda etapa se enfrían aún más debido al efecto de enfriamiento del flujo continuo, creando más hielo y un flujo libre aún mayor. Con algunos reguladores, el efecto de refrigeración es tan grande que el agua alrededor de la válvula de escape se congela, lo que reduce el flujo de escape, aumenta el esfuerzo de exhalación y produce presión positiva en el cuerpo de la válvula, lo que dificulta la exhalación a través del regulador. Esto puede hacer que el buzo suelte la boquilla y exhale alrededor de la boquilla. [35]
Con algunos reguladores, una vez que el regulador comienza a fluir libremente, el flujo aumenta hasta alcanzar un flujo libre total y suministra aire al buceador a temperaturas lo suficientemente frías como para congelar el tejido bucal en poco tiempo. El efecto aumenta con la profundidad, y cuanto más profundo esté el buceador, más rápido se perderá el gas respirable. En algunas muertes en aguas frías, cuando se recupera el cuerpo del buzo no queda gas en el cilindro y el regulador ha calentado y derretido el hielo, destruyendo la evidencia, lo que lleva a un hallazgo de muerte por ahogamiento debido a que se acabó. de gas, pero sin la causa inicial de mal funcionamiento del regulador. [35]
Cuando el gas a alta presión pasa a través de la primera etapa del regulador, la caída de presión desde la presión del cilindro hasta la presión entre etapas provoca una caída de temperatura a medida que el gas se expande . Cuanto mayor es la presión del cilindro, mayor es la caída de presión y más frío llega el gas en la manguera de baja presión a la segunda etapa. Un aumento en el flujo aumentará la cantidad de calor perdido y el gas se enfriará, ya que la transferencia de calor desde el agua circundante es limitada. Si la frecuencia respiratoria es baja a moderada (15 a 30 lpm), el riesgo de formación de hielo es menor. [35]
Los factores que influyen en la formación de hielo son: [35]
Si la presión del cilindro es de 2500 libras por pulgada cuadrada (170 bar) o más, y el flujo es lo suficientemente grande (50 a 62,5 lpm), a menudo se formará hielo dentro de la mayoría de los reguladores de demanda de segunda etapa, incluso en agua de 7,2 a 10°. C (45,0 a 50,0 °F) Una vez que la temperatura del agua cae por debajo de 4,4 °C (39,9 °F), la posibilidad de que se forme hielo en la segunda etapa se convierte en un riesgo significativo y se debe considerar antes de comenzar un ejercicio intenso, llenar un chaleco salvavidas o cualquier otra actividad que requiera un flujo sustancial de aire. En agua a una temperatura de 7,2 a 10 °C (45,0 a 50,0 °F), la mayoría de los reguladores se congelarán si el buceador purga agresivamente el regulador de demanda durante solo 5 a 10 segundos para llenar una pequeña bolsa de elevación. Por esta razón, una regla importante en el buceo en aguas frías es nunca dejar que el regulador fluya libremente intencionadamente. [35]
Una vez que la temperatura del agua cae por debajo de 3,3 °C (37,9 °F), no hay suficiente calor en el agua para recalentar los componentes de la segunda etapa que se enfrían con el gas frío de la primera etapa, y la mayoría de las segundas etapas comienzan a formar hielo. [35]
El aire frío entre etapas ingresa a la segunda etapa y se reduce a presión ambiental, lo que lo enfría aún más, por lo que enfría los componentes de la válvula de entrada de la segunda etapa a muy por debajo del punto de congelación y, a medida que el buzo exhala, la humedad en el aliento exhalado se condensa en el componentes fríos y se congela. El calor del agua circundante puede mantener los componentes del regulador de la segunda etapa lo suficientemente calientes como para evitar la acumulación de hielo. El aliento exhalado del buzo a una temperatura de 29 a 32 °C (84 a 90 °F) no tiene suficiente calor para compensar el efecto de enfriamiento del aire entrante en expansión una vez que la temperatura del agua está muy por debajo de 4 °C (39 °F). y una vez que la temperatura del agua cae por debajo de 4 °C (39 °F), no hay suficiente calor en el agua para recalentar los componentes del regulador lo suficientemente rápido como para evitar que la humedad en el aliento exhalado del buzo se congele si el buceador respira con dificultad. Esta es la razón por la que el límite CE para agua fría es de 4 °C (39 °F), que es el punto en el que muchos reguladores de buceo comienzan a retener el hielo libre. [35]
Cuanto más se expanda el gas a un ritmo elevado, más gas frío se producirá y, para un ritmo determinado de recalentamiento, más fríos se pondrán los componentes del regulador. Mantener caudales elevados durante el menor tiempo posible minimizará la formación de hielo. [35]
El aire del cilindro de buceo está sujeto a una reducción drástica de la presión: hasta 220 bar (3200 psi) de un cilindro lleno de 230 bar (3300 psi) y 290 bar (4200 psi) de un cilindro lleno de 300 bar (4400 psi). en la superficie, al pasar por la primera etapa del regulador. Esto reduce la temperatura del aire y el calor se absorbe de los componentes del regulador. Como estos componentes son en gran parte metálicos y, por tanto, buenos conductores de la energía térmica, el cuerpo del regulador se enfriará rápidamente a una temperatura inferior a la del medio circundante. El gas que sale de la primera etapa siempre estará más frío que el agua una vez que el gas del cilindro haya alcanzado la temperatura del agua, por lo que al sumergirlo en agua durante una inmersión, el agua que rodea el regulador se enfría y, si esta agua ya está muy frío, puede congelarse. [37] [35]
Dos cosas pueden causar la congelación de la primera etapa. El menos común es el congelamiento interno debido al exceso de humedad en el gas. La mayoría de los sistemas de filtrado de compresores de aire respirable de alta presión proporcionan aire con un punto de rocío inferior a -40 °C (-40 °F). La congelación interna de la primera etapa puede ocurrir si el contenido de humedad es superior al punto de rocío debido a que los separadores del compresor de llenado y los medios filtrantes no se mantienen adecuadamente.
La causa más común de congelación de la primera etapa es la congelación externa del agua circundante alrededor del exterior de la primera etapa. Esto puede suceder en agua que está por debajo de 4,4 °C (39,9 °F) si los caudales y las presiones de suministro del cilindro son altas. El agua más fría y los altos caudales aumentarán el riesgo de formación de hielo en la primera etapa. Los diseños de primera etapa más eficaces para agua fría tienen una gran superficie y buena conductividad térmica para permitir una transferencia de calor más rápida desde el agua circundante. A medida que el hielo se forma y se espesa en el exterior de la primera etapa, se reduce aún más la transferencia térmica, ya que el hielo es un mal conductor del calor y en agua a 1,6 °C (34,9 °F) o menos, es posible que no haya suficiente calor para derretirse. hielo en la primera etapa más rápido de lo que se forma para un caudal de 40 lpm o más. Una gruesa capa de hielo tardará algún tiempo en derretirse incluso después de que se haya detenido el flujo de gas, incluso si la primera etapa se deja en el agua. La congelación de la primera etapa puede ser un problema mayor en el agua dulce porque el hielo de agua dulce es más difícil de derretir que el hielo de agua de mar. [35]
Si el agua en contacto directo con el mecanismo de transferencia de presión (diafragma o pistón y el resorte que equilibra la presión interna) o sobre los puertos de detección de la primera etapa del pistón del regulador se congela, la retroalimentación de la presión ambiental se pierde y el mecanismo se congela. bloqueado en la posición en la que se produce la congelación, que podría estar entre cerrado y completamente abierto, ya que el hielo impedirá el movimiento necesario para controlar la presión aguas abajo. Dado que el enfriamiento tiene lugar durante el flujo a través del regulador, es común que se produzca congelación cuando la válvula de la primera etapa está abierta, y esto congelará la válvula abierta, permitiendo un flujo continuo a través de la primera etapa. Esto hará que la presión entre etapas aumente hasta que la segunda etapa se abra para aliviar el exceso de presión y el regulador fluirá libremente a una velocidad bastante constante, lo que podría ser un flujo libre masivo o insuficiente para proporcionar gas respirable para cumplir con los requisitos. demanda. Si se cierra la segunda etapa, la válvula de alivio de presión de la primera etapa se abrirá o una manguera o accesorio de baja presión explotará. Todos estos efectos permitirán que continúe el flujo a través de la primera etapa, por lo que el enfriamiento continuará y esto mantendrá congelado el hielo que causa el problema. Para romper el ciclo es necesario detener el flujo de gas en la entrada o exponer el hielo a una fuente de calor capaz de derretirlo. Mientras esté bajo el agua, es poco probable encontrar una fuente de calor para derretir el hielo y detener el flujo es la única opción. Claramente, el flujo se detendrá cuando la presión en el cilindro caiga a la temperatura ambiente, pero esto no es deseable ya que significa una pérdida total del gas respirable. La otra opción es cerrar la válvula del cilindro, cortando la presión en la fuente. Una vez hecho esto, el hielo normalmente se derretirá a medida que el hielo ligeramente más frío absorba el calor del agua circundante y, una vez que el hielo se haya derretido, el regulador funcionará nuevamente. [37] [35]
Esta congelación se puede evitar evitando que el agua entre en contacto directo con las partes móviles enfriadas del mecanismo regulador, [38] [39] [40] o aumentando el flujo de calor del entorno circundante para que no se produzca congelación. [41] Ambas estrategias se utilizan en el diseño de reguladores. [35]
Los reguladores de buceo con capas de plástico en el exterior no son adecuados para uso en agua fría. Aislar la primera o segunda etapa inhibe el recalentamiento del agua circundante y acelera la congelación. [35]
Los kits de aislamiento ambiental en la mayoría de las primeras etapas pueden ayudar hasta cierto punto, al menos durante las pruebas actuales del simulador de respiración CE. La congelación de una primera etapa suele tardar más que la congelación de una segunda etapa. La mayoría de las primeras etapas pueden entregar 62,5 lpm durante al menos cinco minutos a 1,6 °C (34,9 °F) a una profundidad de hasta 57 msw (190 fsw) sin congelarse, pero si la segunda etapa inicia un flujo libre de alta velocidad, la primera etapa generalmente se congela rápidamente y pierde retroalimentación de la presión ambiental. [35]
Los reguladores de primera etapa sumergidos en agua a la misma temperatura, usando la misma presión de suministro, presión entre etapas y caudal producirán la misma temperatura del gas de descarga, dentro de 1 o 2 grados, dependiendo de la conductividad del cuerpo de la válvula. [35]
Con cada inhalación hay una caída repentina de presión desde la presión del cilindro, típicamente entre 230 y 50 bar, hasta la presión entre etapas, típicamente alrededor de 8 bar por encima de la presión ambiente. Si la temperatura del agua es de alrededor de 0 a 2 °C (32 a 36 °F) y la frecuencia respiratoria es alta, de 62,5 lpm, la temperatura entre etapas será de alrededor de -27 a -28 °C (de -17 a -18 °F). ), muy por debajo del punto de congelación del agua. Para cuando el aire haya pasado a través de una manguera estándar de 700 a 800 milímetros (28 a 31 pulgadas) de largo hasta la segunda etapa, el aire sólo se habrá calentado hasta aproximadamente -11 °C (12 °F), que aún está por debajo. congelación. Habrá un enfriamiento adicional menor durante la expansión a través de la segunda etapa. [35]
El aire y los componentes enfriados de la segunda etapa estarán lo suficientemente fríos como para congelar la humedad en el aire exhalado, lo que puede formar una capa de hielo en el interior de la segunda etapa. Presiones más altas en los cilindros producirán aire más frío durante la expansión de la primera etapa. Una purga de tres a cinco segundos de un cilindro de 200 bar en agua de 0 a 2 °C (32 a 36 °F) puede causar una temperatura inferior a −31 °C (−24 °F) en la primera etapa, y −20 °C C (-4 °F) en la entrada de la segunda etapa. [35]
En aguas de 10 °C (50 °F) o menos, una presión del cilindro de 170 bares (2500 psi) y una respiración a una velocidad de 50 lpm) o más, la temperatura del aire que ingresa a la segunda etapa puede estar muy por debajo del punto de congelación. , y cuanto mayor sea la presión del cilindro, más frío se volverá el aire. [35] En agua a menos de 4,4 °C (39,9 °F), la posibilidad de formación y acumulación de hielo en la segunda etapa aumenta considerablemente, especialmente si la frecuencia respiratoria supera los 50 lpm. Un flujo libre causado por la congelación a menudo aumentará en intensidad hasta que el regulador expulse una gran cantidad de aire, lo que aumentará el esfuerzo de exhalación y dificultará mucho la respiración. El flujo de masa de aire aumenta con la profundidad y el esfuerzo, y las temperaturas disminuyen en consecuencia. Una manguera entre etapas más larga permitirá un recalentamiento ligeramente mayor del gas entre etapas antes de que llegue a la válvula de la segunda etapa, aunque el recalentamiento no es del todo proporcional a la longitud de la manguera y el material de la manguera no es un conductor de calor particularmente bueno. [35]
La temperatura del aire sobre el hielo puede ser considerablemente más fría que la del agua debajo del hielo y el calor específico del aire es mucho menor que el del agua. Como consecuencia, hay menos calentamiento del cuerpo del regulador y del gas entre etapas cuando está fuera del agua, y es posible que se produzca un mayor enfriamiento. Esto aumenta el riesgo de formación de hielo en la segunda etapa, y el gas en el cilindro puede enfriarse lo suficiente como para que se produzca la condensación de la humedad residual durante la expansión de la primera etapa, ya que el gas en expansión puede enfriarse por debajo del rocío de -50 °C (-58 °F). punto especificado para gas respirable a alta presión, lo que podría causar formación de hielo interna en la primera etapa. Esto se puede evitar restringiendo al mínimo la respiración del aparato en el aire frío. [42]
Un efecto similar ocurre con la segunda etapa. El aire que ya se ha expandido y enfriado durante la primera etapa se expande nuevamente y se enfría aún más en la válvula de demanda de la segunda etapa. Esto enfría los componentes de la segunda etapa y el agua en contacto con ellos puede congelarse. Los componentes metálicos alrededor de las partes móviles del mecanismo de la válvula permiten la transferencia de calor desde el agua circundante, ligeramente más cálida, y desde el aire exhalado por el buceador, que es considerablemente más cálido que el entorno. [37]
La congelación de la segunda etapa puede desarrollarse rápidamente debido a la humedad en el aliento exhalado, por lo que los reguladores que previenen o reducen el contacto del aliento exhalado del buceador con los componentes más fríos y el área donde ingresa el gas frío generalmente acumularán menos hielo en los componentes críticos. Las cualidades de transferencia de calor de los materiales también pueden influir significativamente en la formación de hielo y el riesgo de congelación. Los reguladores con válvulas de escape que no sellan bien formarán hielo rápidamente a medida que el agua ambiental se filtre en la carcasa. Todas las segundas etapas pueden desarrollar hielo cuando la temperatura del gas de entrada es en promedio inferior a -4 °C (25 °F) y esto puede suceder en temperaturas del agua de hasta 10 °C (50 °F). El hielo que se forma puede provocar o no un flujo libre, pero cualquier hielo dentro de la carcasa del regulador puede presentar un peligro de inhalación. [35]
También es probable que se produzca una congelación de la segunda etapa con la válvula abierta, lo que provocará un flujo libre, lo que puede precipitar una congelación de la primera etapa si no se detiene inmediatamente. Si se puede detener el flujo a través de la segunda etapa congelada antes de que se congele la primera etapa, se puede detener el proceso. Esto puede ser posible si la segunda etapa está equipada con una válvula de cierre, pero si se hace, la primera etapa debe estar equipada con una válvula de sobrepresión, ya que cerrar el suministro a la segunda etapa desactiva su función secundaria como válvula de sobrepresión. válvula de presión. [37]
Las segundas etapas de metal y plástico se enfrían igualmente, pero difieren en la rapidez con la que se enfrían. Las carcasas de metal conducen el calor más rápido, por lo que se enfriarán más rápido, pero también se calentarán más rápido que las molduras de plástico, y los componentes de plástico pueden aislar los componentes metálicos del interior, reduciendo la velocidad de recalentamiento por el agua. Los componentes metálicos pueden ser un problema mayor fuera del agua en aire muy frío, ya que extraerán calor de cualquier parte del cuerpo con la que entren en contacto más rápido que el plástico o el caucho. [35]
En la mayoría de los casos, los cascos suministrados desde la superficie y las válvulas de demanda de las máscaras faciales completas no se enfrían lo suficiente como para desarrollar hielo porque el umbilical funciona como un intercambiador de calor y calienta el aire hasta la temperatura del agua. [35] Si el buzo suministrado desde la superficie recurre al suministro de gas de emergencia para buceo, entonces los problemas son idénticos a los del buceo, aunque el bloque de gas metálico y los conductos de gas del tubo doblado antes de la segunda etapa proporcionarán cierto calentamiento del gas entre etapas más allá. lo que normalmente proporcionaría un equipo de buceo.
Cuando se bucea en agua entre 7 y 10 °C (45 y 50 °F), el aire que llega a la segunda etapa puede estar fácilmente en el rango de -20 a -10 °C (-4 a 14 °F), mientras que la superficie El aire suministrado estará casi a la misma temperatura que el agua, que en el peor de los casos estaría justo por debajo del punto de congelación, pero aún lo suficientemente caliente como para que los buzos exhalen el aliento para evitar que se forme hielo. [35] Si las temperaturas del aire en la superficie están muy por debajo del punto de congelación (por debajo de -4 °C (25 °F)), la humedad excesiva del tanque de volumen puede congelarse formando gránulos de hielo que luego pueden viajar por el umbilical y terminar en la entrada del casco. , bloqueando el aire a la válvula de demanda, ya sea como una reducción en el flujo o un bloqueo completo si los gránulos se acumulan y forman un tapón. La formación de hielo en un sistema suministrado desde la superficie se puede evitar mediante el uso de un sistema eficaz de separación de la humedad y el drenaje regular del condensado. También se pueden utilizar filtros desecantes. El uso de gas HP para suministro de superficie generalmente no es un problema ya que los compresores HP utilizan un sistema de filtro que seca el aire lo suficiente como para mantener el punto de rocío por debajo de -40 °C (-40 °F). También será útil mantener la sección de superficie del umbilical expuesta al aire frío lo más corta posible. La porción del agua normalmente no está lo suficientemente fría como para ser un problema. [35]
Kirby Morgan ha desarrollado un intercambiador de calor de tubos de acero inoxidable ("Thermo Exchanger") para calentar el gas del regulador de primera etapa y reducir el riesgo de congelación del regulador de buceo de segunda etapa al bucear en agua extremadamente fría a temperaturas de hasta -2,2 °C ( 28,0 °F). [35] La longitud y la conductividad térmica relativamente buena de la tubería y la masa térmica del bloque permiten que el calor del agua sea suficiente para calentar el aire a uno o dos grados del agua circundante. [35]
El protocolo para una congelación del regulador a menudo incluye abortar la inmersión. [43]
Las fugas de gas pueden ser causadas por mangueras reventadas o con fugas, juntas tóricas defectuosas, juntas tóricas rotas, particularmente en conectores de yugo, conexiones sueltas y varias de las fallas de funcionamiento enumeradas anteriormente. Es posible que las mangueras de inflado de baja presión no se conecten correctamente o que la válvula de retención tenga fugas. Una manguera de baja presión reventada generalmente perderá gas más rápido que una manguera de alta presión reventada, ya que las mangueras HP generalmente tienen un orificio de restricción de flujo en el accesorio que se atornilla al puerto, [4] : 185 ya que el manómetro sumergible no necesita un flujo alto , y es menos probable que un aumento de presión más lento en la manguera del manómetro sobrecargue el manómetro, mientras que la manguera a una segunda etapa debe proporcionar un caudal máximo alto para minimizar el trabajo respiratorio. [34] Una falla relativamente común de la junta tórica ocurre cuando el sello de la abrazadera del yugo se extruye debido a una fuerza de sujeción insuficiente o a una deformación elástica de la abrazadera por el impacto con el medio ambiente. Esto puede causar cualquier cosa, desde una fuga leve hasta una catastrófica, y puede empeorar con el tiempo.
La respiración húmeda es causada por la entrada de agua en el regulador y comprometiendo la comodidad y seguridad respiratoria. El agua puede filtrarse al cuerpo de la segunda etapa a través de piezas blandas dañadas, como boquillas rotas, válvulas de escape dañadas y diafragmas perforados, a través de carcasas agrietadas o válvulas de escape mal selladas o sucias. La mayoría de las causas de la respiración húmeda se solucionan reemplazando o conectando adecuadamente los componentes responsables, o eliminando los detritos y limpiando la válvula de escape y el puerto. [34]
El alto trabajo respiratorio puede ser causado por una alta resistencia a la inhalación, una alta resistencia a la exhalación o ambas. La alta resistencia a la inhalación puede ser causada por una alta presión de apertura, una baja presión entre etapas, fricción en las piezas móviles de la válvula de la segunda etapa, una carga excesiva del resorte o un diseño de válvula subóptimo. Por lo general, se puede mejorar mediante mantenimiento y ajuste, pero algunos reguladores no pueden proporcionar un flujo alto a grandes profundidades sin un alto trabajo de respiración. La alta resistencia a la exhalación suele deberse a un problema con las válvulas de escape, las cuales pueden atascarse, endurecerse por deterioro de los materiales o pueden tener un área de paso de flujo insuficiente para el servicio. [34] El trabajo respiratorio aumenta con la densidad del gas y, por tanto, con la profundidad. El trabajo respiratorio total del buceador es una combinación de trabajo respiratorio fisiológico y trabajo respiratorio mecánico. Es posible que esta combinación supere la capacidad del buzo, quien luego puede asfixiarse debido a la toxicidad del dióxido de carbono . [44] [45]
Esto se debe a un flujo irregular e inestable desde la segunda etapa. Puede deberse a una retroalimentación inestable entre el caudal en el cuerpo de la segunda etapa y la deflexión del diafragma que abre la válvula, que no es suficiente para provocar un flujo libre, pero sí para provocar un flujo irregular e inestable desde la segunda etapa. El sistema para cazar . Es más común en reguladores de alto rendimiento que están sintonizados para un flujo máximo y un trabajo respiratorio mínimo, particularmente fuera del agua, y a menudo se reduce o se resuelve cuando el regulador se sumerge y el agua ambiental amortigua el movimiento del diafragma y otros elementos móviles. partes. Desensibilizar la segunda etapa cerrando las asistencias venturi o aumentando la presión del resorte de la válvula a menudo detiene este problema. La vibración también puede deberse a una fricción excesiva pero irregular de las piezas móviles de la válvula. [34]
Daños como carcasas agrietadas, boquillas rotas o desalojadas, carenados de escape dañados pueden causar problemas de flujo de gas o fugas, o pueden hacer que el regulador sea incómodo de usar o difícil de respirar. [4]
El uso de un regulador contaminado o no compatible con gas con alta fracción de oxígeno a alta presión puede provocar una ignición interna, que puede simplemente destruir un sello u otro componente menor, o quemar una parte importante del equipo y sus alrededores. [46]
La mayoría de los reguladores son mecanismos bastante simples y robustos, y muchos no requieren herramientas especiales para su mantenimiento, pero para el suministro de gas respirable son equipos de soporte vital y, por lo general, hay implicaciones legales al trabajar en los componentes funcionales para un cliente, por lo que mientras están en En la mayoría de los lugares sería aceptable reparar el propio equipo de soporte vital, generalmente se espera que un técnico de servicio esté certificado como competente para trabajar en un regulador para un cliente. [4]
Estándar en la mayoría de las primeras etapas de Apeks es el exclusivo Sistema de Sellado Ambiental Seco. Este sistema sirve para varios propósitos, incluida la prevención de la acumulación de hielo en el manantial principal que puede ocurrir al bucear en aguas extremadamente frías. El sellado en seco de la primera etapa también actúa como protección contra la entrada de contaminantes y sedimentos en la cámara principal del resorte, y elimina la necesidad de llenar el interior del regulador con aceite de silicona o grasa.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )Las versiones de agua fría utilizan un novedoso sistema dr. Hay un diafragma secundario como todos los demás, pero en lugar de usar un fluido o grasa para transferir la presión ambiental, hay una parte en forma de hongo en el interior llamada "transmisor hidrostático" que transmite la fuerza del diafragma secundario al diafragma principal.
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