Статті

Оригінальний спосіб розрахунку ідеального газу для будь-якої глибини

Дата публикації: 11.04.2014


Автор: Steve Lewis

Коли дайвери хочуть порахувати, або в деяких випадках, коли їм кажуть порахувати найкраще співвідношення сумішей найтроксу і триміксу для занурень, існує дві основні причини, щоб це виконати просто, а головне акуратно. Якщо Ви думаєте, що перша причина це отруєння кисню (наприклад, центральної нервової системи), а друга причина це азотний наркоз, то Ви будете абсолютно праві.

Будучи членом команди дайверів, відповідальної за складання дайверських зошитів – та обробки інформації зворотного зв'язку (відгуків) від студентів та інструкторів, коли нові книги вже були випущені, мене осяяло: що найголовніше, щоб будь-який метод, який використовується дайверами з безліччю звань, а також звичайними дайверами (тобто більшість з нас) включав мінімальний урівень математики старших класів?

Більшість із нас забули обчислення в стовпчик, наше розуміння алгебри похитнулося, а метод «наукового калькулятора» вирішує найпростіші завдання за кілька хвилин спроб і помилок.

Через те, що для багатьох з нас математика дорівнює магії, найменше, що ми повинні зробити, це досягти другої поставленої мети змішування газів: правильний розрахунок.

Один із допоміжних висловів у світі текстів про дайвінгу звучить приблизно так: якщо можна порахувати за допомогою таблиці – скористайся нею. Зазвичай результати обчислень за таблицями мають найменші похибки. Те, що ми хочемо отримати, під час розрахунків за таблицею, коли намагаємося дізнатися, які гази краще для наших занурень іноді називають «Стандартні гази».

Для тих з нас, хто займається дайвінгом, наше знайомство зі звичайними газами швидше за всейого було оригінальним: стандартні найтрокси: EAN32, EAN36. Коли Найтрокс вперше був представлений рекреаційній дайверській спільноті майже 30 років тому, це було те, що багато хто очікував: 32-відсотковий найтрокс з максимально допустимою глибиною занурення 40 метрів і його 36-відсотковий бадді, який використовували на 34 метрах. (Обидва MOD розраховані шляхом кисневого тиску 1,6 бар).

Звичайно, найтрокс використовують не тільки коли дайвери обмежені двома сумішами. І це стало очевидним, коли писали посібник з курсу TDI, в якому описали концепцію навчання студентів «використання кращої суміші для дайву». Внаслідок цього користувачі, які спробували попрацювати трохи старанніше над цим матеріалом, отримали більш ніж середнє розуміння в поведінці газу та його змішуванні. Використання «безрозмірного, універсального» підходу, можливо, звичайно і підійде деяким користувачам, і можливое, більшості справжніх рекреаційних дайверів, але в нього є обмеження, які бажаючі знань дайвери вважатимуть некомфортним.

Отже, повернемося до теми: Як нам зробити це просто (бо у нас дійсно немає таблиці, з якої ми могли б працювати)?

Почнемо з розрахунків для найбільш складного газу - триміксу . Поки ми вивчаємо йому техніки, означає, що ми вивчаємо техніки для змішування найтрокса в процесі ; і давайте спочатку сконцентруємося на наркозі!

Отже, ось простий спосіб, який мені показав печерний дослідник Ларрі Грін (Larry Green). Я забув, як він називається, можливо, щось на кшталт «метод лінивої людини». Я назвав його Метод Вільного Парціального Тиску, але це саме те, що Ларрі показав мені в 1995 році, а я вкрав його з тисячею вибачень.

Будь-хто, хто пройшов початковий курс найтроксом, пам'ятає визначення «Припустимий Парціальний Тиск Кисню». Якщо ми плануємо занурення з Допустимим Парціальним Тиском Кисню в 1,3 бар на максимальну глибину нашого запланованого занурення, то ми легко зможемо вирішити рівняння: яка суміш краще для конкретної глибини. За допомогою кількох додаткових натискань на наш кишеньковий калькулятор (ну або смартфон), ми можемо також знайти індивідуальне дозування кисню на будь-якій глибині або максимальну операційну глибину (МОГ) для конкретного газу.

Часто студенти з базовими знаннями по найтроксу йдуть із занять з думкою про те, що парціальний тиск кисню 1,4 бар (точніше, ніж 1,6 бар, що пропонується для дайверів у статиці), це максимально прийнятий рівень кисню для їх занурень. Це над-спрощення, але це працює для більшості, якщо не для всіх одиночних рекреаційних занурень.

У світі простої математики, ми можемо опіратися на те, що 1,5 бар кисню як прийнята киснева глибина. Справжня глибина в товщі води може змінюватись в залежності від суміші газу: 6 метрів – для чистого О2 , 21/метр для 50%, і так далі . Але киснева глибина – постійна.

Ми можемо і маємо робити подібні вправи для азоту. У цьому випадку ми можемо використовувати Метод Вільного Парціального Тиску, щоб допомогти управлінню газовою токсичністю , і це наше актуальне завдання.

Однак, скільки бар найбільш прийнятний рівень азоту для наших занурень?

Тут немає чіткої та простої відповіді, наскільки я можу сказати. Прочитайте дайверський форум про глибоке повітря і ви зрозумієте чому. Найбільш важливим, я повинен з небажанням, сказати вам що Х.Y bar буде працювати, тому що хоча ваш напарник і повинен бути задоволений впливом наркозу, Ви ж нет.

Але я можу пояснити Вам, що працює на велику аудиторію, включаючи мене, коли занурення відбувається у холодній воді.

Колись гуру від дайвінгу, десь підрахував, що повітря на 30 метрах постачає «допустиму» кількість наркотичного навантаження. Ми можемо пояснити це декількома шляхами, але найпопулярнішим є розрахувати, що навантаження азоту на 30 метрах – це припустимо . Таким чином, оскільки парціальний тиск азоту на 30 тметрах - 3,16 бар ( тиск навколишнього середовища Х відсоток газу = 4 бар х 0,79 = 3,16 бар ). Допустима глибина азоту 3,16 бар.

Потім ми додаємо глибину кисню до глибини азоту (1,4 + 3,16) і отримуємо 4,46 бар . Це загальний допустимий тиск, тиск навколишнього середовища, глибини (всі троє одні й самі речі), згідно з принципами нашої простої математики. Трохи глибше і в нас з'являється зайвий парціальний тиск.

Дайвери вже розробили метричну одиницю: 4,46 бар , це є тиск навколишнього середовища на 34,6 метрах .

Отже, якщо ми плануємо пірнати глибше, ніж на 34,6 метра, у нас з'являється вибір: порушити правило «допустимого парціального тиску» або все-таки розрахувати правильний парціальний тиск.

Просте обчислення.

Ось приклад того, як просто обчислення працюють. Допустимо, ми хочемо пірнати на глибину 45 метрів. Тиск навколишнього середовища буде 5,5 бар .

Наш перший крок це знайти наскільки більше вільного парціального тиску буде, якщо ми захочемо зберегти наші допустимі межі азотного та кисневого навантаження. Це досить просто вирішити: відніміть 4,46 бар (складання глибин нашого кисню та азоту) з 4,5 тиску навколишнього середовища 45 метрах . Результат: 5,5 - 4,46 = 1,04 бар . Це означає, що нам потрібно додати інший газ, і, гелій буде єдиним вірним рішенням – щоб заповнити цю прогалину.

Оскільки результат походу в найближчий дайверський магазин і з метою попросити забити суміш газу, що містить 1,4 бар кисню, 1,04 бар гелію, і 3,16 бар азоту, буде схожим на прикол. Нам потрібно перетворити цілі частини на відсотки. Щоб зробити це для нашого прикладу та всіх майбутніх обчислень, чисельник (ціле число над лінією) це буде парціальний тиск газу, чий відсоток ми хочемо знайти , а знаменник (ціле число під лінією) становить тиск навколишнього середовища. У нашому прикладі вгорі, перетворення, яке допоможе нам знайти кисень буде 1,4/5,5 = 25. Таким чином, відсоток кисню, який ми шукаємо в нашій суміші, це 25 процентів.

Тепер про гелію, що становить 1,04/5,5 = 19 відсотків (ну або близько того). Залишок буде азот. ( Традиційно, ми не втомлюємося писати відсоток азоту на запит про суміш газу).

Насправді, я вважаю, більшість дайверів, що плавають на сумішах, які зіткнуться з цими результатами, попросять Tmx 25/20. Якщо занурення має бути одним із серії численних занурень на різну глибину, відсоток кисню, можливо, опускатиметься парою відсотків, які допоможуть пом'якшити 24 добовий рівень CNS, і рівень гелію в суміші повинен бути піднятий для дайверів, що занурюються в холодній воді. Яке б не було остаточне рішення щодо кожної конкретної суміші для кожного дайвера, обчислення для вільного парціального тиску прості та швидкі. Скомбінований тиск для кисню та азоту залишається постійним і в залишку має бути гелій.

Найтрокс, звичайно, ще простішее: техніка та сама, тільки одним газом менше.

Наприклад, занурення на 26 метрів піддає дайвера (мене, Вас) у тиск навколишнього середовища 3,6 бар. Якщо я хочу пірнати на максимальний парціальний тиск 1,4 бар , процес пошуку «Правильної» суміші найтроксу просто вимагатиме від нас поділити 1,4 на 3,6 , що дорівнює 38,8 і це буде суміш найтроксу (відсоток кисню), яка буде працювати для нашого занурення. Якщо ми хочемо, з якихось причин, менший порціальний тиск кисню під час того ж занурення, допустимо - 1,2 бар - ми просто розділимо 1,2 на 3,6 і результат вийде EAN 33.3 .

Сподіваюся, це вам допоможе.