Un equipo de respiración autónomo

Un aparato de respiración autónomo (SCBA) es un dispositivo que se usa para proporcionar un suministro autónomo de gas respirable en una atmósfera que es inmediatamente peligrosa para la vida o la salud. Suelen utilizarse en extinción de incendios y en la industria. El término autónomo significa que el SCBA no depende de un suministro remoto de gas respirable (p. ej., a través de una manguera larga). Si está diseñado para su uso bajo el agua, también se conoce como equipo de buceo (aparato de respiración autónomo bajo el agua). Cuando no se usan bajo el agua, a veces se les llama equipos de respiración industriales. Algunos tipos también se denominan aparatos de respiración de aire comprimido (CABA) o simplemente aparatos de respiración (BA). Los nombres no oficiales incluyen paquete de aire, tanque de aire, cilindro de oxígeno o simplemente paquete, que se utilizan principalmente en la extinción de incendios.

Un SCBA de circuito abierto generalmente tiene tres componentes principales: un cilindro de almacenamiento de gas a alta presión (por ejemplo, de 2216 a 5500 psi (15 280 a 37 920 kPa), alrededor de 150 a 374 atmósferas), un regulador de presión y una interfaz respiratoria, que puede ser una boquilla, media máscara o máscara completa, ensamblada y montada en un arnés de transporte enmarcado.

Un aparato de respiración autónomo puede pertenecer a una de dos categorías: circuito abierto o circuito cerrado.

Tipos

Circuito cerrado

El tipo de circuito cerrado, también conocido como rebreather, funciona filtrando, complementando y recirculando el gas exhalado. Se utiliza cuando se necesita un suministro de gas respirable de mayor duración, como en el rescate de minas y en túneles largos, y al pasar por pasajes demasiado estrechos para un gran cilindro de aire de circuito abierto. Antes de que se desarrollaran los SCBA de circuito abierto, la mayoría de los equipos de respiración industriales eran rebreathers, como el Siebe Gorman Proto, Siebe Gorman Savox o Siebe Gorman Salvus. Un ejemplo de SCBA con rebreather moderno sería el SEFA.

Circuito abierto

Los equipos de respiración industrial de circuito abierto se llenan con aire comprimido filtrado. Los sistemas típicos de circuito abierto tienen reguladores de dos etapas. La primera etapa reduce la presión de la presión de almacenamiento de hasta más de 300 bar a aproximadamente 10 bar para el suministro a la segunda etapa en la máscara, que la reduce aún más a un poco más de la presión atmosférica a través de una válvula de demanda cuando la presión cae por inhalación. Una máscara de presión positiva tiene la válvula de demanda configurada para cerrarse cuando la presión dentro de la máscara está ligeramente por encima de la presión ambiental externa, de modo que cuando la máscara se quita de la cara o tiene fugas alrededor del faldón, la válvula de demanda fluirá libremente.

Un SCBA de rescate o extinción de incendios de circuito abierto tiene una máscara facial completa, también llamada pieza facial, un regulador de demanda, un cilindro de aire, un manómetro (a veces con un dispositivo PASS integrado) y un arnés con hombro ajustable Tirantes y cinturón que permite llevarlo en la espalda. El cilindro de aire suele ser de 4 litros, 6 litros o 6,8 litros, pero también hay otros tamaños disponibles.{cn|date=March 2021}} La resistencia del cilindro se puede calcular a partir del volumen, la presión y la frecuencia respiratoria del usuario. La fórmula: volumen (en litros) × presión (en bares) / 40 (litros por minuto) - 10 minutos (los 10 minutos son un margen de seguridad, o reserva), por lo que una botella de 6 litros, de 300 bar, son 6 × 300 / 40 - 10 = 35 minutos de duración de trabajo. El estado físico y el nivel de esfuerzo del usuario afectan la frecuencia respiratoria y provocan variaciones en el tiempo de uso real del SCBA.

Los cilindros de aire están hechos de aluminio, acero o de una construcción compuesta (generalmente envueltos en vidrio o fibra de carbono). Los cilindros compuestos son los más livianos y, por lo tanto, son los preferidos por los departamentos de bomberos (Reino Unido: servicios de bomberos y rescate anteriormente llamados cuerpos de bomberos), pero también tienen la vida útil más corta y deben retirarse de servicio después de 15 años. Los cilindros de aire deben probarse hidrostáticamente cada 5 años. Durante operaciones prolongadas, los cilindros de aire vacíos pueden reemplazarse rápidamente por otros nuevos y luego rellenarse desde tanques más grandes en un sistema de almacenamiento en cascada o desde un compresor de aire llevado a la escena.

Presión positiva frente a negativa

Open circuit SCBAs use either "positive pressure or#34; or "negative pressure#34; operation.

Un sistema de presión negativa depende de que la presión interna de la máscara caiga por debajo de la presión ambiental para activar el flujo. si la máscara no sella perfectamente, se producirá una fuga de gas ambiental en la máscara, lo que puede ser un problema con humos y vapores tóxicos o irritantes.

Un sistema de presión positiva presuriza ligeramente el interior de la máscara y activa el flujo cuando se reduce la diferencia de presión, pero todavía ligeramente por encima de la temperatura ambiente. Si la máscara tiene fugas, habrá un flujo continuo para mantener la presión y no es posible que haya fugas hacia el interior. Con un buen ajuste, ahorra gasolina y evita la contaminación. Si la máscara se cae, el regulador gastará gas continuamente tratando de aumentar la presión y puede consumir una cantidad significativa de gas antes de que se corrija.

Aunque el rendimiento de ambos tipos de SCBA puede ser similar en condiciones óptimas, este "a prueba de fallas" comportamiento hace que un SCBA de presión positiva sea preferible para la mayoría de las aplicaciones. Como generalmente no hay penalización por el uso de aire al proporcionar presión positiva, el tipo de presión negativa es, en la mayoría de los casos, una configuración obsoleta y solo se ve con equipos más antiguos. Sin embargo, algunos usuarios se niegan a utilizar esta tecnología ya que, en caso de daño o pérdida de la pieza facial, el aire se liberará sin control. La tasa de fuga puede ser tan alta que un SCBA completamente cargado se drena en menos de tres minutos, un problema que no ocurre con los sistemas SCBA de presión negativa, que simplemente permitirán que el usuario respire el aire contaminado que se filtra hacia la pieza facial en lugar de el aire del cilindro.

Máscaras

Las máscaras faciales completas de los equipos de respiración diseñados para usar fuera del agua a veces se diseñan de una manera que los hace inadecuados para el buceo, aunque algunos pueden permitir una inmersión de emergencia muy superficial:

• El sello en el borde de la máscara es un tubo ancho con paredes finas y flexibles que corren alrededor del borde de la máscara, lleno de aire a presión atmosférica. En la superficie empuja contra los bordes de la cara del usuario, causando un sellado apretado a pesar de pequeñas variaciones en la forma de la cabeza. A más de unos pocos pies de presión de profundidad (bajo el agua o en un caisson) este tubo colapsa, destruyendo el sello y haciendo la fuga de la máscara.
• Ventana curvada que subacuáticamente distorsionaría severamente la imagen por refracción.

La máscara puede tener una ventana grande o lentes oculares pequeños.

The mask might have a small oronasal breathing mask inside, reducing breathing dead space.

La máscara también puede incorporar un comunicador de radio bidireccional.

Algunos de los primeros rebreathers industriales (p. ej., el Siebe Gorman Proto) tenían una boquilla y un clip nasal adjunto en lugar de una máscara.

Uso

Hay dos áreas de aplicación principales para SCBA: extinción de incendios y uso industrial. Un tercer uso que ahora se está poniendo en práctica es el médico; por ejemplo, los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos prescriben el uso de SCBA para el personal médico durante el tratamiento del ébola.

Para combatir incendios, el énfasis del diseño está en la resistencia al calor y las llamas por encima del costo. Los SCBA diseñados para la extinción de incendios tienden a ser costosos debido a los materiales exóticos que se utilizan para brindar resistencia a las llamas y, en menor medida, para reducir la penalización de peso del bombero. Además, los SCBA modernos para extinción de incendios incorporan un dispositivo PASS (sistema de seguridad de alerta personal) o una ADSU (unidad automática de señales de socorro) en su diseño. Estas unidades emiten tonos de alarma distintivos y agudos para ayudar a localizar a los bomberos en peligro al activarse automáticamente si no se detecta movimiento durante un cierto período de tiempo (normalmente entre 15 y 30 segundos), y también permiten la activación manual en caso de necesidad. En el uso de extinción de incendios, el diseño de este equipo de respiración no debe interferir con la capacidad de llevar a una persona rescatada sobre los hombros del bombero.

La otra aplicación principal es para usuarios industriales de varios tipos. Históricamente, la minería fue un área importante, y en Europa esto todavía se refleja en las limitaciones de uso en la construcción de SCBA de metales que pueden provocar chispas. Otros usuarios importantes son las industrias petroquímica, química y nuclear. El énfasis del diseño para los usuarios industriales depende de la aplicación precisa y se extiende desde el extremo inferior, que es crítico desde el punto de vista económico, hasta los entornos más severos donde el SCBA es una parte de un entorno de protección integrado que incluye trajes herméticos a gases para la protección de todo el cuerpo y facilidad de descontaminación. Los usuarios industriales a menudo recibirán aire a través de una línea de aire y solo llevarán aire comprimido con fines de escape o descontaminación.

Efecto de la temperatura sobre la presión

La presión de gas indicada por el manómetro cambia con la temperatura ambiente. A medida que disminuye la temperatura, disminuye la presión dentro del cilindro. La relación entre la temperatura y la presión de un gas se define mediante la fórmula PV = nRT. (Consulte la constante universal de los gases). La temperatura es absoluta, con referencia al cero absoluto y puede estar en grados Kelvin o Rankine. El cambio absoluto de temperatura de 32 a 96 °F (0 a 36 °C) es por un factor de 1,13 (308,71 K/273,15 K). Si un cilindro de aire se presuriza a 4500 psi a 96 °F y luego la temperatura desciende a 32 °F, el manómetro indicará 4000 psi (4500/1,13). Dicho de otra manera, una caída de temperatura de 10 °F (5,5 °C) provoca una disminución de la presión de aproximadamente 82 psi (565 kPa). Si no se tiene en cuenta con precisión el efecto de la temperatura en las lecturas de presión, los cilindros de aire pueden llenarse insuficientemente, lo que a su vez podría provocar que un bombero se quede sin aire prematuramente.

Regulación y estándares

En los Estados Unidos y Canadá, los SCBA utilizados en la extinción de incendios deben cumplir con las pautas establecidas por la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, Norma NFPA 1981. Si un SCBA está etiquetado como "cumple con NFPA 1981", está diseñado para extinción de incendios La versión actual de la norma se publicó en 2018. Estas normas se revisan cada cinco años. De manera similar, el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) tiene un programa de certificación para SCBA que están destinados a ser utilizados en entornos químicos, biológicos, radiológicos y nucleares (QBRN).

Cualquier SCBA suministrado para su uso en Europa debe cumplir con los requisitos de la Directiva de equipos de protección personal (89/686/EEC). En la práctica, esto generalmente significa que el SCBA debe cumplir con los requisitos de la norma europea EN 137:2006. Esto incluye requisitos detallados para el desempeño del SCBA, el marcado requerido y la información que debe proporcionarse al usuario. Se reconocen dos clases de SCBA, Tipo 1 para uso industrial y Tipo 2 para extinción de incendios. Se habrá verificado que cualquier SCBA que cumpla con este estándar funcione de manera confiable y proteja al usuario de -30 °C a +60 °C en una amplia gama de condiciones operativas simuladas severas.

Ejemplos

La Marina Real Australiana utiliza el aparato de respiración de aire comprimido de circuito abierto (OCCABA), un aparato de respiración de presión positiva estilo mochila, para funciones de extinción de incendios.