Статьи

Оригинальный способ расчета идеального газа для любой глубины

Дата публикации: 11.04.2014


Автор: Steve Lewis

 

Когда  дайверы хотят посчитать, или в некоторых случаях, когда им говорят посчитать лучшее соотношение смесей найтрокса и тримикса для погружений, существует две основные причины для того, чтобы это выполнить просто, а главное аккуратно. Если Вы думаете, что первая причина это  кислородное отравление (например, центральной нервной системы), а вторая причина это  азотный наркоз, то Вы будете абсолютно правы.

Будучи членом команды дайверов, ответственной за составление дайверских тетрадей – и  обработки информации обратной связи (отзывов) от студентов и инструкторов, когда новые книги уже были выпущены, меня осенило: что самое главное, чтобы любой метод, используемый дайверами со множеством званий,   а также обчными дайверами  (т.е.большинство из нас) включал  в себя минимальный уровень математики старших классов?

Большинство из нас позабыли вычисления в столбик, наше понимание алгебры пошатнулось, а метод «научного калькулятора» решает самые непростые задачи за пару минут проб и ошибок.

Из-за того, что для многих из нас математика равносильна магии, наименьшее, что мы должны сделать, это достичь второй поставленной цели смешивания газов:  правильный расчет.            

Одно из вспомогательных изречений в мире текстов о дайвинге звучит примерно так: если  можно посчитать с помощью таблицы – воспользуйся ею. Обычно, результаты вычислений по таблицам имеют наименьшие погрешности.  То, что мы хотим получить, при расчетах по таблице, когда пытаемся узнать,  какие газы лучше для наших погружений иногда называют «Стандартные газы».

Для тех из нас, кто занимается дайвингом ,наше знакомство с обычными газами скорее всего было оригинальным: стандартные найтроксы: EAN32 EAN36. Когда Найтрокс впервые был представлен  рекреационному дайверскому сообществу почти 30 лет назад, это было то, что многие ожидали: 32 процентный найтрокс с максимально допустимой глубиной погружения 40 метров и его 36 процентный бадди, который использовали на 34 метрах. (Оба MOD рассчитаны путем кислородного  давления 1,6 бар).

Конечно, найтрокс используют не только, когда дайверы ограничены двумя смесями. И это стало очевидным,  когда писали  руководство  по курсу TDI, в котором описали  концепцию  обучения студентов «использованию лучшей смеси для дайва».   В следствие этого пользователи, которые попытались поработать немного усерднее над этим материалом  получили более чем среднее понимание в поведении газа и его смешивании. Использование «безразмерного, универсального» подхода, может быть, конечно и подойдет некоторым пользователям, и возможно, большинству  истинных рекреационных дайверов, но у него есть ограничения, которые жаждущие знаний дайверы сочтут некомфортным.

Итак, вернмся к теме: Как нам сделать это просто (потому что у нас действительно нет таблицы, с которой мы могли бы работать)?

Давайте начнем с расчетов для наиболее сложного газа – тримикса.  Пока мы  изучаем для него  техники, означает, что мы изучаем техники для смешивания найтрокса в процессе; и давайте вначале сконцентрируемся на наркозе!

Итак, вот простой способ, который мне показал пещерный исследователь Ларри Грин (Larry Green). Я забыл, как он называется, возможно, что-то вроде «метод  ленивого человека». Я назвал его Метод Свободного Парциального  Давления, но это именно то, что Ларри показал мне в 1995 году, а  я украл его, с тысячей извинений.

Любой, кто прошел начальный курс по найтроксу, помнит определение  «Допустимое  Парциальное Давление Кислорода».  Если мы планируем погружение с Допустимым  Парциальным Давлением Кислорода в 1,3 бар на максимальную глубину нашего запланированного  погружения, то мы с легкостью сможем решить  уравнение: какая  смесь  лучше для конкретной глубины. С помощью нескольких  дополнительных нажатий на наш карманный калькулятор (ну или смартфон),  мы можем также найти  индивидуальную дозировку кислорода на любой глубине, или максимальную операционная глубину (МОГ) для конкретного газа.

Часто студенты с базовыми знаниями по найтроксу уходят с занятий с мыслью о том, что парциальное давление кислорода 1,4 бар (точнее, чем 1,6 бар, предлагаемый для дайверов в статике), это максимально принятый уровень кислорода для их погружений.  Это сверх-упрощение, но это работает для большинства, если не для ВСЕХ одиночных рекреационных погружений.

В мире простой математики, мы можем опираться на то, что 1,5 бар кислорода как принятая кислородная глубина.  Действительная глубина в толще воды может варьироваться в зависимости от смеси газа:  6 метров – для чистого О2,  21/метр  для 50%, и так далее.. Но кислородная глубина – постоянная.

Мы можем и должны делать подобные упражнения для азота. В этом случае, мы можем использовать Метод  Свободного  Парциального Давления, чтобы помочь управлению газовой токсичностью, и это наша актуальная задача.

Однако, сколько бар наиболее приемлемый уровень азота для наших погружений?

Здесь нет четкого и простого ответа, насколько я могу сказать. Прочитайте дайверский форум про глубокий воздух и вы поймете почему. Наиболее важным, я должен с неохотой, сказать  вам что Х.Y bar  будет работать, потому что хотя ваш напарник и должен быть доволен воздействием наркоза, Вы же нет.

Но я могу объяснить Вам, что работает на большую аудиторию, включая меня, когда погружение происходит в холодной воде.

Когда то гуру от дайвинга, где-то подсчитал, что воздух на 30 метрах поставляет «допустимое» количество наркотической нагрузки. Мы можем объяснить это несколькими путями, но наиболее популярный это рассчитать, что нагрузка азота на 30 метрах – это допустимо. Таким образом, поскольку, парциальное давление азота на 30 тметрах  - 3,16 бар (давление окружающей среды  Х  процент  газа = 4 бар х 0,79 = 3,16 бар). Допустимая глубина азота 3,16 бар.

Затем, мы добавляем глубину кислорода к глубине азота (1,4 + 3,16) и получаем 4,46 бар. Это общее допустимое  давление, давление окружающей среды, глубины (все трое одни и те же вещи), согласно принципам  нашей простой математики. Чуть глубже и у нас появляется излишнее парциальное давление.

Дайверы уже разработали метрическую единицу :  4,46 бар, это и есть давление окружающей среды на 34,6 метрах.

Итак, если мы планируем нырять глубже, чем на 34,6 метров, у нас появляется выбор:  нарушить правило « допустимого парциального давления» или все-таки рассчитать правильное парциальное давление.

Простое вычисление.

Вот пример того, как просто вычисления работают. Допустим,  мы хотим нырять на глубину 45 метров. Давление окружающей среды будет  5,5 бар.

Наш первый шаг это найти насколько больше свободного парциального давления будет, если мы захотим сохранить наши  допустимые пределы азотной и кислородной нагрузки. Это достаточно просто решить: вычтите 4,46 бар (сложение глубин  нашего кислорода и азота) из 4,5 давления окружающей среды/глубину на 45 метрах. Результат: 5,5 – 4,46 = 1,04 бар. Это означает, что нам нужно добавить другой газ, и, гелий будет единственно верным решением – чтобы заполнить этот пробел.

Поскольку результат  похода в ближайший дайверский магазин и с целью попросить забить смесь газа,  содержащего  1,4 бар кислорода, 1,04 бар гелия, и 3,16 бар азота, будет  похож на прикол. Нам нужно превратить целые  части в проценты. Чтобы сделать это для нашего примера и всех будущих вычислений, числитель (целое число над линией) это будет парциальное давление газа, чей процент мы хотим найти, а знаменатель (целое число под линией) представляет давление окружающей среды. В нашем примере вверху, превращение, которое поможет нам найти кислород будет  1,4/5,5 = 25. Таким образом, процент кислорода, который мы ищем в нашей смеси это 25 процентов.

Теперь о гелии,  который составляет  1,04/5,5 = 19 процентов (ну или около того). Остаток будет азот. ( Традиционно, мы не устаем писать процент азота на запрос о смеси газа).

В реальности, я полагаю, большинство дайверов, плавающих на смесях, которые столкнуться с  этими результатами,  попросят Tmx 25/20. Если погружение должно быть одним из серии многочисленных погружений на разную глубину, процент кислорода, возможно, будет опускаться парой процентов, которые помогут  смягчить  24 суточный уровень CNS, и уровень гелия в смеси должен  быть поднят для дайверов, погружающихся в холодной воде. Какое бы ни было окончательное решение  по каждой конкретной смеси для каждого дайвера,  вычисления для свободного парциального давления просты и быстры. Скомбинированное давление для кислорода и азота остается постоянным и в остатке должен быть гелий.

 Найтрокс, конечно, еще проще: техника та же,  только одним газом меньше.

Например, погружение на 26 метров подвергает дайвера (меня, Вас) в давление окружающей среды 3,6 бар. Если я хочу нырять на максимальное парциальное давление 1,4 бар, процесс  поиска «Правильной» смеси найтрокса просто потребует от нас поделить 1,4 на 3,6, что равняется 38,8 и это будет смесь найтрокса (процент кислорода), которая будет работать для нашего погружения. Если мы хотим, по каким либо причинам, меньшее  порциальное давление кислорода во время того же самого погружения , допустим -  1,2 бар – мы просто разделим 1,2 на 3,6 и результат получится EAN 33.3.

 

Надеюсь это вам поможет.