como funciona o cilindro de mergulho

Como funciona o cilindro de mergulho?

Um diafragma simples evita que o mergulhador seja esmagado pela pressão da água.

O cilindro de mergulho, ou pulmão aquático, é um sistema que permite ao mergulhador levar consigo seu próprio suprimento de ar, sem a necessidade de qualquer ligação com a superfície. Esse equipamento também era conhecido como Aqualung.

Esse aparelho proporciona uma liberdade de movimentos bem maior que a permitida pelo escafandro, que precisa se manter permanentemente ligado ao exterior através de cabos de segurança e tubos de suprimento de ar. Novas técnicas de controle de pressão e reserva de ar proporcionam muita segurança em mergulhos de profundidade.

homem com cilindro de mergulho preso às costas
Cheios de ar comprimido, os cilindros proporcionam ao mergulhador maior autonomia e mobilidade que o pesado e obsoleto escafandro.

O sistema de cilindro de mergulho é formado por cinco componentes básicos: uma válvula de demanda ou regulador, que controla a passagem do ar, mantendo-o sempre com a mesma pressão do ambiente externo; os cilindros, que contêm o ar comprimido; o arreio, que prende e mantem o aparelho na posição correta em relação ao corpo do mergulhador; os tubos para carga e descarga do ar; e o bocal de respiração.

O tempo que o mergulhador pode permanecer submerso depende, evidentemente, da capacidade dos seus cilindros de ar. A mobilidade e a autonomia proporcionadas pelo cilindro de mergulho transformam-no em elemento de importância básica para a ciência, tecnologia e o lazer submarinos, bem como para operações de busca e salvamento, além de tornar o mergulho e a caça submarina esportes muito praticados em vários países.

Do escafandro ao cilindro de mergulho

Antes do aparecimento do cilindro de mergulho moderno, muitas invenções tentaram dar ao mergulhador um sistema de respiração realmente auto-suficiente. Em 1978, o inglês H. A. Fleuss demonstrou em Londres um aparelho de mergulho no qual o ar era levado dentro de um saco flexível preso às costas do mergulhador. A novidade consistia no fato de um reservatório de ar relativamente pequeno permitir utilização prolongada, porque o ar era purificado entre a inspiração e a expiração: uma solução de hidróxido de potássio eliminava o dióxido de carbono e o ar usado podia ser reaproveitado.

Porém, o aparelho adequava-se somente a pequenas profundidades e, mesmo assim, a respiração tornava-se difícil porque não havia um dispositivo que equiparasse a pressão do ar respirado à pressão do ambiente externo. Apesar disso, foi suficiente para que Fleuss desobstruísse um túnel sob o rio Severn, em 1880.

O primeiro sistema de cilindro de mergulho realmente seguro e eficiente foi desenvolvido na França por Jacques Cousteau e Emil Gagnan, durante a Segunda Guerra Mundial. Sua principal contribuição foi a válvula de demanda que proporcionou aos mergulhadores verdadeiras condições de segurança e autonomia.

Válvula de demanda do cilindro de mergulho

diagrama da válvula de demanda do cilindro de mergulho

O componente mais complexo e engenhoso do cilindro de mergulho moderno é a válvula de demanda, cuja função é controlar o fluxo de ar dos cilindros para os pulmões do mergulhador, mantendo- sempre com a mesma pressão exercida externamente pela massa de água. Quando fora da água, e ao nível do mar, o mergulhador está sub uma pressão correspondente a uma atmosfera. Entretanto, como a água é mais densa que o ar, quando submerso o mergulhador sujeita-se a pressões bem mais elevadas do que na superfície. A dez metros de profundidade a pressão da água corresponde a duas atmosferas, e aumenta aproximadamente de uma atmosfera a cada dezena de metros que o mergulhador desce.

O corpo humano é constituído por elementos sólidos e líquidos virtualmente incomprimíveis, mesmo quando sujeitos a grandes pressões. Entretanto, os pulmões, as cavidades ósseas, o interior dos ouvidos e o estômago estão cheios de ar facilmente comprimível. Se duranta a submersão o ar respirado não estiver sob a mesma pressão do ambiente externo, essas cavidades serão comprimidas, tornando a respiração extremamente difícil, mesmo em profundidades relativamente pequenas. E, se o mergulhador se aprofundar demais, acabará morrendo por esmagamento. Equipado com a válvula de demanda, o cilindro de mergulho evita que isso ocorra.

Há dois tipos de válvula de demanda, mas ambos são constituídos essencialmente por uma caixa redonda ligada ao cilindro de ar comprimido e aos tubos que transportam o ar. Dentro dessa caixa há duas câmaras separadas por um diafragma de borracha, sendo que uma delas é aberta em um dos lados, por onde a água entra livremente. A outra câmara, que tem o fundo fechado pelo diafragma, está ligada à saída de ar do cilindro de mergulho. Quando a água penetra na câmara aberta e pressiona o diafragma de borracha, um dispositivo mecânico abre a válvula de ar comprimido, enchendo de ar a câmara fechada. A válvula é sempre aberta na mesma proporção em que o diafragma é empurrado para dentro. Consequentemente, a pressão do ar liberado no interior da câmara, e que vai ser respirado pelo mergulhador, é sempre igual à pressão exercida pelo ambiente externo. Quando o mergulhador respira, ele reduz a pressão na câmara de ar, desequilibrando novamente as forças exercidas sobre os dois lados do diafragma, que por sua vez abre a válvula, soltando mais ar do cilindro, até equiparar novamente as pressões dos dois lados do diafragma, e assim por diante, repetindo o processo.

Esse modelo de estágio único tem, contudo, uma desvantagem: a tensão exercida sobre a válvula pelas altas pressões interna e externa. O problema, porém, é superado no modelo de dois estágios, que diminui a pressão do ar do cilindro de 200 para 7 bar, e equipara-a à pressão externa. Na válvula do primeiro estágio, montada no cilindro, o diafragma trabalha contra a pressão de uma mola pré-ajustada, e deixa passar apenas uma parcela do ar, que vai pressionar a válvula do segundo estágio, onde o diafragma é equilibrado pela pressão da água.

Outros componentes do cilindro de mergulho

Alguns tipos de cilindro de mergulho possuem válvula de demanda com uma entrada para afixação de um tubo de fornecimento de ar da superfície, possibilitando que o mergulhador fique submerso por mais tempo.

O cilindro de mergulho fica preso às costas do mergulhador através do arreio, geralmente feito de uma malha de náilon ou de algodão com fitas de aço. Além de segurar os cilindros de ar, o arreio tem a função de manter a válvula de demanda o mais perto possível do centro da pressão ambiente sobre os pulmões do mergulhador. Dessa forma, a pressão do ar respirado tem valores bem próximos aos da pressão externa que incide diretamente sobre o tórax do mergulhador.

Feitos em diversos tamanhos, os cilindros do equipamento de mergulho flutuam quando vazios. Costumavam ser pintados de cinza, com partes pretas e brancas na face superior. Isso indicada, segundo um código convencional, que o gás neles contidos é o ar. Hoje, no entanto, isso não é mais utilizado.

Um cilindro normal pode conter 1,7 m³ de ar comprimido a uma pressão de 200 bar, e a quantidade de ar consumida pelo mergulhador em cada inspiração depende da temperatura do seu corpo, do tipo de trabalho a ser realizado sob a água e da profundidade do mergulho.

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