LA ATMÓSFERA Y LA RESPIRACIÓN
Keith E. E. Read (1981)
SISTEMAS DE OXÍGENO APROPIADOS PARA LA AVIACIÓN LIGERA Y PLANEADORES
Los
sistemas de oxígeno que forman parte integral del equipo de los aviadores constan de los
componentes siguientes:
(a)
Oxígeno adecuado para respirar.
(b) Depósito
de oxígeno.
(c) Regulador.
(d) Máscara.
(e) Tubería de alta presión para llevar el oxígeno
desde el depósito cilíndrico hasta el regulador.
(f) Tubería de baja presión que lleva el oxígeno desde
el regulador hasta la máscara.
Oxígeno
adecuado para respirar
Deberá
cumplir las siguientes condiciones:
(a) Estar exento de olor.
(b) Tener una pureza no inferior al 98,5 %.
(c) Carecer de sustancias tóxicas, tales como
agentes desengrasantes.
(d) Contener no más de 0,002 % de monóxido de carbono.
(e) Una
muestra de oxígeno tomada de un cilindro cargado con una presión comprendida entre 1600
y 2000 libras por pulgada cuadrada (112,5 a 140,6 kg/cm2) no debe contener más
de 0,02 g de agua por metro cúbico (con temperatura y presión normales), medido con un
higrómetro de alta presión de tipo aprobado.
Depósito
de oxígeno
El
oxígeno se almacena con una presión de 1800 libras por pulgada cuadrada (126,5 kg/cm2)
en depósitos de acero de diversas capacidades.
Sistemas
de oxígeno de uso corriente para alturas no superiores a los 40.000 pies (12.000 m)
La forma
más antigua de alimentación o fuente de oxígeno era muy sencilla y proporcionaba un
aporte continuo de este gas. Como el acto de la inspiración ocupa únicamente dos quintos
del tiempo que se invierte en completar un ciclo respiratorio, este sistema se vio que
resultaba muy caro por el derroche que hacía del oxígeno y fue retirado en consecuencia.
Para sustituirlo se han adoptado dos sistemas, que difieren básicamente en diseño y
aplicación, y que se llaman respectivamente sistema economizador y sistema de
demanda de oxígeno, que describiremos a continuación con detalle.
Sistema
economizador
El
regulador. La función de este órgano, que incluye una válvula de reducción, es la
de aceptar oxígeno del depósito, reducir su presión y pasarlo con un caudal apropiado
al usuario. Las características de diseño de este regulador incluyen:
(a) Un
selector "activar" – “desactivar".
(b) Un
medidor del contenido de oxígeno.
(c) Un conmutador de aporte de oxígeno para “normal"
o "alto”.
(d) Dos
indicadores de caudal.
El flujo
de oxígeno sólo queda indicado hasta el regulador y, por consiguiente, no registra el
paso real de oxígeno desde éste hasta el usuario. Por eso, en el sistema economizador es
esencial que el usuario aspire bocanadas del oxígeno que llega a la máscara antes de
asegurarse de que recibe una cantidad apropiada de él. Las pruebas anteriores al vuelo
tienen que incluir por tanto una comprobación de caudal, que se hará antes de
poner en marcha el motor, y es bien sabido que el flujo de oxígeno en la máscara se
siente con más facilidad si se coloca ésta sobre los ojos para efectuar la prueba.
La
unidad economizadora. Va incluida en la parte de baja presión del sistema y
está situada entre el regulador y la máscara. Está proyectada para convertir el flujo
continuo de oxígeno proporcionado por el regulador en otro intermitente antes de ser
entregado a la mascara. El economizador consta en esencia de un saco inflable, en el que
entra el oxígeno procedente del regulador. La salida del saco a la máscara está
gobernada por una válvula de disparo. Durante la espiración esta válvula se cierra y el
oxígeno, que de lo contrario se perdería llena el saco. Durante la inspiración, la
válvula se abre y la bolsa se vacía, descargando su contenido de oxígeno en la
máscara. La unidad economizadora duplica la duración de cada cilindro de oxígeno.
La máscara.
Esta, que incluye un micrófono, va equipada con válvulas de espiración y una
válvula de entrada o de aleta. Esta permite que se efectúe la dilución controlada del
oxígeno cuando se ha seleccionado la posición "normal" del aporte de
oxígeno, dado que en realidad se trata de una válvula de entrada de poca carga. Durante
la inspiración pasa el oxigeno a la máscara desde la bolsa economizadora, hasta que
ésta se vacía. Si, llegado a este punto, sigue el acto de la inspiración la succión
hará que la válvula de aleta se abra dejando pasar aire a la máscara: el usuario
respirará este aire, así como un flujo pequeño pero continuo de oxígeno, a través de
la válvula de disparo abierta de la bolsa del economizador. Cuando se elige la posición "alto"
del flujo de oxígeno, la bolsa del economizador nunca se descarga del todo y la
válvula de aleta no se abre: entonces no se produce dilución controlada en el aire del
oxígeno aportado y, en efecto, queda establecido un suministro continuo de oxigeno, que
resulta más despilfarrador y reducirá la duración del oxígeno disponible en el
depósito.
Aunque el
sistema economizador es sencillo, eficaz, barato y cómodo de usar, tiene una capacidad
limitada y tres inconvenientes principales, que son:
(a) No
permite cambiar el ritmo de la respiración.
(b) No da
ninguna indicación de función más que la información de que el oxígeno pasa por el
regulador con el ritmo “normal" o "alto".
(c) No es adecuado si se necesita respiración
a presión.
Sistema
de demanda de oxígeno
Este
sistema proporcionará oxígeno puro o una mezcla de él y aire, barométricamente
controlada, de acuerdo con la demanda del usuario y a una presión de 2 mm Hg. por
encima de la ambiental, tanto si se trata de una cabina presurizada como si no.
Depósito
de oxígeno. En la mayoría de los casos será similar al ya descrito, pero con la
aparición de los depósitos de oxígeno líquido se puede instalar actualmente una unidad
más complicada.
El
regulador. Este tipo de regulador reducirá la presión de almacenamiento del oxígeno
y proporcionará un aporte de éste a través de un tubo flexible de gran diámetro a la
máscara durante la inspiración activa del usuario.
Unidad
dilutora o de mezcla de aire. El oxígeno puro sólo
es esencial en altitudes superiores a los 30.000 pies (9.000 m.). El aire, cada vez más
enriquecido con oxígeno, basta entre los 10.000 y los 13.000 pies (3.000 y 4.000 m). El
sistema de demanda de oxígeno se modifica por lo general de modo que se pueda mezclar el
aire con el oxigeno en la proporción correcta, de acuerdo con la presión de la cabina
del avión en cualquier altitud hasta los 30.000 pies (9.000 m). En esta altura, el orificio
de mezcla de aire se cierra por completo y sólo deja que al usuario le llegue
oxígeno puro. Esta unidad contiene las tres características de diseño siguientes:
(a) Una
cápsula barométrica de expansión, que controla exactamente la mezcla aire-oxígeno.
(b) Una válvula antiretorno, que impide fugas
de oxígeno.
(c) La unidad
de mezcla de aire puede dejarse fuera del circuito con una leva selectora, en el caso
de que se necesite un 100 % de oxígeno por alguna causa por debajo de los 30.000 pies
(9.000 m).
Presión
de seguridad. El regulador de este sistema incluye un factor de seguridad debido a que
proporciona un suministro de oxígeno o mezcla de aire-oxígeno a la máscara con una
presión de 2 mm Hg. por encima de la existente en la cabina. Esta presión de seguridad
se ha conseguido mediante la adición de un muelle que carga el diafragma que abre la
válvula de demanda. De ese modo, para que la válvula se cierre interrumpiendo cualquier
aporte ulterior del regulador, la presión dentro de la máscara tiene que subir hasta una
presión de 2 mm Hg. por encima de la existente en la cabina. Cuando el usuario hace una
inspiración, la presión en la máscara disminuye por debajo de la ambiental + 2 mm Hg. y se inicia un flujo desde el
regulador en una etapa en que la presión está aún por encima de la ambiental de
la cabina: esto no afecta para nada a la comodidad de uso pero asegura que no haya fugas
hacia dentro y que si hay alguna lo sea hacia fuera.
Indicación
del flujo de oxígeno. Cada acto de inspiración por parte del usuario origina un paso
de oxígeno del regulador a la máscara e inicia una indicación gráfica de él mediante
un movimiento del ojo de muñeca, que aparece blanco. Aunque la fuente de oxígeno
esté cerrada o vacía se puede respirar a través del regulador. siempre que con la
palanca se haya seleccionado el flujo de oxigeno “normal": únicamente en
altitudes de 30.000 pies (9.000 m), como ya se ha dicho, la unidad de mezcla de aire
impide la entrada de aire en el sistema. El “ojo de muñeca" no funcionará a
menos que pase oxígeno al sistema, y si dicho ojo permanece blanco o negro
hay algo que no funciona bien en el sistema.
Máscara
de demanda de oxígeno. Como el regulador se ha proyectado para proporcionar oxigeno o
una mezcla de él y aire, con una determinada presión, se comprende que la máscara
deberá poder soportar esa presión. Para ello se le han incorporado las dos
características siguientes:
- Hermeticidad de la máscara. La máscara deberá
adaptarse perfectamente a la cara para evitar pérdidas hacia el exterior o infiltraciones
de aire hacia el interior. Para ello la goma del borde de la máscara, al ponerse en
contacto con la cara, se dobla en una curva suave. De ese modo, la misma superficie que
queda fuera de la máscara es asimismo la que queda en contacto con la piel. Al crearse
una presión en el interior de la máscara, no sólo obliga al frente de la máscara hacia
fuera, sino que al mismo tiempo aprieta más firmemente el borde doblado contra la cara.
La inclusión de una armadura provista de un mando ajustable permite sujetar la máscara
más firmemente contra la cara cuando se necesite una hermeticidad ante una gran presión,
en el caso de una emergencia.
- Válvula de espiración compensada. Está diseñada de
modo que la presión en el tubo de entrada a la máscara quede aplicada a la superficie
inferior de la válvula de espiración mediante un tubo compensador. Conforme se
suministra oxígeno por parte del regulador, con una presión dada, crea una fuerza dentro
de la máscara que tiende a abrir la válvula de espiración, pero por el tubo compensador
queda aplicada otra fuerza igual a la superficie inferior de esa válvula, con lo que se
mantiene cerrada y la presión en la máscara puede subir.
Elección del sistema
Tanto el
sistema economizador como el de demanda de oxígeno son muy satisfactorios para su empleo
dentro de la cabina caldeada de cualquier avión ligero de techo de servicio que llegue a
los 9.000 m. Como el economizador es el sistema más sencillo, barato y fácil de
conservar, sigue siendo el más usado por la mayoría de los propietarios de aviones
ligeros.
A los
pilotos y propietarios de aviones ligeros sin calefacción en la cabina y techo de
servicio de 12.000 m se les pueden presentar problemas más graves, que hagan inevitable
el uso de alguna clase de sistema de aportación de oxígeno. Nos referirnos sobre todo al
fallo del sistema economizador a consecuencia de la altitud, debido a las bajas
temperaturas ambientales, porque hay que comprender con claridad que:
(a) El aire alveolar espirado está
completamente saturado de vapor de agua.
(b) La temperatura del aire ambiente a 3.000 m
hay que contarla como de –5º C.
La máscara apropiada
para el sistema economizador deja entrar aire por la válvula de la mejilla y permite pues
poca protección contra los escapes hacia fuera o hacia dentro a lo largo de la zona en
que está en contacto con la piel. El vapor de agua contenido en el aire respirado se
condensa rápidamente en cuanto hay una pequeña bajada de temperatura (propiedad física
que se aprovecha por muchos para limpiar las gafas). Si el vapor de agua se condensa y
congela en el interior de la máscara, el movimiento libre de la válvula podría verse
afectado. En realidad puede quedar completamente atascada, impidiendo con ello el libre
paso del oxígeno o, por lo contrario, dejando que éste salga libremente, con lo que
pronto se agotaría la reserva del cilindro. En cualquiera de los casos la hipoxia puede
atacar al piloto antes de que haya intentado bajar a una altitud segura. Este peligro ha
de quedar claramente comprendido por los pilotos de los planeadores antes de intentar una
subida a gran altura en una corriente o en una formación de nubes del tipo de
cúmulo-nimbo si utiliza el sistema economizador.