Una esclusa de aire [a] es una habitación o compartimento que permite el paso entre ambientes con diferente presión atmosférica o composición, al tiempo que minimiza el cambio de presión o composición entre los diferentes ambientes.
Una esclusa de aire consiste en una cámara con dos puertas o aberturas herméticas , generalmente dispuestas en serie, que no se abren simultáneamente. Las esclusas de aire pueden ser mecanismos de pequeña escala, como los que se utilizan en la fermentación , o mecanismos de mayor tamaño, que a menudo adoptan la forma de una antecámara .
Una esclusa de aire también se puede utilizar bajo el agua para permitir el paso entre el ambiente de aire en un recipiente a presión , como un submarino , y el ambiente de agua en el exterior. En tales casos, la esclusa de aire puede contener aire o agua . Esto se llama esclusa de aire inundable o esclusa de aire submarina , y se utiliza para evitar que el agua entre en un recipiente sumergible o un hábitat submarino .
El procedimiento de entrar en una esclusa de aire desde el entorno de presión externa o ambiental, sellarlo, igualar la presión y pasar a través de la puerta interior se conoce como bloqueo . Por el contrario, el bloqueo implica igualar la presión, abrir la puerta exterior y luego salir del compartimento de la esclusa para entrar al entorno ambiental. El bloqueo y desbloqueo se refieren a la transferencia bajo presión donde las dos cámaras están conectadas o desconectadas físicamente antes de igualar la presión y bloquear o deshabilitar.
Antes de abrir cualquiera de las puertas, la presión del aire de la cámara de la esclusa de aire se iguala con la del ambiente que se encuentra más allá de la puerta contigua. Una transición de presión gradual minimiza las fluctuaciones de la temperatura del aire, lo que ayuda a reducir el empañamiento y la condensación , disminuye las tensiones en los sellos de aire y permite la verificación segura de equipos críticos.
Cuando una persona que no lleva un traje presurizado se desplaza entre entornos con presiones muy diferentes, una esclusa de aire cambia la presión lentamente para ayudar a equilibrar la cavidad de aire interna y evitar la enfermedad por descompresión . Esto es fundamental en el buceo submarino , y un buzo o un trabajador de aire comprimido puede tener que esperar en una esclusa de aire durante varias horas de acuerdo con un programa de descompresión . Se puede utilizar un sistema similar para acceder a espacios limpios herméticos, espacios contaminados o atmósferas irrespirables, que pueden no implicar necesariamente diferencias de presión; en estos casos, se utiliza un procedimiento de descontaminación y lavado en lugar de procedimientos de cambio de presión.
La primera patente de esclusa de aire se le concedió en 1830 a Thomas Cochrane , a quien se le ocurrió la idea para facilitar la construcción de túneles subterráneos. Se puso en uso en 1879 durante un intento de excavar un túnel bajo el río Hudson . [1] [2]
El programa Apolo implicó desarrollos en tecnología de esclusas de aire, ya que las esclusas de aire son fundamentales para permitir que los humanos entren y salgan de la nave espacial mientras están en la Luna sin perder demasiado aire debido a su escasa atmósfera .
Durante la misión Apolo 11 de 1969 , no había ninguna habitación que estuviera diseñada principalmente para ser una esclusa de aire; en su lugar, utilizaron la cabina como esclusa de aire. Tuvieron que evacuarla y despresurizarla antes de abrir la puerta, y luego, una vez que la puerta se cerró, tuvo que volver a presurizarse antes de que alguien pudiera volver a entrar de manera segura en la cabina sin un traje espacial . [3]
Cuando la Estación Espacial Internacional (ISS) comenzó a albergar humanos en noviembre de 2000, [4] no incluía una esclusa de aire, y toda la actividad extravehicular tenía que ser facilitada por la esclusa de aire del transbordador espacial [5] hasta que se instaló el módulo Quest Joint Airlock en julio de 2001. [6]
La primera esclusa de aire comercial de la historia fue la esclusa de aire Bishop de Nanoracks , instalada en la ISS en diciembre de 2020. Tiene forma de campana y está diseñada para transferir cargas útiles desde el interior de la ISS al espacio. A partir de julio de 2023, [actualizar]es la esclusa de aire más grande de su tipo en la estación, capaz de albergar "cargas útiles tan grandes como un refrigerador". [7]
Las esclusas de aire se utilizan en entornos aire-aire por una variedad de razones, la mayoría de las cuales se centran en evitar que los contaminantes transportados por el aire entren o salgan de un área o en mantener la presión del aire de la cámara interior.
Un uso común de la tecnología de esclusas de aire se puede encontrar en algunas salas blancas , donde se pueden excluir partículas dañinas o no deseadas manteniendo la sala a una presión más alta que el entorno, junto con otras medidas. Por el contrario, se evita que las partículas escapen de entornos peligrosos, como reactores nucleares , laboratorios de bioquímica y centros médicos, manteniendo la presión negativa en la sala , es decir, manteniendo la sala a una presión más baja que el entorno, de modo que el aire (y las partículas que transporta) no puedan escapar fácilmente.
Una aplicación menos conocida de las esclusas de aire es la arquitectura: los edificios inflables y las estructuras con soporte de aire, como las cúpulas presurizadas, requieren que la presión de aire interna se mantenga dentro de un rango específico para que la estructura no se derrumbe. Las esclusas de aire son, por lo general, la forma más rentable de permitir que las personas entren y salgan de estas estructuras.
Las esclusas de aire se utilizan para mantener los interiores de los microscopios electrónicos casi al vacío, de modo que el aire no afecte la trayectoria de los electrones. Las esclusas de fermentación , como las que se utilizan en la elaboración de alcohol, son un tipo de esclusa de aire que permite que los gases escapen del recipiente de fermentación mientras se mantiene el aire afuera. Las esclusas de aire con paracaídas son necesarias porque el colapso del perfil aerodinámico debido a la despresurización puede provocar una peligrosa pérdida de altitud.
Desde la década de 1980, se ha utilizado tecnología de esclusas de aire para explorar cámaras recién detectadas en las pirámides egipcias , para evitar que el contenido comience a descomponerse debido a la contaminación del aire. [8]
Los proyectos de ingeniería civil que utilizan presión de aire para mantener el agua y el lodo fuera del lugar de trabajo utilizan una esclusa de aire para transferir personal, equipo y materiales entre el entorno normabadario externo y el lugar de trabajo presurizado en un cajón o túnel sellado . Es posible que la esclusa de aire deba ser lo suficientemente grande como para dar cabida a un turno de trabajo completo al mismo tiempo.
El bloqueo suele ser un procedimiento rápido que lleva sólo unos minutos, mientras que la descompresión necesaria para el bloqueo puede llevar horas.
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Las aplicaciones submarinas incluyen:
En el buceo de saturación , las esclusas de aire son elementos de seguridad cruciales; sirven como puertas presurizadas para gestionar de forma segura la transferencia de buzos y personal de apoyo entre el sistema de saturación (habitaciones) y la campana de buceo , que transporta a los buzos a su sitio de trabajo submarino.
Las esclusas de aire en el buceo de saturación están equipadas con características de seguridad como manómetros , anulaciones manuales y enclavamientos .
Los sistemas de saturación suelen contar con una variedad de esclusas de aire, incluida una esclusa para el almacenamiento de suministros y una esclusa médica para el paso seguro de artículos médicos o evacuaciones de emergencia. Los sistemas complejos de "nivel dividido", que alojan a los buzos a diferentes niveles de presión para distintas profundidades de trabajo, pueden requerir esclusas de aire adicionales.
La descompresión posterior a la inmersión es un proceso gradual que suele durar una semana entera. Durante este tiempo, las esclusas de aire permiten a los buceadores pasar a una cámara de descompresión donde la presión se reduce progresivamente hasta los niveles de la superficie. En caso de emergencia, las esclusas de aire pueden facilitar la transferencia a una cámara de escape hiperbárica o a un bote salvavidas sin cambios significativos de presión.
En cualquier cámara de tratamiento hiperbárico que pueda alojar a más de una persona y en la que sea necesario introducir o sacar a una persona o equipo de la cámara mientras está presurizada, se utiliza una esclusa de aire. Normalmente, habrá una esclusa de aire grande en la entrada de la cámara con capacidad para una o más personas y una esclusa médica más pequeña para encerrar los suministros médicos y los alimentos y bloquear la entrada de desechos.
Las esclusas de aire se utilizan en el espacio exterior, especialmente durante los vuelos espaciales tripulados , para mantener el entorno habitable interno en las naves espaciales y las estaciones espaciales cuando las personas salen o entran de la nave espacial. Sin una esclusa de aire (o tecnología similar, como un puerto para trajes ), el aire del interior se perdería rápidamente al abrir la puerta debido a las propiedades expansivas de los gases que componen el aire respirable , como se describe en la ley de Boyle . Se necesita una sala de esclusas de aire para descomprimir a los astronautas después de que se ponen los trajes espaciales especializados en preparación para la actividad extravehicular , y luego para recomprimirlos a su regreso. [5] Las esclusas de aire como la esclusa de aire Bishop de Nanoracks también permiten liberar cargas útiles al espacio con una pérdida de aire mínima.
Otros ejemplos de esclusas de aire utilizadas en el espacio incluyen la esclusa de aire conjunta Quest y la esclusa de aire de Kibō (módulo ISS) .
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