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  • Tracy Gunn

Comprender la Ley de Dalton en Física IDC Dive Theory



Físico y químico británico John Dalton (1766-1844) por Charles Turner (1773-1857) después de John Lonsdale (1777-1839). Mezzotinto

La ley de Dalton (también llamada ley de presiones parciales de Dalton) establece que "La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones de cada uno de los diferentes gases que componen la mezcla; cada gas actúa como si fuera el único. presentes y ocuparon el volumen total".

  • La suma de todos los gases siempre será un todo (100%)

  • A medida que aumente la presión, aumentará la Presión Parcial (NO EL PORCENTAJE, EL PORCENTAJE NUNCA CAMBIA).



John Dalton


John Dalton fue un químico inglés nacido entre 1766 y 1844. Es mejor conocido por su teoría atómica, pero también es conocido por su investigación sobre el daltonismo que tanto él como su hermano sufrían. Formuló la teoría de la presión parcial en 1801 y sus aplicaciones al buceo son amplias y extremadamente importantes, especialmente en el buceo técnico.


Mientras que el Principio de Arquímedes, la Ley de Charles y la Ley de Boyle se centran en el efecto físico, la Ley de Henry y la Ley de Dalton explican el efecto fisiológico.

La ley de presión parcial de Dalton nos permite predecir la cantidad de un gas específico que se disuelve en la sangre a una profundidad dada. Su ley se relaciona directamente con la fisiología y describe el comportamiento de cualquier gas en una mezcla de gases. Esto es importante debido al efecto fisiológico que cada gas individual puede tener en un buzo cuando la presión parcial se eleva por encima de un nivel particular.

A presiones parciales más altas, los gases en la sangre alteran las propiedades eléctricas en las membranas de las células cerebrales y pueden causar anestesia narcótica, narcosis por nitrógeno o toxicidad en el cuerpo.

Comprender esta ley de presión parcial ayuda a determinar el suministro de aire, los volúmenes de gas y la profundidad máxima cuando se bucea con aire enriquecido; nos ayuda a planificar nuestras inmersiones, determinar la mezcla de gases ideal para el tipo de buceo que deseamos realizar y cuándo cambiar los gases bajo el agua. También nos ayuda a evitar problemas con gases individuales bajo presión dentro de una mezcla.

Tanto la Ley de Henry como la Ley de Dalton se utilizan para determinar los modelos de descompresión utilizados en tablas de buceo y ordenadores.

Toxicidad gaseosa al bucear

El nitrógeno, el oxígeno y el monóxido de carbono pueden tener efectos tóxicos o narcóticos durante el buceo.

La narcosis por nitrógeno se produce cuando la presión parcial de nitrógeno (PN2) es de 2,37 - 3,16 bar (20 a 30 + m) y más del aire respirable absoluto y es causada por la presión parcial de nitrógeno en la sangre.



La toxicidad por oxígeno ocurre cuando las presiones parciales de oxígeno superan los 1,4 - 1,6 bar y más (56-67 + msnm). Más preocupante cuando se bucea técnicamente o se usa EANx que cuando se bucea con aire dentro de los límites recreativos



Pequeñas cantidades de monóxido de carbono en el aire que respira, que son inofensivas en la superficie, pueden volverse tóxicas en las profundidades y causar envenenamiento por monóxido de carbono.



El síndrome nervioso de alta presión puede ocurrir cuando los buzos están a más de 150-180 metros (500-600 pies) de profundidad. Especialmente cuando la inmersión es rápida y el buceador está respirando mezclas de helio y oxígeno. Al igual que la narcosis por nitrógeno, se resuelve cuando el buceador asciende o se reduce la velocidad de descenso. Se puede evitar agregando una pequeña cantidad de un gas narcótico, como nitrógeno, a la mezcla.



 

La Ley de Dalton



Básicamente, la ley se puede dividir en 3 categorías


  1. Porcentaje (pista-nunca cambia)

  2. Presión parcial (expresada en decimal. Piensa en parcial-decimal)

  3. Superficie equivalente




 

Porcentaje



La Ley de Boyle explica que, al respirar aire en profundidad, cada respiración contiene más moléculas que en la superficie (densidad directamente proporcional a la presión). Esto significa que, en profundidad, estamos respirando el mismo porcentaje de cada gas en una mezcla que lo haríamos en la superficie, pero el número de moléculas que respiramos aumenta con la presión.


A partir de esto podemos demostrar que, a medida que aumenta la presión, aumentará la presión parcial (NO EL PORCENTAJE, EL PORCENTAJE NUNCA CAMBIA).


por ejemplo, 21 % de oxígeno + 79 % de nitrógeno = 100 % de aire es el mismo en todas las profundidades.


El efecto fisiológico de un gas cambia a medida que cambia la presión parcial, al igual que el equivalente de superficie, pero el porcentaje real sigue siendo el mismo.

No se deje atrapar por este simple hecho en los exámenes.



 

Presión Parcial




Cada gas dentro de una mezcla ejerce su propia presión individual, actuando como si solo estuviera presente y ocupara el volumen total. Esto se llama presión parcial (abreviado "pp" o "P" antes de un gas como "PO2" por "presión parcial de oxígeno") ya que es parte de la presión total ejercida por esa mezcla de gases y es proporcional al número de moléculas de ese gas en particular dentro de la mezcla de gases. En lugar de contar moléculas, la Ley de Dalton dice que podemos usar presiones parciales.


  • Si lleva un gas bajo el agua, la presión aumenta con la profundidad. La presión parcial de cada gas en la mezcla también aumenta proporcionalmente a su fracción en la mezcla.

  • Puede determinar la presión parcial simplemente multiplicando el porcentaje de gas (en decimal) en la mezcla por la presión absoluta total


Recuerde parcial-decimal




Ejemplos usando aire. Supongamos un 21 % de oxígeno y un 79 % de nitrógeno e ignoremos otros gases.


21% se expresa como 0.21 (21÷100=0.21 - este es un % expresado en forma decimal)


Superficie = 1 bar/ata

PPO2 = 0,21 ata de oxígeno × 1 ata = 0,21 de oxígeno

PPN2 = 0,79 ata nitrógeno × 1 ata = 0,79 nitrógeno

1 ata

PO2= 0.21 ata oxígeno × 5 ata = a presión parcial siempre igualará la presión ambiental. En este caso: - 1 ata (0,21 + 0,79 = 1)

40msnm (metros sobre el nivel del mar/water) = 5 ata (40÷10+1=5 ata)

PO2= 0.21 ata oxígeno × 5 ata = 1.05 ata oxígeno *

PN2= 0.79 ata nitrógeno × 5 ata = 3.95 ata nitrógeno

5 ata


* tenga en cuenta que una PO2 de 1,05 ata es básicamente lo mismo que respirar oxígeno puro (100 %) en la superficie

Esto significa que el efecto fisiológico del oxígeno es el mismo ya sea respirando oxígeno puro (100%) en la superficie o respirando aire (21%) a 40 metros. El efecto fisiológico de los gases individuales depende de su presión parcial y, aunque pueden estar presentes otros gases y tener su propio efecto, es irrelevante para los demás gases de la mezcla.



Esto es importante para poder calcular la presión parcial de los gases a cualquier profundidad. Hacer esto le permite ver cuándo el oxígeno alcanza niveles altos que pueden causar toxicidad por oxígeno.

Por ejemplo, el oxígeno se vuelve tóxico cuando supera los 1,4 - 1,6 bar/ata.




Imagina bucear con aire a 60 m

60msnm = 7 ata (60÷10+1=7 ata)

PO2= 0.21 ata oxígeno × 7 ata = 1.47 ata oxígeno *

PN2= 0.79 ata nitrógeno × 7 ata = 5.53 ata nitrógeno

7 ata

* posible toxicidad de O2

Entonces, aunque no alcanzaremos esta profundidad en el buceo recreativo, esto se convierte en un problema cuando se usa aire enriquecido (EANx) que tiene mezclas de oxígeno y nitrógeno que usan un contenido de oxígeno más alto que el aire normal.


Ejemplo: usar una mezcla de 36% EANx a 30 msnm

30msnm = 4 ata (30÷10+1=4 Bar)


PO2 = 0.36 oxígeno × 4 ata = 1.44 bar/ata

Debido a esto, diferentes mezclas de EANx tienen diferentes profundidades máximas dependiendo de la profundidad a la que alcance una PO2 de 1,4 a 1,6 bar/ata.

En el buceo técnico, el cuerpo puede alcanzar 1,4 bar/ata de PO2 cuando el buceador está activo, o 1,6 bar/ata en reposo (parada de descompresión), por lo que incluso el aire tiene demasiado oxígeno por debajo de los 67 metros.



Ejemplo – Aire a 67msnm


67msnm = 7.7 ata (67÷10+1=7.7 ata)

PO2 = 0.21 ata oxígeno× 7.7 ata = 1.6 bar/ata

Los buzos Tec también llevan dos o más mezclas de gases diferentes para la descompresión, y cada una tiene su propio contenido de oxígeno y profundidad máxima en función de la PO2. El aire a menudo se diluye con helio para reducir la presión parcial de oxígeno y la narcosis.

Todos los gases que se pueden respirar, con la excepción del helio y posiblemente del neón, tienen un efecto narcótico, aunque no se comprende claramente la razón exacta de este fenómeno.

Lo que sí sabemos es que a medida que aumenta la profundidad, la discapacidad mental se convierte en un peligro.

Ejemplo – oxígeno puro a 6 msnm

6msnm = 1.6 bar/ata (6÷10+1=1.6 bar/ata)

PO2= 1 × 1.6 bar = 1.6 bar/ata

* nota: perfecto para desgasificar



Los buzos técnicos respiran oxígeno puro en paradas de descompresión de 6mt y 3mt. No es necesariamente la presencia de oxígeno, sino la ausencia total de gases inertes, lo que acelera la liberación de gases. Esto permite que el nitrógeno se difunda fuera del cuerpo más rápidamente. Además, cualquier burbuja de gas inerte en el sistema circulatorio probablemente se reducirá o desaparecerá antes de convertirse en un problema.




 

Equivalencia de Superficie


El cuerpo responde al gas que respira en función de su presión parcial, no del porcentaje de gas en la mezcla. Esto significa que a medida que aumenta la presión, también lo hace el efecto fisiológico.

El equivalente de superficie es la fracción de un gas que tendría que respirar en la superficie para tener el mismo efecto a una profundidad particular.

  • Para encontrar el equivalente en la superficie, puede usar la "pp" del gas en la profundidad como la fracción del gas en la superficie. (es decir, 0,21 bar/ata es 21%)

  • Si el "pp" excede 1.0 ata, entonces no puede haber un equivalente en la superficie porque la presión parcial excedería la presión total disponible en la superficie (la presión en la superficie es 1 ata. Naturalmente, es imposible ser más que esto, por lo tanto, no hay un equivalente en la superficie).

Cuando observa las impurezas en el aire que respiramos, la Ley de Dalton se vuelve significativa. La equivalencia de superficie se aplica cuando se comparan los efectos de un solo gas respirado a una profundidad particular con los efectos de un mayor porcentaje del mismo gas en la superficie. Es motivo de preocupación cuando se trata de contaminantes tóxicos en nuestros gases respirables.



El monóxido de carbono (CO) es un producto de la combustión y puede entrar en el aire de un buzo si el aceite lubricante en un compresor que funciona mal se calienta lo suficiente como para quemarse parcialmente o si la válvula de admisión del compresor está demasiado cerca del escape del motor. En pequeñas cantidades no es tóxico en la superficie, pero respirar presiones parciales más altas de CO en profundidad puede ser mortal.



Ejemplo: un compresor llena un tanque de buceo con 0,5 % de monóxido de carbono (CO) en el aire respirable. En la superficie, esto no es tóxico, pero mire lo que sucede cuando ese tanque se reduce a 40 msnm.


40msnm = 5 ata (40÷10+1= 5 bar/ata)

0.5% en decimal es .005 (0.5÷100=.005)

PCO = .005 ata × 5 ata= .025 bar/ata

0,025 bar/ata = 2,5 % equivalente de superficie



también podrías simplemente multiplicar el porcentaje

5 % × 5 bar/ata = 2,5 % equivalente en superficie



Entonces, aunque el 0,5 % en la superficie es mínimo y no es probable que sea tóxico, la historia es diferente a 40 msnm, donde la PCO es de 0,025 bar/ata, que es el equivalente en superficie de respirar 2,5 % de CO, un veneno. nivel. El porcentaje de CO en el tanque no cambió, pero sí el efecto fisiológico cuando aumentó la presión parcial.

Ejemplo: ¿Sería probable que la toxicidad del oxígeno del SNC (Sistema Nervioso Central) respirara CUALQUIER mezcla de gas con oxígeno en la superficie? Recuerde que la toxicidad del SNC solo se espera cuando la presión parcial supera los 1,4 ata.


No, la fracción más alta de oxígeno que puedes tener es 100% en la superficie. Esta es una PO2 de 1 ata, la presión parcial más alta que puede tener en la superficie. Entonces, por lo tanto, no podría alcanzar una PO2 de 1.4 ata en la superficie, solo en la profundidad.


 

Otras Fórmulas que usan la Ley de Dalton




La parte inferior del triángulo se multiplica entre sí para encontrar el valor faltante superior

La parte superior divide la parte inferior para encontrar el otro valor inferior que falta




¿Cuál es la PO2 si deseamos bucear a 40 msnm (40÷10+1=5 ata) en el aire?

PO2=0,21 (oxígeno) × 5 ata = 1,05 bar/ata



¿Y si queremos saber a qué presión absoluta alcanzamos una PO2 de 1,6 bar/ata utilizando un 36% de O2?

1,6 ata ÷ 0,36 ata = 4,44 ata (aprox. 34 msnm)



¿Qué porcentaje de oxígeno podemos utilizar si deseamos bucear a 50 msnm (50÷10+1=6 ata) y no superar los 1,4 bar/ata?

1,4 ata ÷ 6 ata = 0,23 bar/ata o 23 % de oxígeno


 

Ley de Dalton y Nitrox (EANx)



No se preocupe, no los obtendrá en los exámenes, pero es posible que desee conocerlos si continúa y se convierte en instructor de Nitrox.




 

Altitud

En altitud, las presiones parciales son más bajas que al nivel del mar y, como tal, tienen menos moléculas de oxígeno por volumen. En la cima del monte Everest, aunque el aire todavía contiene un 21 % de oxígeno y un 78 % de nitrógeno (el porcentaje no cambia), el número de moléculas por volumen de aire es de alrededor de 1/3 del nivel del mar y, como tal, las presiones parciales son también sólo 1/3. Esta falta de volumen de oxígeno puede causar el mal de altura.

En el buceo, este cambio en la presión parcial se vuelve importante cuando observamos la teoría de la descompresión y el nitrógeno disuelto en nuestro cuerpo. La velocidad a la que este gas inerte puede liberarse de forma segura de nuestro cuerpo durante el ascenso se ve muy afectada por las presiones parciales reducidas de la altitud y gestionar este gradiente de presión es clave para gestionar el riesgo de descompresión con respecto a las velocidades de ascenso seguras. En altitud, la liberación de nitrógeno es mucho más rápida que al nivel del mar debido a las presiones parciales reducidas. Como tal, puede ocurrir fácilmente que se supere un gradiente de presión seguro, lo que provocaría la enfermedad por descompresión. Se requiere el uso de tablas y procedimientos especiales.

Discutiremos esto más adelante en la Ley de Henry.




 

Las Ecuaciones


Recordar

La ley de Dalton siempre puede tener la misma ecuación vista de 3 maneras

1. El porcentaje del gas (nunca cambia)

2. La presión parcial (expresada en decimal. Piense en parcial... decimal)

3. Equivalente de superficie: el equivalente de respirar el porcentaje "X" en la superficie (expresado en %)

Ejemplo 1: Aire Enriquecido 36% Oxígeno a 40m (5bar)

1 porcentaje (nunca cambia)

El porcentaje a 40mt seguirá siendo el mismo

Oxígeno 36%, Nitrógeno 64%

Recuerde, el % no cambia, solo el "pp" y el equivalente de superficie



2 presión parcial (parcial-decimal)

PO2= 0.36 x 5 bar =1.8 bar/ata * toxicidad de oxígeno en este rango

PN2= 0.64 x 5 bar =3.2 bar/ata

5 bares


3. Superficie equivalente

1.8 bar/ata oxígeno (=180%)

3.2 bar/ata nitrógeno (=320%)

*Nota. el ata es mayor que 1, por lo que no puede haber un equivalente de superficie real


o


Equivalente de superficie de oxígeno 36 % X 5 = 180 %

Equivalente de superficie de nitrógeno 64 % X 5 = 320 %

* Imposible en superficie, solo bajo presión





Ejemplo 2: Monóxido de carbono 1% a 50 msnm (6 bar/ata)

1. Porcentaje (nunca cambia)

El porcentaje a 50msnm seguirá siendo el mismo

Monóxido de carbono CO es 1%

Recuerde, el % no cambia, solo el "pp" y el equivalente de superficie

2. Presión parcial (parcial-decimal)

PCO= .01 × 6 bar = .06 bar/ata

3. Superficie equivalente

.06 bar/ata monóxido de carbono (=6%)


o


Equivalente de superficie de monóxido de carbono 1% × 6 bar = 6%

* tóxico en este nivel



Pon a prueba tus conocimientos CLIC AQUÍ






Ponte a prueba con 35 preguntas puramente sobre

la Ley de Dalton





 

Aquí hay enlaces a todos los exámenes.




Examen de Agua, Calor, Luz, Sonido y Gases

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Examen de Arquímedes parte 1

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Examen de Arquímedes Parte 2

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Examen de Presión

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Examen de la Ley de Boyles Parte 1

Cambios de profundidad de un solo nivel

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Examen de la Ley de Boyles Parte 2

Cambios de profundidad de varios niveles

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Examen de la ley de Charles

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Examen de la ley de Henry

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Examen de la ley de Dalton

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(1) Goodwin, M. (2007). Now Take a Deep Breath. Ocean Explorer.NOAA.Gov. https://oceanexplorer.noaa.gov/edu/lessonplans/breath.pdf


(2) M. (2014, August 2). Dalton’s Law. Divers Who Want To Learn More. https://diverswhowanttolearnmore.wordpress.com/2014/08/04/daltons-law/


(3) Merck Manuals. (2021). Gas Toxicity During Diving. Merck Manuals Professional Edition. https://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/injury-during-diving-or-work-in-compressed-air/gas-toxicity-during-diving


(4) The Encyclopedia of Recreational Diving (3rd ed.). (2008). PADI.


(5) Divemaster Course Instructor Guide (1999 edition). (2005). PADI.


(6) Inc, E. (2020, December 15). A Closer Look at Gas Laws, Hypoxia and Altitude. Environics. https://www.environics.com/2011/09/30/environics-post-bid-45220-a-closer-look-at-gas-laws-hypoxia-and-altitude/


(7) An Explanation of Pressure and the Laws of Boyle, Charles, Dalton, and Henry. (1997). Scuba Diving Explained. http://www.lakesidepress.com/pulmonary/books/scuba/sectiond.htm


(8) Physics. (2019). NOAA Diving Manual - Physics of Diving. Published. https://www.ehs.ucsb.edu/files/docs/ds/physics.pdf








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