Sino de Mergulho: Cápsula de Transferência Pessoal Avançada para Trabalho Subaquático Seguro

Contexto

Mergulhadores comerciais que realizam construção subaquática ou salvamento frequentemente usam um sino de mergulho para transporte ao local subaquático. O uso de um sino de mergulho (também conhecido como Cápsula de Transferência Pessoal, PTC) e uma câmara de pressão estende o tempo que um mergulhador pode permanecer submerso com segurança. Sinos de mergulho eram conhecidos desde o século IV a.C., quando observados pelo filósofo grego Aristóteles. Sinos mais sofisticados foram concebidos no século XVII. Sinos modernos para mergulho comercial foram desenvolvidos após a Segunda Guerra Mundial, com o surgimento da indústria petrolífera offshore.

Mergulho comercial (mergulho remunerado) divide-se em dois tipos principais: mergulho orientado à superfície e mergulho de saturação. No mergulho orientado à superfície, mergulhadores com capacetes trabalham submersos, conectados a aparelho respiratório em terra ou a bordo de navio, barcaça ou plataforma. Tipicamente trabalham em duplas, um submerso e outro na superfície cuidando mangueiras e equipamentos. Mergulhadores orientados à superfície podem trabalhar com segurança em profundidades até 91,5 m, mas só podem passar tempo limitado submersos. Efeitos da pressão da água podem levar à doença descompressiva. Sob pressão, nitrogênio acumula-se nos tecidos do mergulhador, bloqueando artérias e veias. Se o mergulhador sobe muito rápido, nitrogênio forma bolhas nos tecidos, semelhante a garrafa de refrigerante borbulhando ao ser aberta. Bolhas de gás nos tecidos causam dor, paralisia ou morte. Após mergulho profundo, o mergulhador precisa descomprimir gradualmente, retornando muito lentamente à pressão de superfície para evitar doença descompressiva. Tempo de descompressão relaciona-se à profundidade e duração do mergulho. Com mergulho profundo de apenas uma hora, tempo de descompressão pode levar dias. Mergulho orientado à superfície é prático apenas para pequenos trabalhos.

O segundo tipo, mergulho de saturação, é mais útil para projetos de construção em grande escala. No mergulho de saturação, mergulhadores usam câmara pressurizada, às vezes conhecida como Sistema de Mergulho Profundo (DDS), acoplada a um sino de mergulho. Câmara e sino começam a bordo de navio. Equipe de mergulhadores embarca na câmara, que é então mecanicamente pressurizada para simular ambiente na profundidade do mergulho planejado. A câmara é ambiente de vida completo – equipada com camas, chuveiro e móveis – e pode acomodar equipe de mergulhadores por semanas. Quando mergulhadores estão aclimatados, saem da câmara por túnel de acoplamento e entram no sino de mergulho, também pressurizado. Guindaste ergue o sino do navio e o baixa ao local subaquático. Uma vez no local, um mergulhador sai do sino em traje e capacete de mergulho e começa a trabalhar. O outro mergulhador permanece no sino e cuida das mangueiras e equipamentos do primeiro. Após intervalo de talvez duas horas, eles trocam. Trabalhando a partir do sino, mergulhadores podem fazer jornada de oito horas submersos. Então são levados à superfície no sino, entram na câmara de pressão e trocam com próximo turno de mergulhadores. Quando todo trabalho é concluído, a equipe descomprime na câmara de pressão. Embora tenham submergido múltiplas vezes, a equipe só precisa descomprimir uma vez.

História

Um balde ou barril baixado verticalmente na água, extremidade aberta para baixo, aprisiona ar dentro. Aristóteles escreveu sobre mergulhadores usando caldeirões cheios de ar para respirar submerso. Alexandre, o Grande, teria ido ao mar em um sino de mergulho – reputadamente um barril de vidro branco – em 332 a.C. Diz-se que ficou submerso por dias, embora isso não seja plausível. Existem várias referências a sinos de mergulho na Idade Média. Em 1531, um italiano, Guglielmo de Lorena, fez um sino de mergulho funcional que usou para recuperar navios romanos afundados no fundo de um lago. Outros sinos foram inventados e usados em vários lugares na Europa, principalmente para resgatar tesouros. O precursor do sino de mergulho moderno foi inventado pelo inglês Edmund Halley, mais conhecido pelo cometa que leva seu nome. Em 1690, Halley construiu um sino de mergulho que usava tubos de couro e barris revestidos de chumbo para fornecer ar fresco submerso. Seu sino era um cone de madeira, extremidade aberta, pesado com chumbo e equipado com janela de vidro. Dentro, Halley pendurou plataforma para mergulhador descansar e contração de barris pesados. Barris eram fixados de modo que, quando o mergulhador os puxava para dentro do sino, pressão da água de baixo forçava liberação de ar fresco no sino. Ajudantes na superfície reabasteciam barris com ar fresco. Halley e equipe de mergulhadores conseguiram permanecer submersos a profundidade de cerca de 18,3 m por até hora e meia usando seu sino.

Outros duplicaram conquista de Halley, mas design não foi significativamente melhorado até 1788. Nesse ano, engenheiro escocês John Smeaton fez sino de mergulho que usava bomba em seu teto para forçar ar fresco para dentro. Sino de Smeaton foi usado por mergulhadores em reparos de pontes subaquáticas. Variedade de equipamentos de mergulho foi inventada no século XIX, levando a capacetes de mergulho funcionais conectados por mangueiras a suprimento de ar na superfície. Esse equipamento tendia a ser pesado e volumoso, feito com centenas de quilos de metal para suportar pressão de água profunda. Trabalhadores em túneis e pontes desciam em grandes sinos de ferro fundido ou câmaras semelhantes a elevadores chamadas caissons. Como pouco se sabia sobre perigos da pressão, muitos adoeceram e morreram do que era chamado doença de caisson, agora conhecida como doença descompressiva.

Base para futuro mergulho comercial foi lançada após Segunda Guerra Mundial. Mergulhador suíço Hannes Keller usou sino de mergulho em 1962 para atingir profundidade de 300 m. Seu sino estava em pressão ligeiramente superior à do local de mergulho. Keller respirou mistura de hélio Um sino de Halley. e oxigênio através de mangueiras ligadas a máquina no sino. Mostrou que sino de mergulho podia ser valiosa estação de passagem para mergulhador profundo, fornecendo não apenas gás respirável, mas também eletricidade, dispositivos de comunicação e água quente para aquecer traje de mergulho.

Mergulho de saturação tornou-se possível graças ao trabalho do Dr. George Bond, diretor do Centro Médico Submarino da Marinha dos EUA em meados dos anos 1950. Seus experimentos mostraram que tecido do mergulhador saturava com nitrogênio após certo tempo de exposição. Após ponto de saturação atingido, duração do mergulho era irrelevante. Mergulhador podia permanecer sob pressão por semanas ou meses. Tempo necessário para descompressão seria o mesmo, seja o mergulhador permanecesse no ponto de saturação por uma hora ou uma semana. Experimentos de Bond levaram ao desenvolvimento de Sistemas de Mergulho Profundo. Estes foram usados frequentemente por trabalhadores da indústria petrolífera nos anos 1970 e 1980, quando plataformas de perfuração offshore em águas profundas floresceram.

A Batisfera e a Batiscafo

Dois importantes sinos de mergulho modernos foram a batisfera e a batiscafo. Eram embarcações de mergulho profundo feitas para observação científica. Batisfera foi construída por William Beebe, zoólogo americano, e engenheiro Otis Barton em 1930. Beebe, fascinado com vida subaquática, concebeu a máquina de mergulho, e Barton conseguiu projetá-la. Ideia de Barton era fazer câmara perfeitamente redonda para distribuir uniformemente pressão da água. Foi fabricada de aço fundido pouco mais de 2,5 cm de espessura e 1,5 m de diâmetro. Batisfera pesava enormes 2.449 kg, quase pesada demais para guindaste disponível. Beebe e Barton fizeram múltiplos mergulhos nas Bermudas na batisfera, atingindo profundidade de 900 m em 1932. Devido à grande resistência da esfera, mergulhadores foram protegidos da pressão, mas batisfera provou-se desajeitada e potencialmente arriscada. Foi abandonada em 1934.

Década depois, pai e filho suíços, Auguste e Jacques Piccard, projetaram embarcação semelhante chamada batiscafo. Batiscafo resistia aos efeitos da pressão, como batisfera, com câmara esférica de aço pesado. Câmara pendia sob grande recipiente leve cheio de gasolina. Liberação de válvulas de ar permitia batiscafo perder flutuabilidade e afundar ao fundo do oceano por próprio poder. Para subir, operadores liberavam lastro de ferro, fazendo embarcação subir lentamente. Primeira batiscafo foi construída em 1946, mas danificada irreparavelmente em 1948. Máquina melhorada desceu a 4.000 m em 1954. Piccards construíram outra batiscafo, chamada Trieste, em 1953. Marinha dos EUA comprou Trieste em 1958. Jacques e tenente da Marinha Donald Walsh atingiram profundidade recorde de 10.916 m na Fossa das Marianas no Pacífico em 1960.

Matérias-Primas

Sinos de mergulho modernos são feitos de aço de alta resistência, grão fino. Janelas são construídas de acrílico fundido de grau especial projetado para vasos de pressão. Sino também precisa de reforço externo de alumínio grosso para protegê-lo de choques. Sino é pintado com tinta epóxi marítima de alta qualidade. Especificações de aço e alumínio variam dependendo da profundidade esperada da embarcação.

Design

Sinos de mergulho são construídos sob medida conforme especificações do cliente. Cliente aborda fabricante com esboço do que é necessário. Dependendo das necessidades, esboço especificará formato do sino, número mínimo de ocupantes, número de janelas e quaisquer necessidades especiais, como racks para equipamentos. Fabricante analisa plano do cliente e então elabora design final.

Fabricação e design de sinos de mergulho são realizados sob regulamentos específicos fornecidos pela Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME). ASME tem subseção regulando o que geralmente são chamados Vasos de Pressão para Ocupação Humana, ou PVHOs. PVHOs incluem sinos de mergulho, bem como embarcações submersíveis, câmaras de descompressão, recompressão, câmaras de alta altitude e outros. ASME estabelece padrões rigorosos para todos aspectos dos sinos de mergulho, do design através de fabricação e testes. Fabricantes e subcontratados devem seguir diretrizes ASME passo a passo durante processo de fabricação para receber carimbo ASME no sino finalizado.

O Processo de Fabricação

Fabricação do Sino

• 1 Corpo do sino é formado de aço forte, grão fino. Chapa de aço laminada é colocada em esteira e enviada através de serra automatizada que corta chapa em tampa, fundo e laterais do sino.
• 2 Seções são enviadas a oficina de solda certificada para este tipo de construção. Cada seção é soldada manualmente. Soldas devem resistir a alta pressão e ser absolutamente estanques. Oficina de solda segue diretrizes da ASME.
• 3 Janelas de acrílico fundido, feitas por subcontratado ou pelo fabricante do sino, são encaixadas no lugar.

Inspeção e Testes

• 4 Após seções soldadas, sino é inspecionado. Pode passar por vários testes, desde inspeção visual das soldas a varreduras ultrassônicas. Após esses testes vem o "teste de prova". Sino é enchido com água e pressurizado por uma hora a uma vez e meia a pressão para qual foi construído. Ou seja, se sino foi projetado para suportar pressão a 183 m (282 psi), fabricante o submete a pressões a 274,3 m (415 psi). Sino deve suportar facilmente teste de prova. Foi projetado para suportar pressão quatro vezes sua pressão de uso geral, como precaução de segurança.

Pintura e Acabamento

• 5 Em seguida, sino é pintado. Pulverizadores mecânicos revestem sino com tinta epóxi marítima de alta qualidade que suporta uso rudo submerso.
• 6 Então interior do sino é finalizado. Sino abrigará variedade de dispositivos como aquecedor, instrumentos, luzes, removedor de dióxido de carbono e ventiladores. Suportes para esses dispositivos são aparafusados dentro do sino. Tubulações e caixas de fiação também são aparafusadas no lugar. Sino não está pronto para uso até que todo equipamento esteja no lugar.

Certificação

• 7 Se sino passa em todos testes e inspeções, é carimbado com selo ASME. Significa que foi construído de acordo com padrões ASME, e presume-se seguro para ocupação humana. Sino individual também recebe certificado registrando onde foi construído, quando e por quem. Outros registros também são mantidos, como origem do aço usado no corpo.
• 8 Fabricante entrega sino como embarcação "bruta". Cliente então o equipa com toda maquinaria necessária como dispositivos de rastreamento, câmeras e transmissores de rádio.

Controle de Qualidade

Controle de qualidade é extremamente importante para embarcação usada em trabalho subaquático inerentemente perigoso. Controle de qualidade está embutido no processo de fabricação de sinos de mergulho, porque fabricantes seguem padrões da ASME. Não apenas sino é testado após construção, mas até design preliminar foi realizado de forma que satisfaça regras ASME. Autoridade regulatória geral sobre mergulho, incluindo Uma Cápsula de Transferência Pessoal (PTC) moderna. mergulho comercial, nos EUA é a Guarda Costeira.

O Futuro

Marinha dos EUA também testa vários equipamentos de mergulho para uso próprio. Mantém Unidade Experimental de Mergulho que testa equipamentos existentes e experimenta tecnologia de ponta. Unidade Experimental também emprega médicos e pesquisadores que investigam efeitos fisiológicos do mergulho. Parte dessa pesquisa pode levar a regulamentos afetando mergulhadores comerciais. Isso por sua vez pode afetar procedimentos de segurança e testes de controle de qualidade para sinos de mergulho e outros aparelhos.

Mergulhadores comerciais dependem de sinos de mergulho diariamente para transporte entre câmara pressurizada e local em alto mar. Desenvolvimento de mergulho de saturação levou a maneira muito mais eficiente de realizar trabalho subaquático extensivo, porque mergulhadores só precisam descomprimir uma vez no final do trabalho. Alguma pesquisa atual, porém, investiga maneiras de fazer sem descompressão. Alguns pesquisadores investigaram possibilidade de equipar mergulhadores com brânquias artificiais, permitindo respirar oxigênio diretamente da água. Outra possível nova tecnologia é respiração líquida. Em alta pressão, se pulmões forem preenchidos com líquido portador de oxigênio, teoricamente podem continuar funcionando. Hipoteticamente, mergulhador autônomo poderia respirar fluorocarbono oxigenado de tanque portátil. Isso permitiria mergulhar mais fundo sem uso de câmara de pressão e sino de mergulho. Outra via de investigação é descompressão biológica. Bactéria especial no corpo poderia metabolizar gases presos nos tecidos que causam doença descompressiva. Isso eliminaria necessidade de descompressão em câmara. Se qualquer dessas tecnologias tornar-se viável para mergulhadores comerciais, sistema existente de câmara de pressão e sino de mergulho pode alterar.

Onde Saber Mais

Livros

Beebe, William. Half Mile Down. Nova York: Dull, Sloan and Pearce, 1951.

Parker, Torrance R. 20,000 Jobs Under the Sea: A History of Diving and Underwater Engineering. Palos Verdes Peninsula, CA: Sub-Sea Archives, 1997.

Piccard, Jacques, and Robert S. Dietz. Seven Miles Down: The Story of the Bathyscaph Trieste. Nova York: G. P. Putnam's Sons, 1961.

Periódicos

Bachrach, Arthur J. "The History of the Diving Bell." Historical Diving Times (Primavera 1998).

Outros

Diving Heritage Page. Junho 2001. https://www.divingheritage.com.

Angela Woodward