Un rebreather es un aparato respiratorio que absorbe el dióxido de carbono del aliento exhalado de un usuario para permitir la reinhalación (reciclado) del contenido de oxígeno sustancialmente no utilizado , y del contenido inerte no utilizado cuando está presente, de cada respiración. Se añade oxígeno para reponer la cantidad metabolizada por el usuario. Esto se diferencia del aparato respiratorio de circuito abierto, donde el gas exhalado se descarga directamente al medio ambiente. El propósito es extender la resistencia respiratoria de un suministro limitado de gas y, para uso militar encubierto por parte de hombres rana o para observar la vida submarina, eliminar las burbujas producidas por un sistema de circuito abierto y, a su vez, no asustar a la vida silvestre que se está filmando. Generalmente se entiende por rebreather una unidad portátil llevada por el usuario. Es más probable que la misma tecnología en un vehículo o en una instalación no móvil se denomine sistema de soporte vital .
La tecnología de rebreather se puede utilizar donde el suministro de gas respirable es limitado, como bajo el agua, en el espacio, donde el ambiente es tóxico o hipóxico (como en la extinción de incendios), rescate en minas, operaciones a gran altitud o donde el gas respirable está especialmente enriquecido o contiene componentes caros, como diluyentes de helio o gases anestésicos.
Los rebreathers se utilizan en muchos entornos: bajo el agua, los rebreathers de buceo son un tipo de aparato de respiración subacuático autónomo que tiene disposiciones para un suministro de gas primario y de emergencia. En tierra, se utilizan en aplicaciones industriales donde pueden estar presentes gases venenosos o puede faltar oxígeno, extinción de incendios , donde se puede requerir que los bomberos operen en una atmósfera inmediatamente peligrosa para la vida y la salud durante períodos prolongados, en sistemas de respiración de anestesia hospitalaria para suministrar control concentraciones de gases anestésicos a los pacientes sin contaminar el aire que respira el personal, y a gran altura, donde la presión parcial de oxígeno es baja, para montañismo de gran altura. En el sector aeroespacial existen aplicaciones en aviones sin presión y para lanzamientos en paracaídas a gran altitud, y por encima de la atmósfera terrestre, en trajes espaciales para actividad extravehicular . Se utiliza tecnología similar en sistemas de soporte vital en submarinos, sumergibles, trajes de buceo atmosféricos , hábitats de saturación submarinos y de superficie , naves espaciales y estaciones espaciales, y en sistemas de recuperación de gas utilizados para recuperar los grandes volúmenes de helio utilizados en el buceo de saturación .
El reciclaje del gas respirable tiene el costo de una complejidad tecnológica y riesgos específicos, algunos de los cuales dependen de la aplicación y el tipo de rebreather utilizado. La masa y el volumen pueden ser mayores o menores que los del circuito abierto dependiendo de las circunstancias. Los rebreathers de buceo controlados electrónicamente pueden mantener automáticamente una presión parcial de oxígeno entre los límites superiores e inferiores programables, o puntos de ajuste, y estar integrados con computadoras de descompresión para monitorear el estado de descompresión del buceador y registrar el perfil de inmersión .
Cuando una persona respira, el cuerpo consume oxígeno y produce dióxido de carbono . El metabolismo básico requiere alrededor de 0,25 L/min de oxígeno a partir de una frecuencia respiratoria de aproximadamente 6 L/min, y una persona en forma que trabaja duro puede ventilar a una velocidad de 95 L/min pero sólo metabolizará alrededor de 4 L/min de oxígeno [1 ] El oxígeno metabolizado es generalmente alrededor del 4% al 5% del volumen inspirado a presión atmosférica normal , o alrededor del 20% del oxígeno disponible en el aire al nivel del mar . El aire exhalado al nivel del mar contiene aproximadamente entre un 13,5% y un 16% de oxígeno. [2]
La situación es aún más derrochadora de oxígeno cuando la fracción de oxígeno del gas respirable es mayor, y en el buceo submarino, la compresión del gas respirable debido a la profundidad hace que la recirculación del gas exhalado sea aún más deseable, ya que una proporción aún mayor de circuito abierto se desperdicia gas. La reinhalación continua del mismo gas agotará el oxígeno a un nivel que ya no sustentará la conciencia y, eventualmente, la vida, por lo que se debe agregar gas que contenga oxígeno al gas respirable para mantener la concentración requerida de oxígeno. [3]
Sin embargo, si esto se hace sin eliminar el dióxido de carbono, se acumulará rápidamente en el gas reciclado, lo que provocará casi de inmediato una dificultad respiratoria leve y rápidamente evolucionará hacia etapas posteriores de hipercapnia o toxicidad por dióxido de carbono. Generalmente es necesaria una tasa de ventilación alta para eliminar el producto metabólico dióxido de carbono (CO 2 ). El reflejo respiratorio se desencadena por la concentración de CO 2 en la sangre, no por la concentración de oxígeno, por lo que incluso una pequeña acumulación de CO 2 en el gas inhalado se vuelve rápidamente intolerable; Si una persona intenta volver a respirar directamente el gas exhalado, pronto sentirá una sensación aguda de asfixia , por lo que los respiradores deben eliminar el CO 2 en un componente conocido como depurador de dióxido de carbono . [4]
Al agregar suficiente oxígeno para compensar el uso metabólico, eliminar el dióxido de carbono y volver a respirar el gas, se conserva la mayor parte del volumen. [4]
La resistencia de un rebreather, la duración durante la cual se puede utilizar de forma segura y cómoda, depende del suministro de oxígeno a la tasa de consumo de oxígeno del usuario y de la capacidad del depurador para eliminar el dióxido de carbono a la velocidad a la que se produce. el usuario. Estas variables están estrechamente relacionadas, ya que el dióxido de carbono es producto del consumo metabólico de oxígeno, aunque no el único producto. Esto es independiente de la profundidad, excepto por el aumento del trabajo respiratorio debido al aumento de la densidad del gas. [4]
Hay dos disposiciones básicas que controlan el flujo de gas respirable dentro del rebreather, conocidas como sistemas de péndulo y circuito.
En la configuración de péndulo, el usuario inhala gas del contrapulmón a través de una manguera de respiración y el gas exhalado regresa al contrapulmón fluyendo de regreso a través de la misma manguera. El depurador suele estar entre la manguera de respiración y la bolsa contrapulmonar, y el flujo de gas es bidireccional. Todos los conductos de flujo entre el usuario y el absorbente activo en el depurador son espacios muertos : volumen que contiene gas que el rebreather reinspira sin modificación. El espacio muerto aumenta a medida que se agota el absorbente. Se debe minimizar el volumen de la manguera de respiración para limitar el espacio muerto.
En la configuración de bucle, el usuario inhala gas a través de una manguera y exhala a través de una segunda manguera. El gas exhalado fluye hacia el depurador por un lado y sale por el otro lado. Puede haber un contrapulmón grande, a cada lado del depurador, o dos contrapulmones más pequeños, uno a cada lado del depurador. El flujo es en una dirección, controlado por válvulas antirretorno, que generalmente se encuentran en las mangueras de respiración donde se unen a la boquilla. Sólo el paso de flujo en la boquilla antes de la división entre las mangueras de inhalación y exhalación es espacio muerto, y esto no se ve afectado por el volumen de la manguera. [6]
Hay algunos componentes que son comunes a casi todos los rebreathers portátiles personales. Estos incluyen los componentes del volumen de respiración a presión ambiental, generalmente llamados circuito de respiración en un rebreather de flujo circulante, y el sistema de control y suministro de gas de reposición.
El contrapulmón es una bolsa hermética de material resistente y flexible que retiene el volumen del gas exhalado hasta que se inhala nuevamente. Puede haber un solo contrapulmón, o uno a cada lado del depurador, lo que permite un flujo de gas más uniforme a través del depurador, lo que puede reducir el trabajo respiratorio y mejorar la eficiencia del depurador mediante un tiempo de permanencia más constante .
El depurador es un recipiente que tiene una entrada por un lado y una salida por el otro, lleno de material absorbente de dióxido de carbono, en su mayoría bases fuertes , a través del cual pasa el gas exhalado para eliminar el dióxido de carbono. El absorbente puede ser granular o tener la forma de un cartucho moldeado. [7] El sorbo granular se puede fabricar rompiendo trozos de cal y clasificando los gránulos por tamaño, o moldeando los gránulos en un tamaño y forma consistentes. [8] El flujo de gas a través del depurador puede ser en una dirección en un rebreather de circuito, o en ambas direcciones en un rebreather de péndulo.
Un absorbente típico es la cal sodal, que está compuesta de hidróxido de calcio Ca(OH) 2 e hidróxido de potasio KOH o hidróxido de sodio NaOH (pueden estar presentes cualquiera de estos o ambos). El componente principal de la cal sodada es el hidróxido de calcio, que es relativamente barato y fácilmente disponible. Otros componentes pueden estar presentes en el absorbente. Se añade hidróxido de sodio para acelerar la reacción con dióxido de carbono. Se pueden agregar otros productos químicos para evitar productos de descomposición no deseados cuando se usan con anestésicos por inhalación halogenados estándar. Se puede incluir un indicador para mostrar cuando el dióxido de carbono se ha disuelto en el agua de la cal sodada y formado ácido carbónico, cambiando el pH de básico a ácido, ya que el cambio de color muestra que el absorbente ha alcanzado la saturación con dióxido de carbono y debe ser cambió. [8]
El dióxido de carbono se combina con agua o vapor de agua para producir un ácido carbónico débil: CO 2 + H 2 O –> H 2 CO 3 . Este reacciona con los hidróxidos para producir carbonatos y agua en una reacción exotérmica: [6] En la reacción intermedia, el ácido carbónico reacciona exotérmicamente con hidróxido de sodio para formar carbonato de sodio y agua: H 2 CO 3 + 2NaOH –> Na 2 CO 3 + 2H 2 O + calor. En la reacción final, el carbonato de sodio reacciona con la cal apagada (hidróxido de calcio) para formar carbonato de calcio e hidróxido de sodio: Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 –> CaCO 3 + 2NaOH. El hidróxido de sodio vuelve a estar disponible para reaccionar con más ácido carbónico. [8] 100 gramos (3,5 oz) de este absorbente pueden eliminar alrededor de 15 a 25 litros (0,53 a 0,88 pies cúbicos) de dióxido de carbono a una presión atmosférica estándar [6] [8] Este proceso también calienta y humidifica el aire, que es deseable para bucear en agua fría o escalar a grandes altitudes, pero no para trabajar en ambientes calurosos.
Se pueden utilizar otras reacciones en circunstancias especiales. El hidróxido de litio y, en particular, el peróxido de litio se pueden utilizar cuando la baja masa es importante, como en estaciones espaciales y trajes espaciales. El peróxido de litio también repone el oxígeno durante la reacción de lavado. [9]
Otro método de eliminación de dióxido de carbono que se utiliza ocasionalmente en los rebreathers portátiles es congelarlo, lo cual es posible en un rebreather criogénico que utiliza oxígeno líquido. El oxígeno líquido absorbe calor del dióxido de carbono en un intercambiador de calor para convertir el oxígeno en gas, que es suficiente para congelar el dióxido de carbono. Este proceso también enfría el gas, lo que a veces, pero no siempre, es deseable.
Una manguera de respiración o, a veces, un tubo de respiración en un rebreather es un tubo flexible por el que pasa el gas respirable a presión ambiental. Se distinguen de las mangueras de baja, intermedia y alta presión que también pueden ser partes de un aparato rebreather. Tienen un orificio lo suficientemente ancho para minimizar la resistencia al flujo a la presión ambiental en el rango operativo del equipo, generalmente tienen una sección transversal circular y pueden ser corrugados para permitir que la cabeza del usuario se mueva sin que el tubo colapse al doblarse. [6]
Cada extremo tiene una conexión hermética con el componente adyacente y pueden contener una válvula unidireccional para mantener el gas circulando de la manera correcta en un sistema de circuito. Dependiendo del servicio, pueden estar hechos de un polímero flexible, un elastómero , un elastómero reforzado con fibra o tela, o un elastómero cubierto con una tela tejida para refuerzo o resistencia a la abrasión. Si la capa tejida se une a la superficie exterior, protege el caucho del daño causado por raspaduras, pero dificulta la eliminación de los contaminantes. [6]
Las mangueras de respiración suelen ser lo suficientemente largas para conectar el aparato a la cabeza del usuario en todas las posiciones de la cabeza, pero no deben ser innecesariamente largas, lo que provocará peso adicional, resistencia hidrodinámica , riesgo de engancharse con cosas o contener un exceso de espacio muerto en un péndulo. rebreather. Las mangueras de respiración se pueden atar a los hombros del buceador o lastradas para lograr una flotabilidad neutra y minimizar las cargas en la boquilla.
Se proporciona una boquilla con mordedura , una máscara oronasal , una máscara facial completa o un casco sellado para que el usuario pueda respirar desde la unidad con las manos libres.
Un depósito de oxígeno, generalmente en un cilindro de alta presión, pero a veces como oxígeno líquido, que alimenta oxígeno gaseoso al volumen de respiración a presión ambiental, ya sea de forma continua, o cuando el usuario opera la válvula de adición de oxígeno, o mediante una válvula de demanda en un tanque de oxígeno. rebreather, cuando el volumen de gas en el circuito respiratorio disminuye y la presión cae, o en un rebreather de mezcla de gases controlado electrónicamente, después de que un sensor ha detectado una presión parcial de oxígeno insuficiente y activa una válvula solenoide.
Se necesitan válvulas para controlar el flujo de gas en el volumen de respiración y la alimentación de gas desde el recipiente de almacenamiento. Incluyen:
Los sensores de oxígeno se pueden usar para monitorear la presión parcial de oxígeno en rebreathers de gases mixtos para garantizar que no caiga fuera de los límites de seguridad, pero generalmente no se usan en rebreathers de oxígeno, ya que el contenido de oxígeno se fija en 100% y su presión parcial. varía sólo con la presión ambiental.
Los rebreathers se pueden clasificar principalmente como rebreathers de buceo, destinados a uso hiperbárico, y otros rebreathers utilizados a presiones que van desde un poco más que la presión atmosférica normal al nivel del mar hasta una presión ambiental significativamente más baja en altitudes elevadas y en el espacio. Los rebreathers de buceo a menudo deben lidiar con las complicaciones de evitar la toxicidad del oxígeno hiperbárico, mientras que las aplicaciones normobáricas e hipobáricas pueden usar la tecnología relativamente trivial de rebreather de oxígeno, donde no es necesario monitorear la presión parcial de oxígeno durante el uso, siempre que la presión ambiental sea suficiente.
Este es el primer tipo de rebreather y fue utilizado comúnmente por las armadas para escapes submarinos y trabajos de buceo en aguas poco profundas, para rescate en minas, montañismo y vuelo a gran altura, y en aplicaciones industriales desde principios del siglo XX. Los rebreathers de oxígeno pueden ser notablemente simples y mecánicamente confiables, y fueron inventados antes del buceo de circuito abierto. Solo suministran oxígeno, por lo que no es necesario controlar la composición del gas más que eliminar el dióxido de carbono. [10]
En algunos rebreathers, el cilindro de oxígeno tiene mecanismos de suministro de oxígeno en paralelo. Uno es el flujo constante ; la otra es una válvula de cierre manual llamada válvula de derivación; ambos alimentan la misma manguera que alimenta el contrapulmón . [11] Otros se alimentan a través de una válvula de demanda en el contrapulmón. Esto agregará gas en cualquier momento en que se vacíe el contrapulmón y el buzo continúe inhalando. El oxígeno también se puede agregar manualmente mediante un botón que activa la válvula de demanda. [12] Algunos rebreathers de oxígeno simples no tenían un sistema de suministro automático, sino solo la válvula de alimentación manual, y el buceador tenía que operar la válvula a intervalos para rellenar la bolsa de respiración a medida que el volumen de oxígeno disminuía por debajo de un nivel cómodo.
Todos los rebreathers que no sean los de oxígeno pueden considerarse rebreathers de gases mixtos, ya que el gas respirable es una mezcla de oxígeno y gas diluyente metabólicamente inactivo. Estos se pueden dividir en circuito semicerrado, donde el gas de suministro es una mezcla respirable que contiene oxígeno y diluyentes inertes, generalmente nitrógeno y helio, y que se repone agregando más mezcla a medida que se agota el oxígeno, suficiente para mantener un presión parcial respirable de oxígeno en el circuito, y rebreathers de circuito cerrado, donde se utilizan dos suministros de gas paralelos: el diluyente, para proporcionar la mayor parte del gas, y que se recicla, y el oxígeno, que se gasta metabólicamente. El dióxido de carbono se considera un producto de desecho y, en un rebreather que funcione correctamente, se elimina eficazmente cuando el gas pasa a través del depurador.
Ha habido algunos diseños de rebreather (por ejemplo, el Oxylite) que utilizan superóxido de potasio , que desprende oxígeno al absorber dióxido de carbono, como absorbente de dióxido de carbono: 4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 3O 2 . Se necesita un cilindro de oxígeno de pequeño volumen para llenar y purgar el circuito al inicio del uso. [13] Esta tecnología se puede aplicar tanto a respiradores de oxígeno como de gases mixtos, y se puede utilizar para buceo y otras aplicaciones. El superóxido de potasio reacciona vigorosamente con el agua líquida, liberando una cantidad considerable de calor y oxígeno y provocando peligro de incendio, por lo que las aplicaciones más exitosas han sido en trajes espaciales, extinción de incendios y rescate en minas. [14]
Se puede utilizar un suministro de oxígeno líquido para respiradores de oxígeno o de gases mixtos. Si se utiliza bajo el agua, el recipiente de oxígeno líquido debe estar bien aislado contra la transferencia de calor del agua. Los equipos industriales de este tipo pueden no ser adecuados para el buceo, y los equipos de buceo de este tipo pueden no ser adecuados para su uso fuera del agua debido a requisitos contradictorios de transferencia de calor. El tanque de oxígeno líquido del equipo debe llenarse inmediatamente antes de su uso. Ejemplos del tipo incluyen:
Un rebreather criogénico elimina el dióxido de carbono congelándolo en una "caja de nieve" por la baja temperatura producida cuando el oxígeno líquido se evapora para reemplazar el oxígeno utilizado.
Esto se puede comparar con algunas aplicaciones de aparatos respiratorios de circuito abierto:
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En el buceo se utiliza la más amplia variedad de tipos de rebreather, ya que las consecuencias de respirar bajo presión complican los requisitos, y hay disponible una amplia gama de opciones según la aplicación específica y el presupuesto disponible. Un rebreather de buceo es un equipo de soporte vital crítico para la seguridad : algunos modos de falla pueden matar al buceador sin previo aviso, otros pueden requerir una respuesta inmediata y adecuada para sobrevivir.
Se utiliza un sistema de recuperación de helio (o sistema push-pull) para recuperar gas respirable a base de helio después de su uso por parte del buceador cuando esto es más económico que perderlo en el medio ambiente en sistemas de circuito abierto. El gas recuperado pasa a través de un sistema depurador para eliminar el dióxido de carbono, se filtra para eliminar los olores y se presuriza en contenedores de almacenamiento, donde se puede mezclar con oxígeno hasta obtener la composición requerida para su reutilización, ya sea inmediatamente o en una fecha posterior.
El sistema de soporte vital proporciona gas respirable y otros servicios para mantener la vida del personal bajo presión en las cámaras de alojamiento y la campana de buceo cerrada. Incluye los siguientes componentes: [20]
El sistema de soporte vital de la campana proporciona y monitorea el suministro principal de gas respirable, y la estación de control monitorea el despliegue y las comunicaciones con los buzos. El suministro de gas primario, energía y comunicaciones a la campana se realizan a través de una campana umbilical, formada por una serie de mangueras y cables eléctricos entrelazados y desplegados como una unidad. [21] Esto se extiende a los buzos a través de los umbilicales de buzo. [20]
El sistema de soporte vital del alojamiento mantiene el ambiente de la cámara dentro del rango aceptable para la salud y la comodidad de los ocupantes. Se monitorean y controlan la temperatura, la humedad, la calidad del gas respirable, los sistemas sanitarios y el funcionamiento del equipo. [21]
Un traje de buceo atmosférico es un pequeño sumergible articulado para un solo hombre de forma aproximadamente antropomórfica, con articulaciones en las extremidades que permiten la articulación bajo presión externa mientras se mantiene una presión interna de una atmósfera. El suministro de gas respirable puede realizarse desde la superficie mediante un umbilical o desde un rebreather que se lleva en el traje. También se puede instalar un rebreather de suministro de gas de emergencia en un traje con suministro de superficie o rebreather para el gas respirable primario. Como la presión interna se mantiene en una atmósfera, no hay riesgo de toxicidad aguda por oxígeno. Esta es una aplicación de buceo submarino, pero tiene más en común con aplicaciones industriales que con respiradores de buceo a presión ambiental.
Se aplican diferentes criterios de diseño a los rebreathers SCBA para uso únicamente fuera del agua:
Los rebreathers de montañismo proporcionan oxígeno en una concentración más alta que la disponible en el aire atmosférico en un ambiente naturalmente hipóxico. Deben ser livianos y confiables en condiciones de frío extremo, incluido el hecho de que no se ahoguen con la escarcha depositada. [23] Un alto índice de fallas del sistema debido al frío extremo no ha sido solucionado. [ cita necesaria ] Respirar oxígeno puro da como resultado una presión parcial elevada de oxígeno en la sangre: un escalador que respira oxígeno puro en la cima del Monte Everest tiene una presión parcial de oxígeno mayor que respirar aire al nivel del mar. Esto se traduce en poder realizar un mayor esfuerzo físico en altura. La reacción exotérmica ayuda a evitar que el contenido del depurador se congele y ayuda a reducir la pérdida de calor por parte del usuario.
Tanto el oxígeno químico como el gas comprimido se han utilizado en sistemas experimentales de oxígeno de circuito cerrado (el primero en el Monte Everest en 1938 ). La expedición de 1953 utilizó equipos de oxígeno de circuito cerrado desarrollados por Tom Bourdillon y su padre para el primer equipo de asalto de Bourdillon y Evans ; con un cilindro de oxígeno comprimido "dural" de 800 litros y un bote de cal sodada (el segundo equipo de asalto (exitoso) de Hillary y Tenzing utilizó equipo de circuito abierto). [24]
Requisitos y entorno de trabajo similares a los del montañismo, pero el peso es un problema menor. El rebreather soviético IDA71 también se fabricó en una versión de gran altitud, que funcionaba como rebreather de oxígeno.
Las máquinas de anestesia se pueden configurar como rebreathers para proporcionar oxígeno y gases anestésicos a un paciente durante una cirugía u otros procedimientos que requieran sedación. Hay un absorbente presente en la máquina para eliminar el dióxido de carbono del circuito. [25]
Se pueden utilizar sistemas de circuito semicerrado y completamente cerrado para máquinas de anestesia, y se utilizan sistemas de flujo bidireccional push-pull (péndulo) y de bucle unidireccional. [26] El circuito respiratorio de una máquina configurada en bucle tiene dos válvulas unidireccionales para que solo el gas lavado fluya al paciente mientras que el gas espirado regresa a la máquina. [25]
La máquina de anestesia también puede proporcionar gas a pacientes ventilados que no pueden respirar por sí solos. [27] Un sistema de eliminación de gases residuales elimina los gases del quirófano para evitar la contaminación ambiental. [28]
Una de las funciones de un traje espacial es proporcionar a su portador gas respirable. Esto se puede hacer a través de un umbilical de los sistemas de soporte vital de la nave espacial o del hábitat, o desde un sistema de soporte vital primario que se lleva en el traje. Ambos sistemas implican tecnología de rebreather, ya que eliminan el dióxido de carbono del gas respirable y añaden oxígeno para compensar el oxígeno utilizado por el usuario. Los trajes espaciales suelen utilizar respiradores de oxígeno, ya que esto permite una presión más baja en el traje, lo que proporciona al usuario una mayor libertad de movimiento.
Los submarinos , los hábitats subacuáticos , los refugios antiaéreos, las estaciones espaciales y otros espacios habitables ocupados por varias personas durante períodos medianos a largos con un suministro limitado de gas, son equivalentes en principio a rebreathers de circuito cerrado, pero generalmente dependen de la circulación mecánica del gas respirable a través del depuradores.
Existen varios problemas de seguridad con los equipos de rebreather, y estos tienden a ser más graves en los rebreather de buceo.
Algunos de los peligros se deben a la forma en que funciona el equipo, mientras que otros están relacionados con el entorno en el que se utiliza el equipo, ya que los rebreathers generalmente se usan donde no hay una atmósfera ambiental respirable disponible.
La hipoxia puede ocurrir en cualquier rebreather que contenga suficiente gas inerte para permitir la respiración sin activar la adición automática de gas.
En un rebreather de oxígeno, esto puede ocurrir si el circuito no se purga lo suficiente al inicio del uso. La purga es la sustitución del contenido de gas original por gas fresco y es posible que deba repetirse para eliminar completamente el gas inerte. La purga debe realizarse mientras se exhala la unidad para que el gas inerte de los pulmones y tejidos corporales del usuario que llega al circuito también se elimine del sistema.
Se producirá acumulación de dióxido de carbono si el medio depurador está ausente, mal empaquetado, inadecuado o agotado. El cuerpo humano normal es bastante sensible a la presión parcial del dióxido de carbono y el usuario notará una acumulación. Sin embargo, a menudo no se puede hacer mucho para rectificar el problema excepto cambiar a otro suministro de gas respirable hasta que se pueda volver a empaquetar el depurador. No es posible continuar usando un rebreather con un depurador ineficaz por mucho tiempo, ya que los niveles se volverán tóxicos y el usuario experimentará dificultad respiratoria extrema, seguida de pérdida del conocimiento y muerte. La velocidad a la que se desarrollan estos problemas depende del volumen del circuito y de la tasa metabólica del usuario en ese momento.
La acumulación de dióxido de carbono también puede ocurrir cuando una combinación de esfuerzo y trabajo respiratorio excede la capacidad del usuario. Si esto ocurre cuando el usuario no puede reducir el esfuerzo lo suficiente, puede ser imposible corregirlo. Es más probable que este problema ocurra con rebreathers de buceo a profundidades donde la densidad del gas respirable es muy elevada. [29] [30] [31]
Los rebreathers industriales se utilizan a menudo cuando el aire ambiente está contaminado y pueden ser tóxicos. Partes del circuito estarán a una presión ambiental ligeramente inferior a la externa durante la inhalación y, si el circuito no es hermético, pueden filtrarse gases externos. Este es un problema particular alrededor del borde de una máscara facial completa, donde el faldón de goma de la máscara debe sellar contra la cara del usuario.
Las altas presiones parciales de oxígeno aumentan en gran medida el riesgo de incendio y muchos materiales que se autoextinguen en el aire atmosférico arderán continuamente en una alta concentración de oxígeno. Esto es más peligroso para aplicaciones terrestres como rescate y extinción de incendios que para el buceo, donde el riesgo de ignición es relativamente bajo.
Causado por una inundación del circuito que llega al recipiente absorbente, por lo que solo se aplica en aplicaciones sumergidas.
El término "avance" significa que el depurador no logra continuar eliminando suficiente dióxido de carbono del gas que circula en el circuito. Esto sucederá inevitablemente si la fregadora se usa durante demasiado tiempo, pero puede ocurrir prematuramente en algunas circunstancias. Hay varias formas en que el depurador puede fallar o volverse menos eficiente:
Alrededor de 1620, Cornelius Drebbel descubrió que calentar salitre ( nitrato de potasio ) generaba oxígeno. [32]
El primer rebreather básico basado en la absorción de dióxido de carbono fue patentado en Francia en 1808 por Pierre-Marie Touboulic de Brest , un mecánico de la Armada Imperial de Napoleón . Este primer diseño de rebreather funcionaba con un depósito de oxígeno, siendo el oxígeno suministrado progresivamente por el buzo y circulando en un circuito cerrado a través de una esponja empapada en agua de cal , una solución de hidróxido de calcio en agua. [33] [34] Touboulic llamó a su invento Ichtioandre (en griego, "hombre pez"). [35] [ cita necesaria ] No hay evidencia de que se haya fabricado un prototipo.
Pierre Aimable De Saint Simon Sicard construyó un prototipo de rebreather en 1849, [36]
En 1853, el profesor T. Schwann presentó un rebreather en la Academia de Ciencias de Bélgica. [37] [34] Tenía un gran tanque de oxígeno montado en la parte trasera con una presión de trabajo de aproximadamente 13,3 bar y dos depuradores que contenían esponjas empapadas en una solución de soda cáustica . [34]
El primer equipo de buceo de circuito cerrado comercialmente práctico fue diseñado y construido por el ingeniero de buceo Henry Fleuss en 1878, mientras trabajaba para Siebe Gorman en Londres. [38] [11] Su aparato respiratorio autónomo consistía en una máscara de goma conectada a una bolsa de respiración, con (estimado) 50-60% de O 2 suministrado desde un tanque de cobre y CO 2 lavado con hilo de cuerda empapado en una solución de potasa cáustica; el sistema dando una duración de aproximadamente tres horas. [11] [39] Fleuss probó su dispositivo en 1879 pasando una hora sumergido en un tanque de agua, luego una semana más tarde sumergiéndose a una profundidad de 5,5 m en aguas abiertas, en cuya ocasión resultó levemente herido cuando sus asistentes tiraron abruptamente él a la superficie.
Su aparato fue utilizado por primera vez en condiciones operativas en 1880 por Alexander Lambert, el buzo líder en el proyecto de construcción del túnel Severn , quien pudo viajar 1000 pies en la oscuridad para cerrar varias compuertas sumergidas en el túnel; esto había frustrado sus mejores esfuerzos con un traje de buceo estándar debido al peligro de que la manguera de suministro de aire se ensuciara con los escombros sumergidos y las fuertes corrientes de agua en el funcionamiento. [11] En 1880, Fleuss utilizó un rebreather para inspeccionar Seaham Colliery en el Reino Unido después de una explosión de gas. [34]
Fleuss y Siebe Gorban desarrollaron el aparato respiratorio Proto para rescate en minas en 1911. [34]
Fleuss mejoró continuamente su aparato, añadiendo un regulador de demanda y tanques capaces de contener mayores cantidades de oxígeno a mayor presión. Sir Robert Davis , jefe de Siebe Gorman , mejoró el rebreather de oxígeno en 1910 [11] [39] con su invención del aparato de escape sumergido Davis , el primer rebreather práctico fabricado en cantidad. Aunque estaba destinado principalmente como aparato de escape de emergencia para tripulaciones de submarinos , pronto también se utilizó para bucear , siendo un práctico aparato de buceo en aguas poco profundas con una resistencia de treinta minutos, [39] y como equipo de respiración industrial .
La plataforma constaba de una bolsa de respiración/flotabilidad de caucho que contenía un bote de hidróxido de bario para eliminar el CO 2 exhalado y, en un bolsillo en el extremo inferior de la bolsa, un cilindro de presión de acero que contenía aproximadamente 56 litros de oxígeno a una presión de 120 bar. El cilindro estaba equipado con una válvula de control y estaba conectado a la bolsa respiratoria . Al abrir la válvula del cilindro, se admitió oxígeno en la bolsa y se cargó a la presión del agua circundante. La plataforma también incluía una bolsa de flotación de emergencia en la parte delantera para ayudar a mantener a flote al usuario. El DSEA fue adoptado por la Royal Navy después de un mayor desarrollo por parte de Davis en 1927. [40] De él se derivaron varios recicladores de oxígeno industriales, como el Siebe Gorman Salvus y el Siebe Gorman Proto , ambos inventados a principios del siglo XX.
El profesor Georges Jaubert inventó el compuesto químico Oxylithe en 1907. Era una forma de peróxido de sodio (Na 2 O 2 ) o superóxido de sodio (NaO 2 ). A medida que absorbe dióxido de carbono en el depurador de un rebreather, emite oxígeno. Este compuesto fue incorporado por primera vez en un diseño de rebreather por el Capitán SS Hall y el Dr. O. Rees de la Royal Navy en 1909. Aunque estaba destinado a ser utilizado como aparato de escape submarino, nunca fue aceptado por la Royal Navy y en cambio se usó para aguas poco profundas. buceo en agua. [39]
En 1912, la empresa alemana Dräger comenzó la producción en masa de su propia versión de un traje de buceo estándar con suministro de aire mediante un rebreather. El aparato había sido inventado algunos años antes por Hermann Stelzner, ingeniero de la empresa Dräger, [41] para el rescate en minas . [42]
En la década de 1930, después de algunos accidentes trágicos en la década de 1920, la Armada de los Estados Unidos comenzó a equipar submarinos de clase Porpoise y Salmon con respiradores primitivos llamados pulmones Momsen , que estuvieron en uso hasta la década de 1960.
En la década de 1930, los pescadores deportivos italianos comenzaron a utilizar el rebreather Davis ; Los fabricantes italianos recibieron una licencia de los titulares de patentes ingleses para producirlo. Esta práctica pronto llamó la atención de la Armada italiana , que desarrolló un modelo ampliamente mejorado diseñado por Teseo Tesei y Angelo Belloni que fue utilizado por su unidad de hombres rana Decima Flottiglia MAS con buenos resultados durante la Segunda Guerra Mundial. [39]
Durante la Segunda Guerra Mundial , los respiradores de hombres rana italianos capturados influyeron en los diseños mejorados de los respiradores británicos. [39] Muchos equipos de respiración de hombres rana británicos utilizaban cilindros de oxígeno para respirar por parte de la tripulación rescatados de aviones derribados por la Luftwaffe alemana . El primero de estos equipos de respiración puede haber sido el Aparato de Escape Sumergido Davis modificado ; sus máscaras faciales eran del tipo destinado al Siebe Gorman Salvus , pero en operaciones posteriores se utilizaron diseños diferentes, lo que llevó a una máscara facial completa con una gran ventana facial, al principio circular u ovalada y luego rectangular (en su mayoría plana, pero con los lados curvados hacia atrás). para permitir una mejor visión de lado). Los primeros rebreathers del hombre rana británico tenían contrapulmones rectangulares en el pecho como los rebreathers del hombre rana italiano, pero los diseños posteriores tenían un hueco cuadrado en la parte superior del contrapulmón para que pudiera extenderse más hacia los hombros. Delante tenían un collar de goma que se sujetaba alrededor del recipiente absorbente. [39] Algunos buzos de las fuerzas armadas británicas usaban trajes de buceo gruesos y voluminosos llamados trajes Sladen ; una versión tenía una placa frontal única abatible para ambos ojos para permitir al usuario colocar los binoculares en sus ojos cuando estaba en la superficie.
Los rebreathers Dräger, especialmente las series de modelos DM20 y DM40, fueron utilizados por los buzos con casco y los hombres rana alemanes durante la Segunda Guerra Mundial . El Dr. Christian J. Lambertsen desarrolló rebreathers para la Marina de los EE. UU. para la guerra submarina. [43] [44] Lambertsen celebró el primer curso de rebreather de oxígeno de circuito cerrado en los Estados Unidos para la unidad marítima de la Oficina de Servicios Estratégicos en la Academia Naval el 17 de mayo de 1943. [44] [45]
Durante y después de la Segunda Guerra Mundial , surgieron en las fuerzas armadas la necesidad de bucear a mayor profundidad de la permitida por el oxígeno puro. Esto motivó, al menos en Gran Bretaña, el diseño de variantes simples de "rebreather de mezcla" de flujo constante de algunos de sus rebreathers de oxígeno para buceo (= lo que ahora se llama " nitrox "): SCMBA del SCBA ( Swimmer Canoeist's Breathing Apparatus ) y CDMBA. del Siebe Gorman CDBA , agregando un cilindro de suministro de gas adicional. Antes de una inmersión con un equipo de este tipo, el buceador tenía que conocer la profundidad máxima o de trabajo de su inmersión, y qué tan rápido su cuerpo utilizaba su suministro de oxígeno, y a partir de eso calcular a qué establecer el caudal de gas de su rebreather.
El pionero del buceo Hans Hass utilizó respiradores de oxígeno Dräger a principios de los años 40 para la cinematografía submarina.
Debido a la importancia militar del rebreather, ampliamente demostrada durante las campañas navales de la Segunda Guerra Mundial , la mayoría de los gobiernos se mostraron reacios a hacer que la tecnología fuera de dominio público. En Gran Bretaña, el uso de rebreather para civiles era insignificante y la BSAC prohibió formalmente el uso de rebreather por parte de sus miembros. Al principio , las empresas italianas Pirelli y Cressi-Sub vendían cada una un modelo de rebreather de buceo deportivo, pero después de un tiempo descontinuaron esos modelos. Los buzos de cuevas utilizaban algunos rebreathers caseros para penetrar los sumideros de las cuevas .
La mayoría de los montañeros de gran altitud utilizan equipos de oxígeno de circuito abierto; La expedición al Everest de 1953 utilizó equipos de oxígeno tanto de circuito cerrado como de circuito abierto: véase oxígeno embotellado .
Finalmente, la Guerra Fría terminó y en 1989 el Bloque Comunista colapsó y, como resultado, el riesgo percibido de ataques de sabotaje por parte de buzos de combate disminuyó, y las fuerzas armadas occidentales tuvieron menos motivos para solicitar patentes de rebreather civiles y buceo recreativo automático y semiautomático. Comenzaron a aparecer rebreathers con sensores de presión parcial de oxígeno .
Industrial/rescate:
Otros:
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