عمق الهواء المكافئ

يُعدّ عمق الهواء المكافئ (EAD) طريقة لتقريب متطلبات تخفيف الضغط لخلائط غازات التنفس التي تحتوي على النيتروجين والأكسجين بنسب مختلفة عن تلك الموجودة في الهواء، والمعروفة باسم نيتروكس . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

يُعرَّف عمق الهواء المكافئ، لمزيج نيتروكس معين وعمق محدد، بأنه عمق الغوص عند تنفس هواء له نفس الضغط الجزئي للنيتروجين. فعلى سبيل المثال، مزيج غازي يحتوي على 36% أكسجين (EAN36) يُستخدم على عمق 27 مترًا (89 قدمًا) يكون له عمق هواء مكافئ يبلغ 20 مترًا (66 قدمًا) .  

يمكن حساب عمق الهواء المكافئ للأعماق بالمتر كما يلي:

EAD = (العمق + 10) × (نسبة N ₂ / 0.79) − 10

وبالعودة إلى المثال السابق، بالنسبة لمزيج النيتروكس الذي يحتوي على 64% نيتروجين (EAN36) المستخدم على عمق 27 متراً، فإن EAD هو:

EAD = (27 + 10) × (0.64 / 0.79) − 10

EAD = 37 × 0.81 − 10

EAD = 30 − 10

EAD = 20 مترًا

لذا عند عمق 27 متراً في هذا المزيج، سيقوم الغواص بحساب متطلبات تخفيف الضغط كما لو كان على الهواء عند عمق 20 متراً.

يمكن حساب عمق الهواء المكافئ للأعماق بالقدم كما يلي:

EAD = (العمق + 33) × (نسبة N ₂ / 0.79) − 33

وبالعودة إلى المثال السابق، بالنسبة لمزيج نيتروكس يحتوي على 64% نيتروجين (EAN36) المستخدم على عمق 90 قدمًا، فإن EAD هو:

EAD = (90 + 33) × (0.64 / 0.79) − 33

EAD = 123 × 0.81 − 33

EAD = 100 − 33

EAD = 67 قدمًا

لذا، عند عمق 90 قدمًا في هذا المزيج، سيقوم الغواص بحساب متطلبات تخفيف الضغط كما لو كان على الهواء عند عمق 67 قدمًا.

بالنسبة لمزيج نيتروكس معين وعمق معين، فإن عمق الهواء المكافئ يعبر عن العمق النظري الذي من شأنه أن ينتج نفس الضغط الجزئي للنيتروجين إذا تم استخدام هواء عادي (79٪ نيتروجين) بدلاً من ذلك:

${\displaystyle ppN_{2}(nitrox,depth)=ppN_{2}(air,EAD)}$

وبالتالي، وفقًا لتعريف الضغط الجزئي:

${\displaystyle FN_{2}(nitrox)\cdot P_{depth}=FN_{2}(air)\cdot P_{EAD}}$

مع${\displaystyle FN_{2}}$معبراً عن نسبة النيتروجين و${\displaystyle P_{depth}}$التعبير عن الضغط عند العمق المحدد. حل المعادلة لإيجاد${\displaystyle P_{EAD}}$ثم ينتج عنه صيغة عامة:

${\displaystyle P_{EAD}={FN_{2}(nitrox) \over FN_{2}(air)}\cdot P_{depth}}$

في هذه الصيغة،${\displaystyle P_{EAD}\,}$و${\displaystyle P_{depth}\,}$هي ضغوط مطلقة. عمليًا، من الأسهل بكثير التعامل مع أعمدة مكافئة من عمق مياه البحر ، لأن العمق يمكن قراءته مباشرة من مقياس العمق أو كمبيوتر الغوص . وتخضع العلاقة بين الضغط والعمق لقانون باسكال .

${\displaystyle P_{depth}=P_{atmosphere}+\rho _{seawater}\cdot g\cdot h_{depth}\,}$

باستخدام نظام الوحدات الدولي للوحدات (SI) مع الضغوط المعبر عنها بالباسكال ، لدينا:

${\displaystyle P_{depth}(Pa)=P_{atmosphere}(Pa)+\rho _{seawater}\cdot g\cdot h_{depth}(m)\,}$

يؤدي التعبير عن الضغوط بوحدة الضغط الجوي إلى صيغة ملائمة (1 ضغط جوي ≡ 101325 باسكال):

${\displaystyle P_{depth}(atm)=1+{\frac {\rho _{seawater}\cdot g\cdot h_{depth}}{P_{atmosphere}(Pa)}}=1+{\frac {1027\cdot 9.8\cdot h_{depth}}{101325}}\ \approx 1+{\frac {h_{depth}(m)}{10}}}$

لتبسيط العمليات الجبرية، سنعرّف${\displaystyle {\frac {FN_{2}(nitrox)}{FN_{2}(air)}}=R}$بدمج الصيغة العامة وقانون باسكال، نحصل على:

${\displaystyle 1+{\frac {h_{EAD}}{10}}=R\cdot (1+{\frac {h_{depth}}{10}})}$

لهذا السبب.

${\displaystyle h_{EAD}=10\cdot (R+R\cdot {\frac {h_{depth}}{10}}-1)=R\cdot (h_{depth}+10)-10}$

منذ${\displaystyle h(ft)\approx 3.3\cdot h(m)\,}$، وتصبح الصيغة المكافئة للنظام الإمبراطوري

${\displaystyle h_{EAD}(ft)=3.3\cdot {\Bigl (}R\cdot ({\frac {h_{depth}(ft)}{3.3}}+10)-10{\Bigr )}=R\cdot (h_{depth}(ft)+33)-33}$

باستبدال R مرة أخرى، مع ملاحظة أن${\displaystyle FN_{2}(air)=0.79}$لدينا الصيغ الملموسة:

${\displaystyle h_{EAD}(m)={\frac {FN_{2}(nitrox)}{0.79}}\cdot (h_{depth}(m)+10)-10}$

${\displaystyle h_{EAD}(ft)={\frac {FN_{2}(nitrox)}{0.79}}\cdot (h_{depth}(ft)+33)-33}$

على الرغم من أن استخدام جداول الغوص بهذه الطريقة غير مُوصى به لجميع أنواعها، إلا أن جداول بوهلمان مناسبة لهذا النوع من الحسابات. عند عمق 27 مترًا، يسمح جدول بوهلمان لعام 1986 (للارتفاعات من 0 إلى 700  متر) بالبقاء في القاع لمدة 20 دقيقة دون الحاجة إلى التوقف للتخفيف من الضغط ، بينما عند عمق 20 مترًا، تبلغ مدة البقاء في القاع دون توقف 35 دقيقة. يُشير هذا إلى أن استخدام EAN36 للغوص على عمق 27 مترًا يُمكن أن يُحقق زيادة بنسبة 75% في مدة البقاء في القاع دون توقف مقارنةً باستخدام الهواء العادي عند نفس المستوى النظري لخطر الإصابة بأعراض مرض تخفيف الضغط.

استُخدمت جداول البحرية الأمريكية أيضاً مع عمق هواء مكافئ، مع تأثير مماثل. وتُعدّ الحسابات صالحة نظرياً لجميع نماذج تخفيف الضغط الهالدينية.