Campana de buceo

Antecedentes

Los buceadores comerciales que realizan construcción o salvamento bajo el agua a menudo usan una campana de buceo para transportarse al sitio submarino. El uso de una campana de buceo (también conocida como Cápsula de Transferencia Personal, PTC) y una cámara de presión prolonga la cantidad de tiempo que un buceador puede permanecer bajo el agua de forma segura. Las campanas de buceo se conocían ya en el siglo IV a. C. , cuando fueron observados por el antiguo filósofo griego Aristóteles. Campanas de buceo más sofisticadas fueron ideadas en el siglo XVII. Las campanas modernas para el buceo comercial se desarrollaron después de la Segunda Guerra Mundial, con el auge de la industria petrolera en alta mar.

El buceo comercial (buceo por pago) se divide en dos tipos principales, buceo orientado a la superficie y buceo de saturación. En el buceo orientado a la superficie, los buceadores con cascos trabajan bajo el agua, conectados a un aparato de respiración en tierra o a bordo de un barco, barcaza o plataforma. Por lo general, los buceadores trabajan en parejas, uno bajo el agua y otro en la superficie, cuidando las mangueras y el equipo. Los buceadores orientados a la superficie pueden trabajar de forma segura a profundidades de hasta 91,5 m (300 pies), pero solo pueden pasar una cantidad limitada de tiempo bajo el agua. Los efectos de la presión del agua pueden conducir a la enfermedad por descompresión. Bajo presión, el nitrógeno se acumula en el tejido corporal del buceador, bloqueando las arterias y venas. Si el buzo se eleva demasiado rápido, el nitrógeno forma burbujas en el tejido, algo así como las burbujas de una botella de refresco cuando se desengancha. Las burbujas de gas en el tejido causan dolor, parálisis o la muerte. Después de una inmersión profunda, el buceador necesita descomprimir gradualmente, volviendo muy lentamente a la presión de la superficie para evitar la enfermedad de descompresión. El tiempo de descompresión está relacionado con la profundidad de la inmersión y la duración. Con una inmersión profunda de solo una hora, el tiempo de descompresión puede tomar días. El buceo orientado a la superficie solo es práctico para trabajos pequeños.

El segundo tipo de buceo comercial, el buceo de saturación, es más útil para proyectos de construcción a gran escala. En el buceo de saturación, los buceadores utilizan una cámara presurizada, a veces conocida como Sistema de Buceo Profundo (DDS), unida a una campana de buceo. La cámara y la campana comienzan a bordo de un barco. Un equipo de buceadores aborda la cámara, que luego se presuriza mecánicamente para simular el entorno a la profundidad de la inmersión planificada. La cámara es un ambiente de vida completo, equipado con camas, ducha y muebles, y puede acomodar a un equipo de buceadores durante semanas. Cuando los buceadores se aclimatan, salen de la cámara a través de un túnel de apareamiento y entran en la campana de buceo, que también está presurizada. Una grúa levanta la campana de la nave y la deja caer en el sitio submarino. Una vez en el sitio, un buceador sale de la campana en traje de buceo y casco y comienza a trabajar. El otro buceador permanece en la campana y atiende las mangueras y el equipo del primer buceador. Después de un intervalo de quizás dos horas, cambian. Trabajando desde una campana, los buceadores pueden poner un día de ocho horas bajo el agua. Luego son transportados a la superficie en la campana, entran en la cámara de presión y cambian con el siguiente turno de buzos. Cuando se completa todo el trabajo, el equipo se descomprime en la cámara de presión. Aunque se han sumergido varias veces, el equipo solo necesita descomprimirse una vez.

Historia

Un cubo o barril bajado directamente al agua, con el extremo abierto hacia abajo, atrapará el aire dentro de él. Aristóteles escribió sobre buzos que usaban calderos llenos de aire para respirar bajo el agua. Se dice que Alejandro Magno se fue al mar en una campana de buceo, con fama de ser un barril de vidrio blanco, en el año 332 a.C. Se dice que permaneció bajo el agua durante días, aunque esto no es plausible. Hay varias referencias a campanas de buceo en la Edad Media. En 1531, un italiano, Guglielmo de Lorena, hizo una campana de buceo viable que usó para recuperar antiguos barcos romanos hundidos en el fondo de un lago. Otras campanas fueron inventadas y utilizadas en varios lugares de Europa, principalmente para rescatar tesoros. El precursor de la moderna campana de buceo fue inventado por el inglés Edmund Halley, quien es mejor conocido por el cometa que lleva su nombre. En 1690 Halley construyó una campana de buceo que usaba tubos de cuero y barriles forrados de plomo para suministrar aire fresco bajo el agua. Su campana era un cono de madera, de punta abierta, cargado con plomo y equipado con un puerto de cristal. En el interior, Halley colgó una plataforma para que el buzo descansara, y un artilugio de barriles ponderados. Los barriles se fijaron de modo que cuando el buzo los empujaba hacia la campana, la presión del agua desde abajo los obligaba a liberar aire fresco en la campana. Los ayudantes en la superficie rellenaron los barriles con aire fresco. Halley y un equipo de buzos lograron permanecer bajo el agua a una profundidad de alrededor de 60 pies (18,3 m) durante una hora y media usando su campana.

Otros duplicaron el logro de Halley, pero el diseño no se mejoró significativamente hasta 1788. En ese año, un ingeniero escocés, John Smeaton, hizo una campana de buceo que usaba una bomba en su techo para forzar el aire fresco en el interior. La campana de Smeaton fue utilizada por buzos que reparaban puentes submarinos. Una variedad de equipos de buceo se inventó en el siglo XIX, lo que llevó a cascos de buceo viables conectados por mangueras a un suministro de aire en la superficie. Este equipo tendía a ser pesado y voluminoso, hecho con cientos de libras de metal para soportar la presión del agua profunda. Los trabajadores de túneles y puentes bajaron en enormes campanas de hierro fundido o cámaras similares a ascensores llamadas cajones. Como poco se sabía sobre los peligros de la presión, muchos de estos trabajadores enfermaron y murieron de lo que se llamó enfermedad de cajones, que ahora se conoce como enfermedad de descompresión.

Las bases para el futuro buceo comercial se sentaron después de la Segunda Guerra Mundial. El buceador suizo Hannes Keller utilizó una campana de buceo en 1962 para alcanzar una profundidad de 984 pies (300 m). Su campana estaba a una presión ligeramente más alta que su sitio de buceo. Keller respiró una mezcla de helio

Un Halley Bell.

y oxígeno a través de mangueras conectadas a una máquina en la campana. Demostró que la campana de buceo podía ser una valiosa estación de paso para un buceador profundo, suministrando no solo gas transpirable, sino también electricidad, dispositivos de comunicación y agua caliente para calentar el traje de buceo.

El buceo de saturación fue posible gracias al trabajo del Dr. George Bond, director del Centro Médico Submarino de la Marina de los Estados Unidos a mediados de la década de 1950. Sus experimentos demostraron que el tejido de un buceador se saturaba de nitrógeno después de un cierto tiempo de exposición. Una vez alcanzado el punto de saturación, la duración de la inmersión no era importante. Un buceador podría permanecer bajo presión durante semanas o meses. El tiempo necesario para la descompresión sería el mismo, ya sea que el buceador permaneciera en el punto de saturación durante una hora o una semana. Los experimentos de Bond condujeron al desarrollo de Sistemas de Buceo Profundo. Estos fueron utilizados con frecuencia por los trabajadores de la industria petrolera en las décadas de 1970 y 1980, cuando florecieron las plataformas de perforación de petróleo en alta mar.

La batisfera y el batiscafo

Dos campanas de buceo modernas importantes fueron la batisfera y el batiscafo. Estos eran barcos de buceo en alta mar hechos para observación científica. La batisfera fue construida por William Beebe, un zoólogo estadounidense, e ingeniero Otis Barton en 1930. Beebe, fascinado con la vida submarina, concibió la máquina de buceo, y Barton fue capaz de diseñarla. La idea de Barton era hacer la cámara perfectamente redonda para distribuir uniformemente la presión del agua. Fue fabricado en acero fundido de poco más de 2,5 cm (1 pulgada) de espesor y 1,5 m (4,75 pies) de diámetro. La batisfera pesaba un enorme peso de 2449 kg (5400 lb), casi demasiado pesado para que la grúa disponible lo levantara. Beebe y Barton hicieron varias inmersiones frente a las Bermudas en la batisfera, alcanzando una profundidad de 3.000 pies (900 m) en 1932. Debido a la gran fuerza de la esfera, los buceadores estaban protegidos de la presión, pero la batisfera resultó difícil de manejar y potencialmente riesgosa. Fue abandonada en 1934.

Una década más tarde, un padre y un hijo suizos, Auguste y Jacques Piccard, diseñaron un buque similar llamado batiscafo. El batiscafo resistía los efectos de la presión, como la batisfera, con una cámara esférica de acero pesado. La cámara colgaba debajo de un recipiente grande, ligero y lleno de gasolina. La liberación de válvulas de aire permitió que el batiscafo perdiera flotabilidad y se hundiera en el fondo del océano por su propia fuerza. Para volver a subir, los operadores liberaron lastre de hierro, haciendo que el recipiente se elevara lentamente. El primer batiscafo fue construido en 1946, pero dañado irreparablemente en 1948. Una máquina mejorada descendió a 13.000 pies (4.000 m) en 1954. Los Piccards construyeron otro batiscafo, llamado Trieste, en 1953. La Marina de los Estados Unidos compró el Trieste en 1958. Jacques y el teniente de la Marina Donald Walsh alcanzaron una profundidad récord de 35.810 pies (10.916 m) en la Fosa de las Marianas en el Pacífico en 1960.

Materias primas

Las campanas de buceo modernas están hechas de acero de grano fino de alta resistencia. Las ventanas están construidas de acrílico fundido de un grado especial diseñado para recipientes a presión. La campana también necesita una viga exterior de aluminio grueso para protegerla de los golpes. La campana está pintada con una pintura epoxi marina de alta calidad. Las especificaciones de acero y aluminio varían según la profundidad esperada del recipiente.

Diseño

Las campanas de buceo se fabrican a medida de acuerdo con las especificaciones del cliente. El cliente se acerca al fabricante con un esquema de lo que se necesita. Dependiendo de las necesidades, el esquema especificará la forma de campana, el número mínimo de ocupantes, el número de ventanas y cualquier otra necesidad especial, como estantes para sostener el equipo. El fabricante revisa el plan del cliente y, a continuación, elabora un diseño final.

La fabricación y diseño de campanas de buceo se lleva a cabo bajo regulaciones específicas proporcionadas por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME). ASME tiene una subsección que regula lo que generalmente se llama Recipientes a presión para Ocupación Humana, o PVHOs. Los PVHOs incluyen campanas de buceo, así como embarcaciones sumergibles, cámaras de descompresión, cámaras de recompresión, cámaras de gran altitud y otros. ASME establece estándares estrictos para todos los aspectos de las campanas de buceo, desde el diseño hasta la fabricación y las pruebas. Los fabricantes y sus subcontratistas deben seguir las directrices de ASME paso a paso durante el proceso de fabricación para recibir un sello ASME en la campana terminada.

El Proceso de fabricación

Fabricación de la campana

• 1 El cuerpo de la campana está formado por acero fuerte de grano fino. La placa de acero laminada se coloca en una cinta transportadora y se envía a través de una sierra automática que corta la placa en la parte superior, inferior y lateral de la campana.
• 2 Las secciones se envían a un taller de soldadura certificado para este tipo de construcción. Cada sección se suelda manualmente. Las soldaduras deben ser capaces de resistir altas presiones y estar absolutamente estancas al agua. El taller de soldadura sigue las directrices establecidas por ASME.
• Se instalan 3 ventanas de acrílico fundido, fabricadas por un subcontratista o por el fabricante de campanas.

Inspección y pruebas

• 4 Después de soldar las secciones, se inspecciona la campana. Puede someterse a varias pruebas, desde la inspección visual de las soldaduras hasta escaneos ultrasónicos. Después de estas pruebas viene la » prueba de prueba.»La campana está llena de agua y presurizada durante una hora a una vez y media la presión para la que fue construida. En otras palabras, si la campana fue diseñada para soportar la presión encontrada a una profundidad de 600 pies (183 m), 282 psi, el fabricante la somete a presiones encontradas a 900 pies (274,3 m), o 415 psi. La campana debe ser capaz de soportar fácilmente la prueba de prueba. Ha sido diseñado para soportar una presión de cuatro veces su presión de uso general, como medida de seguridad.

Pintura y acabado

• 5 A continuación, la campana está pintada. Los pulverizadores mecánicos cubren la campana con una pintura epoxi marina de alto grado que es capaz de soportar el uso rudo que la campana soportará bajo el agua.
• 6 Entonces el interior de la campana está terminado. La campana sostendrá una variedad de dispositivos, como un calentador, instrumentos, luces, eliminador de dióxido de carbono y ventiladores. Los soportes para estos dispositivos están atornillados en el interior de la campana. Las cajas de tuberías y cables también están atornilladas en su lugar. La campana no está lista para su uso hasta que todo el equipo esté en su lugar. Certificación

• 7 Si la campana pasa todas las pruebas e inspecciones, se estampa con un sello ASME. Esto significa que ha sido construido de acuerdo con los estándares ASME y se presume seguro para la ocupación humana. La campana individual también recibe un certificado que registra dónde fue construida, cuándo y por quién. También se mantienen otros registros, como el origen del acero utilizado para el cuerpo.
• 8 El fabricante entrega la campana como recipiente «crudo». El cliente lo equipa con toda la maquinaria necesaria, como dispositivos de rastreo, cámaras y transmisores de radio.

Control de calidad

El control de calidad es extremadamente importante para un buque utilizado para trabajos submarinos inherentemente peligrosos. El control de calidad está integrado en el proceso de fabricación de la campana de buceo, porque los fabricantes siguen los estándares establecidos por ASME. No solo se prueba la campana después de la construcción, sino que incluso el diseño preliminar se ha llevado a cabo de una manera que cumple con las reglas de ASME. La autoridad reguladora general sobre el buceo, incluyendo

Una moderna Cápsula de Transferencia de Personal (PTC).

buceo comercial, en los Estados Unidos es la Guardia Costera.

El futuro

La Marina de los Estados Unidos también prueba varios equipos de buceo para su propio uso. Ejecuta una Unidad de Buceo Experimental que prueba el equipo existente y prueba la tecnología de buceo de vanguardia. La Unidad de Buceo Experimental también emplea médicos e investigadores que investigan los efectos fisiológicos del buceo. Parte de esta investigación puede conducir a regulaciones que afecten a los buceadores comerciales. Esto a su vez puede afectar los procedimientos de seguridad y las pruebas de control de calidad para campanas de buceo y otros aparatos de buceo.

Los buzos comerciales confían en las campanas de buceo todos los días para el transporte entre una cámara presurizada y un sitio de alta mar. El desarrollo del buceo de saturación condujo a una forma mucho más eficiente de llevar a cabo un extenso trabajo submarino, porque los buceadores solo necesitan descomprimir una vez al final del trabajo. Sin embargo, algunas investigaciones actuales investigan formas de prescindir por completo de la descompresión. Algunos investigadores han investigado la posibilidad de equipar a los buceadores con branquias artificiales, lo que les permite respirar oxígeno directamente del agua. Otra posible nueva tecnología se llama respiración líquida. A presión profunda, si los pulmones están llenos de un líquido que contiene oxígeno, teóricamente pueden continuar funcionando. Hipotéticamente, un buceador podría ser capaz de respirar fluorocarbono líquido oxigenado de un tanque portátil. Esto permitiría a un buceador bucear más profundo sin el uso de una cámara de presión y una campana de buceo. Otra vía de investigación es la llamada descompresión biológica. Se podría utilizar una bacteria especial en el cuerpo para metabolizar los gases atrapados en el tejido que causan la enfermedad de descompresión. Esto eliminaría la necesidad de descompresión en una cámara. Si alguna de estas tecnologías se vuelve viable para los buceadores comerciales, el sistema existente de cámara de presión y campana de buceo puede alterarse.