Flotabilidad: negativa, neutra, formula, y más

Cuando hablamos de flotabilidad, nos referimos a la capacidad que tiene un objeto, un material, un elemento, etc, de poderse sostener dentro de un medio líquido. En el mundo del buceo, es importante poder conocer, saber y poner en practica la flotabilidad. Es una de las técnicas mas difíciles de dominar y en las que más trabajan los instructores del buceo. Conoce en este post de que se trata, los tipos de flotabilidad y mucho más.

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¿Qué es la flotabilidad?

En términos sencillo, la flotabilidad no es más que el hecho de que un cuerpo pueda ser capaz de sostenerse dentro de un elemento líquido. Esto sucede cuando la fuerza resultante de la presión ejercida en la parte inferior del cuerpo supera la fuerza resultante del peso, más presión en la parte superior. El cuerpo se eleva hasta que ambos resultados son iguales. Por lo tanto, los cuerpos que fluyen lejos no es que salen volando precisamente, solo que se mantienen como si estuvieran en perfecto equilibrio. A veces, la presión en la parte inferior solo se debe al líquido en el que está sumergido el cuerpo.

Por otro lado, se puede dar el caso en el que la ocasión que ejerce en el panel o parte inferior es generalmente una parte debido al líquido parcialmente arriba y otro debido a la presión atmosférica, como un iceberg, por ejemplo. La causa de la flotabilidad no es la densidad del cuerpo. La causa de la fluctuación no es el agua desplazada. La causa de la fluctuación es simplemente un equilibrio de fuerzas (peso – gravedad) y presión ejercida por los fluidos que circundan el cuerpo).

Se dice que un cuerpo esta en estado de flotabilidad cuando permanece suspendido en un entorno de líquido o gas, es decir, en un líquido. «Un objeto flotará sobre un líquido (ambos bajo la influencia de la gravedad dominante), siempre y cuando que el número de partículas que constituyen el objeto sea menor que el número de partículas desplazadas fluido» de lo contrario no podría haber una flotabilidad exitosa. (Ver Articulo Sobre: Truchas).

El nivel de un cuerpo en un fluido está determinada por las diferentes fuerzas que actúan sobre él y su significado. La capacidad de que este flote es positiva cuando el cuerpo tiende a elevarse en líquido, es negativa cuando el cuerpo tiende a caer en el líquido y es neutra cuando se mantiene suspendida en el líquido.

El flujo está determinado por el principio de Arquímedes, y si el cuerpo de la fuerza de flujo de la naturaleza comprimida cambiará para variar su volumen de acuerdo con la ley de Boyle.

Donde el principio de Arquimides, sobre la flotación o flotabilidad de los cuerpos en donde nos indica que «Todo cuerpo sumergido en un fluido, recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado»

Factores que afectan a la flotabilidad

La flotabilidad durante una inmersión no es algo estático, pero debe ajustarse durante toda la inmersión y depende de varios factores, como:

  • El traje isotérmico que usamos en ese buceo
  • La profundidad en que nos encontramos a cada momento
  • El lastre
  • La botella que usamos: material y tamaño
  • La respiración

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De acuerdo a lo anteriormente mencionado, vamos a desarrollar punto por punto para ver como influye en la flotabilidad:

El traje

El espesor, así como los materiales con que esta diseñado de nuestro traje determinar, entre otros factores, como el peso de la persona, la cantidad de masa muscular, el nivel de capacitación que tenga la persona en el buceo, etc, los kilos de flotación positiva que debemos compensar con nuestro lastre. Un traje seco nos forzará a usar más lastre que un traje mojado y un traje mojado más grueso también nos hará cargar algunos kilos más que una ropa de menor grosor.

Pero eso no es estático, tenemos que comprender que, durante el buceo, cuanto más profundo nos encontremos, tendremos menor flotabilidad, más nuestro neopreno será comprimido y más flotación será perdida y, por supuesto, viceversa. Por otro lado, cuanto más inmersiones tengamos, menos flotabilidad tendrá.

En cada buceo nuestro neopreno se llena con pequeñas burbujas de aire que, a lo largo del tiempo, generan una pérdida de elasticidad en el traje y gradualmente colapsan el tejido. Es muy importante conocer el lastre que necesitamos con los diferentes hechos que vestimos, dependiendo de la época del año.

El nivel de profundidad

Como hemos visto en el punto anterior, cuanto mayor es la profundidad de compresión del neopreno y el aire encontrado en nuestro BCD o chaleco de flotación. Esto sucede porque, como todos saben, cuanto mayor es la presión, más profunda la encontramos. Es muy importante tener el control de nuestro cuerpo en el espacio mientras nos sumergimos y estar conscientes y «sentir» si necesitamos agregar o quitar aire para nuestro chaleco a cada cambio sustancial de profundidad.

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Esto no significa ser toda la inmersión removiendo y colocando aire, pero hacer pequeños ajustes que nos permitan modular pequeñas distancias con nuestros pulmones y con nuestras respiraciones.

El lastre

Es un componente del material de buceo básico para ser capaz de sumergirse y, a pesar de su simplicidad, su elección correcta es vital para aprovechar la inmersión. La pastilla de plomo tradicional (Es una píldora de plomo con un agujero para que el cinturón pueda pasar por ella, y luego sostenerla al cuerpo con el cinturón). (Ver Articulo Sobre: Pez Tetra Cardenal).

Hay el lastre que viene en forma de una especie de pastilla que es biodegradable, buena con el medio ambiente, la cual esta hecha de un material de plomo (fue inventada hace algunos años, es similar a la anterior, pero recubrió la píldora de plomo por una capa de plástico, para evitar el contacto del plomo con el agua del mar, ya que dice que el plomo es altamente contaminante).

Se pueden transportar en:

  • Cinturón que pasa por los cables.
  • Cinturón de tirantes (Ayuda a distribuir todo el peso, las pastillas de plomo por la cintura, el pecho, y la espalda, evitando que se muevan, o nos moleste en la cintura tanto peso, recomendado para aquellos que necesitan llevar mucho peso).
  • Cinturones de pie (viene a ser un complemento a los anteriores, y evita que elevemos los pies hacia la superficie).

Es un peso formado por gránulos de plomo que generalmente se cierran en bolsas de plástico de uno o dos kilos y por lo tanto se pueden introducir en cinturones de bolsos o en la misma chaqueta.

Puede ser transportado en:

  • Cinturón de bolsa
  • La misma chaqueta, si usted está preparado para eso.

Tamaños:
Tanto las pastillas de plomo como las bolsas de lastre están disponibles en diferentes pesos (y tamaños) de 1, 2, 2,5 kg, etc., aunque el más frecuente es 1 o 2 kg.

Dicho esto, el lastre que necesitamos para neutralizar nuestra flotación positiva será determinado en una parada a 3 metros de profundidad (que simulará nuestra parada de seguridad), con la botella casi vacía de aire y respirando normalmente. No necesitamos más lastre que para mantenernos bajo el agua con tranquilidad, el resto, podemos controlarlo con nuestro tipo de respiración, punto que vamos a tratar más adelante.

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Flotabilidad y densidad

La densidad es una magnitud que utilizamos para medir la cantidad de masa de una sustancia en un volumen dado del espacio. Las medidas más comunes para medir la densidad son:

  • kilogramo por metro cúbico (kg / m³)
  • gramo por centímetro cúbico (g / cm³)
  • kilogramo por litro (kg / l)
  • Para gases, el gramo se utiliza normalmente por decímetro cúbico (g / dm³) o grama por litro (g / L)

Para los amantes del buceo, es necesario estas botellas, que se suelen cargar con aire presurizado. Entonces, para calcular el aire dentro de nuestra botella, debemos multiplicar por las atmósferas de presión que estamos cargando en aquel momento. Normalmente 200 bar.

  • Botella de 12 L x 200 bar de presión = 2400 L de aire
  • Botella de 15 L x 220 bar de presión = 3300 L de aire
  • Botella de 10 L x 100 bar de presión = 1000 L de aire

Presión y consumo de aire

Se dice que en mayor profundidad, los gases son más densos. Y podemos traducir esto como más profundo, más aire puede caber en el mismo volumen de espacio. Por lo tanto, otra de las repercusiones de ese aumento en la densidad, como todo buceador debe saber, es que, en mayor profundidad, el aire en la botella se consume más rápidamente. Vamos a dar un ejemplo.

Si una persona que respira una media de 20L de aire por minuto en la superficie (1 atm) está sumergida a 10 m:

  • A 10 m de profundidad tendremos 2 atm.
  • El aire a 2 atm. será: 1/2 del volumen original y 2x la densidad original.
  • Como vamos a llenar los pulmones con el mismo volumen (respiración normal), estar respirando dos veces más aire que en la superficie.
  • Respirar dos veces más aire significa terminar la botella en la mitad del tiempo.
  • Total, que apenas 10m de profundidad, respiramos 40L de aire. El doble. Si en la superficie, ese buen hombre llevara 2 horas para respirar todo el aire en la botella (debido a su tasa de respiración), tendría menos de 1 hora en esa profundidad antes de entrar en la zona roja.

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Para ello, tenemos que tener un cuidado especial al hacer inmersiones profundas. Imagine el caso de la reserva de aire: normalmente, nuestros manómetros marcan la reserva (zona roja) de aire a partir de 50 bar de presión. En nuestro ejemplo, el buceador hace una inmersión a 10 m, y sabemos que a su ritmo respiratorio, puede durar 1 hora bajo el agua con la botella llena. Es decir, que los 50 bar de la reserva durarán aproximadamente 15 min.

Si se trata de ser un buceador distraído y cuando mira a su medidor de presión, tiene sólo 50 bar de presión en la botella, no estaría en riesgo, ya que tendría un suministro de aire durante unos 15 minutos. Sabiendo que la subida a partir de 10 m no va a tardar mucho, y con la parada de seguridad de 3 min, todavía tiene algunos minutos extras de inmersión.

Sin embargo algo que tenemos que tener en cuenta a la hora de decir practicar buceo es que, a 40 m de profundidad tenemos 5 atmósferas de presión, lo que significa 5 veces más aire consumido o visto de otra forma, 5 veces menos tiempo de inmersión en términos de consumo de aire. A los 40 m, nuestro buceo consume 100 L por minuto, lo que deja sólo 24 minutos de suministro con el tanque completo. Y esa reserva de presión de 50 bar daría sólo 6 minutos.

A esa profundidad, y contando con eso tenemos que hacer la parada de seguridad, también obligatoria en este caso, y aumentando un poco el ritmo respiratorio debido al estrés, haría que él saliera del buceo con el tiempo antes de quedarse sin aire. Tenemos que tener en mente esta relación entre profundidad y consumo de aire, especialmente cuando empezamos a sumergirse más profundamente, y siempre ser conservadores con el consumo de aire. (Ver Artículo: Medusas como animales invertebrados)

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Ahora podemos comprender un poco mas sobre la flotabilidad y la densidad, sabemos cómo la presión está relacionada con el volumen y la densidad. Esta tabla mostrada arriba debe ser conocida por todos los buceadores.

Flotabilidad y estabilidad

La verdad es que si logramos controlar la flotabilidad y estabilidad bajo el agua, va beneficiar nuestra capacidad de movernos bajo el agua y mejorará nuestro confort durante las inmersiones. Nosotros consumimos menos oxígeno, gastaremos menos energía y podremos prolongar nuestra inmersión. Inicialmente, el nuevo buceador busca, básicamente, moverse rápidamente y sin subidas, aunque esto provoque un gran agotamiento físico, debido a la falta de lastre.

La estabilidad correcta nos ayuda a consumir menos y mejorar el desplazamiento durante nuestra inmersión. Los buceadores experimentados saben que es fácil bucear para mantener una fuerza de flujo neutral. Uno de los objetivos principales debe ser tener un buen control sobre su propia fuerza de flujo, algo que no es fácil porque hay muchas cosas que pueden afectarlo: equipo, lastre, estado del agua.

Los buceadores profesionales han determinado que, para que haya una propulsión efectiva y limpia, es esencial priorizar el balance hidrostático, porque debemos estudiar el nivel del perfil hidrodinámico de tal manera que la resistencia al desplazamiento sea lo más baja posible.

La verdad es que la mayoría de los buceadores no avanzan horizontalmente, pero se inclina ligeramente, obteniendo una posición diagonal en su movimiento. A pesar de no estar totalmente conscientes, la mayor parte del consumo de gas y narcosis en el buceo ocurre debido a situaciones de este tipo.

flotabilidad y masEn esta posición diagonalmente, se logra generar una mayor resistencia y, por lo tanto, mayor demanda muscular, lo que resulta en un mayor consumo, menos tiempo de inmersión y, por último, menos comodidad. Esta posición muy común en el buceo técnico se deriva de un exceso de lastre con la intención de evitar posibles aumentos incontrolados cuando la descompresión juega un papel importante.

El efecto inmediato es que el buceador compensa su tendencia a hundirse por medio de esta posición diagonal, en la que la fuerza de tracción del vector también se dirige hacia abajo y no solo hacia atrás. De esta manera, el buceador compensa la tendencia a hundirse, lo que beneficia un alto consumo y una falta de comodidad en la inmersión.

La configuración es fundamental porque el objetivo es que el buceador sea neutral con sus botellas casi vacías y el ala desinflada en la última parada de descompresión, y al mismo tiempo puede levantarse en cualquier momento en la inmersión. Cuando esto se logra, todos los elementos que agregamos en la configuración deben ser neutros para cambiar la fuerza de flujo del buceador lo menos posible.

Como conseguir una flotabilidad neutra 

La fluctuación neutra del cuerpo humano varía de acuerdo con la respiración, lo que significa que cuando los pulmones están llenos, flota más. Esto es algo fácil de comprobar: al iniciar una inmersión, siempre se mueve mucho más rápido si vaciar completamente los pulmones. La razón es simple: disminuye el volumen del cuerpo y desplaza menos agua, de modo que el empuje es menor y el cuerpo se hunde.

Por eso es tan importante que tengamos control total sobre la respiración. Por ejemplo, después de la expiración, la pérdida de la fuerza de flujo ocurre casi inmediatamente, pero después de una inspiración, debe pasar cierto tiempo antes de que notemos que la fluidez está aumentando. Cuando ganamos experiencia basada en inmersiones, podemos controlar mejor nuestra potencia de flujo.

El control de la fuerza de flujo es lo que nos permite fluir completamente inmóviles, sin tener que usar nuestras manos o movimientos de brazos. Un buen control de la fuerza de flujo hace posible elevarse mediante el control de la respiración sin tener que hinchar y derrotar constantemente el chaleco.

A primera vista, el control de la fluctuación parece una simple cuestión de equilibrar el lastre contra la fuerza creciente. Cuando las dos fuerzas cancelan, neutralizado, puede flotar en el agua, pero como vimos debe tener en cuenta otros factores, como lastre, tanque de buceo, la flotabilidad del juego, la profundidad y el aliento.

La estabilidad que poseen los cuerpos en un fluido: Se toma en cuenta que un cuerpo en un líquido es estable si vuelve a su posición original después de girar ligeramente alrededor de un eje horizontal. Las condiciones para la estabilidad son diferentes, dependiendo de si el cuerpo está completamente sumergido o es fluido.

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Fórmula

Las matemáticas de cómo y por qué fluían algunas cosas fueron explicadas por primera vez por el gran filósofo griego Arquímedes cuando notó que el nivel del agua subía cuando estaba sentado en su bañera. Mientras el agua estaba presionada, el agua tocó la espalda. Esta fuerza hacia arriba ejerce cualquier fluido (líquido o gas) sobre un objeto sumergido en él llamado fuerza de flujo, y depende de dos cosas: el volumen del objeto y la densidad del fluido.

Calcule el volumen en pies cúbicos, el objeto cuyo flujo se calculará. Una forma fácil de encontrar el volumen es simplemente sumergir el objeto en un tanque de líquido (agua, por ejemplo) con una superficie conocida y medir la cantidad de líquido que asciende. Multiplica el cambio en las profundidades de los pies de la superficie del agua en metros cuadrados. El resultado es el volumen del objeto en pies cúbicos.

Determine la densidad del líquido que desea usar al calcular la fuerza de flujo del objeto. La densidad del agua es de aproximadamente 62 libras por pie cúbico (993.14 kg por metro cúbico), dependiendo de la temperatura, mientras que el aire a nivel del mar es de aproximadamente 0.075 libras por pie cúbico (1.2 kg por metro cúbico). Puede consultar las densidades de otros fluidos en libros de referencia o en línea.

Multiplica el volumen del objeto con la densidad del líquido. El resultado es la masa de fluido desplazado y el peso del fluido es la fluidez del objeto. Si la fuerza es más pequeña que el peso del objeto en sí, el objeto cae y si la fuerza es más grande, el objeto se elevará lo suficiente como para mirar a través de la parte superior del fluido que se desplaza exactamente por su propio peso.

Flotabilidad neutra

La base de flotabilidad neutra nos enseña cómo flotar sobre la superficie y caer de manera lenta, lo que permite que puedas bucear. Cuando alcanza la profundidad deseada, desea mantener el equilibrio en una posición horizontal. Es como si estuviera flotando en el agua. Para lograr esto, asegúrese de que las fuerzas hacia arriba sean iguales a las fuerzas hacia abajo.

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Las fuerzas de atracción abajo (descenso / ascenso) son causadas por su propio peso, la construcción y equipo de buceo, así como la cantidad de plomo. Determinar la cantidad de plomo es una parte importante de la planificación de la inmersión! Las fuerzas ascendentes son causadas por la cantidad de aire.

El aire contenido en la cavidad del cuerpo (especialmente los pulmones), el chaleco de buceo, la botella de buceo (se hace más fácil durante el buceo y, por lo tanto, aumenta la fuerza de flujo de la botella) y el traje de buceo (a medida que se encuentra más profundo en el agua, la presión aumenta y la fluidez del traje de buceo disminuye).

Flotabilidad de un barco

Los barcos flotan porque son menos densos que el agua.

Si bien es cierto que la mayoría de estos barcos están elaborados con materiales como metálicos (que se reducen muy fácilmente), ocupan un gran volumen. ¿Qué es la densidad ahora? La densidad es la cantidad de materia que existe por unidad de volumen.

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Una esfera de 1 metro cúbico de hierro, sin duda, irá al fondo del océano. Pero si usamos el mismo metro cúbico de hierro, construimos una esfera hueca, su volumen será mucho más grande que la esfera sólida, y con la presión sobre el agua hacia arriba (Principio de Arquímedes) fluirá, de esta manera se puede lograr la flotabilidad de un barco.

Flotabilidad de un submarino

Un submarino es un tipo especial de buque, el cual tiene la capacidad de que puede navegar bajo el agua, pero también de la superficie gracias a un sistema de flujo variable. Utilizado ampliamente por primera vez durante la Primera Guerra Mundial, que ahora son parte de todos los grandes ejércitos.

Los submarinos están diseñados para bajar hasta las profundidades del océano, de hecho esta es la definición de un submarino. Para ello, deben ser capaces de sumergirse, emerger y flotar en la superficie. Es posible que todos esto procesos ocurran cambiando su peso, gracias a un sistema de tanque como se puede almacenar el aire y el agua. Para llegar uso de aire comprimido para expulsar el agua de los tanques de lastre a través de válvulas.

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Posteriormente a esto y cuando el submarino alcanza la superficie, los tanques de lastre se comienzan a vaciarse completamente. Para bajar el agua pasa a través de los orificios de ventilación inferior y el aire sale por la parte superior. Estado de equilibrio consigue gracias la inmersión del timón, que están situados a proa y popa.

El término «submarino» abarca una amplia gama de tipos de buques, desde pequeña para dos personas, que sirve para explorar el fondo del mar un par de horas, hasta el núcleo, que pueden permanecer sumergidas durante un año y medio y llevar misiles nucleares capaces de destruir varias ciudades.

Flotabilidad de los peces

El pez tiene un órgano llamado vejiga natatoria, que consiste en una especie de bolsa grand y flexible, llena de gas y se encuentra justo debajo de la espina. La vejiga natatoria controla la flotación natural del pescado en el agua, sin la necesidad de esfuerzo muscular. Cuando llenos de aire deja los peces más ligeros y flotan, cuando llenos de agua (dependiendo de la cantidad) ellos pueden sumergir lo que necesitan. La vejiga natatoria es más o menos oval, pero varía mucho en diferentes especies.

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Y es de esta manera tan simple y verdaderamente sencilla que es posible que los peces puedan lograr una flotabilidad o al contrario, pueden sumergirse lo necesario. Sin duda la naturaleza es perfecta en todas sus formas.

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