테크니컬 다이빙에서 사용하는 기체 계산법

 

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테크니컬 다이빙에서 많이 사용하는 기체 계산법입니다. 최대한 간단하게 설명하고 예제로 풀어서 이해하기 쉽도록 써 보았습니다.

바 (Bar)
 바(Bar)는 압력의 단위이며 다른 계산을 위해 기본적으로 알고 있어야 합니다. 특히 깊이에 따른 주위 압력을 어떻게 계산하는지 알아봅니다.
수면의 압력은 1 bar 이고 10미터마다 1기압(1 bar)씩 늘어나므로 수심에 따른 주위 압력을 바(bar)로 계산하려면 수심(미터)를 10으로 나눈 후 1을 더하면 됩니다.

바(Bar) = (수심(m) / 10) + 1

예)
0 미터 = (0 / 10) + 1 = 1 bar
3 미터= (3 / 10) + 1 = 1.3 bar
6 미터 = (6 / 10) + 1 = 1.6 bar
7 미터 = (7 / 10) + 1 = 1.7 bar
25 미터 = (25 / 10) + 1 = 3.5 bar
83 미터 = (83 / 10) + 1 = 9.3 bar

 반대로 바(bar) 단위를 수심(미터)로 계산하려면 1을 빼고 10을 곱해주면 됩니다.

수심(m) = (바(Bar) - 1) x 10

예)
1.5 bar = (1.5 - 1) x 10 = 5 미터
3.8 bar = (3.8 - 1) x 10 = 28 미터
7.3 bar = (7.3 - 1) x 10 = 63 미터
9.5 bar = (9.5 - 1) x 10 = 85 미터

부분압 (Partial pressure)
바(bar)를 계산할 줄 알면 부분압 계산도 쉬워집니다.
예를 들어 25미터 수심에서 나이트록스 32%의 산소 부분압(pO2)는 얼마일까요?
25미터는 3.5 bar 입니다. 3.5 bar에서 32%는 0.32 x 3.5 = 1.12 bar(pO2)가 답입니다.

 예1) 수심 29미터에서 나이트록스 36%의 산소 부분압은?
29 미터 = 3.9 bar
0.36 x 3.9 = 1.41 bar

 예2) 수심 50미터에서 에어(21%)의 산소 부분압은?
50미터 = 6 bar
0.21 x 6 = 1.26 bar

MOD (Maximum Operating Depth)
이번에는 MOD, 즉 최대 허용 수심을 계산 해 봅니다.

 수식으로 나타나면 위와 같으며 이해하기 쉽도록 아래 예제로 풀어봅니다.
 MOD를 계산하려면 최대 산소 부분압을 결정해야 하는데 일반적으로 1.2에서 1.6사이의 값을 사용합니다.
 이러한 pO2 값은 산소 중독(Oxygen Toxicity)와 관계가 있고 상황에 따라 달라질 수 있으므로 어떤값을 사용해야 하는지에 대해서는 여기서 언급하지 않겠습니다.

예1) 산소 부분압 최대 1.4 bar로 할 때 나이트록스 32%의 최대 허용 수심(MOD)은?
1.4 bar / 0.32 = 4.38 bar
(4.38 bar - 1) x 10 = 33.8 미터

예2) 산소 부분압 1.6 bar, 나이트록스 50%의 MOD(최대 허용 수심)?
1.6 / 0.50 = 3.2 bar
(3.2 bar - 1) x 10 = 22 미터

예3) 산소 부분압 1.3 bar, 나이트록스 36%의 MOD?
1.3 / 0.36 = 3.6 bar
(3.6 bar - 1 ) x 10 = 26 미터

EAD (Equivalent Air Depth)
EAD는 에어(21%) 다이빙과 동일한 수심을 의미하며 EAD를 알면 에어 다이빙 테이블을 이용하여 다이빙 계획을 세울 수 있습니다.

예1) 27미터에서 나이트록스 35%를 사용할 때의 EAD는?
27 미터는 3.7 bar입니다.
나이트록스 35%의 질소 함량은 65% 즉, 27미터에서 질소 부분압은 3.7 x 0.65 = 2.4 bar 입니다.
질소 부분압을 에어(21%)의 질소 함량(79%)으로 나눈 값이 EAD가 됩니다.
즉, 2.4 bar / 0.79 (공기의 질소%) = 3 bar.
3 bar를 수심으로 계산하면 (3 bar - 1) x 10 = 20 미터(EAD).
즉, 27미터에서 35% 나이트록스를 사용하면 에어(21%)로 20미터 다이빙하는 것과 동일하게 플랜을 세울 수 있습니다.

예2) 30미터에서 트라이믹스 21/35의 EAD는?
30미터는 4 bar.
트라이믹스 21/35의 질소 함량은 100 - 56 = 44%.
30미터에서 질소 부분압은 4 x 0.44 = 1.76 bar
1.76 / 0.79 = 2.23 bar
(2.23 - 1) x 10 = EAD 12미터

예3) 60미터에서 트라이믹스 18/45의 EAD는?
60미터 = 7 bar
트라이믹스 18/45의 질소 함량은 100 - 63 = 37%
60미터에서 질소 부분압은 7 x 0.37 = 2.59 bar
2.59 / 0.79 = 3.28 bar
(3.28 - 1) x 10 = EAD 22미터

END (Equivalent narcotic depth)
END는 트라이믹스 같은 기체를 사용할 때 질소 마취가 나타날 수 있는 수심을 예측하는데 사용합니다. 다음과 같은 식으로 계산 할 수 있습니다.

END = (수심 + 10) x (1 - 헬륨함량) - 10

예1-1) 20/40 트라이믹스 기체를 60미터에서 호흡할 때 END는?
(60 + 10) x (1 - 0.40) - 10 = 32
END 32 미터이며 다시 말해 에어로 32미터 다이빙 할 때와 마찬가지의 질소 마취를 느낄 수 있다는 계산입니다.

예1-2) 18/45 트라이믹스 기체를 75미터에서 사용할 때 END는?
(75 + 10) x (1 - 0.45) - 10 = END 36.7 미터

예1-3) 10/70 트라이믹스 기체를 90미터에서 사용할 때 END는?
(90 + 10) x (1 - 0.7) - 10 = END 20미터

* 여기까지의 END 계산 방법은 산소도 마취 효과에 역할을 한다는 전재하에 계산 방법이며 더 보수적인 계산 방법이라고 할 수 있습니다. 만약 질소만 마취의 역할을 하는 것으로 할 때의 END 계산 방법은 다음과 같습니다.

END = pN2 / 0.79

예2-1) 28/25 트라이믹스 기체, 42미터에서 END는?
42미터 = 5.2bar
5.2 x 0.47 = 2.45bar (pN2)
2.45 / 0.79 = 3.1bar = 21미터

예2-2) 18/45 트라이믹스 기체를 75미터에서 사용할 때 END는?
75미터 = 8.5bar
8.5 x 0.37 = 3.15bar
3.15 / 0.79  = 3.9bar = 29미터

SAC (Surface Air Consumption) / RMV (Respiratory Minute Volume)
SAC(수면 공기 소모량)와 RMV(분당 호흡량)을 기체 계획시에 꼭 필요한 값입니다.

예1) 10미터에서 10분동안 40큐빅(6리터) 실린더의 기체 40bar를 사용하였을 때 SAC/RMV는?
SAC(Metric) = (사용 bar x 10) / 수심(미터) + 10 / 시간(분)
40bar x 10 / 10미터 + 10 / 10분 = 2bar/분당 SAC
RMV = SAC x 실린더 크기(리터)
2bar x 6리터 = 12리터/분당 RMV

예2) RMV가 12리터 일 때 35미터에서 10분동안 필요한 기체의 양은?
수심(bar) x RMV x 시간(분) = 필요한 기체
4.5bar(35미터) x 12 x 10분 = 540리터

참고:
마지막으로 위의 계산들을 참고로 재호흡기의 경우를 생각 해 보았습니다.
만약 O2 셋포인트가 1.3 bar, 희석 기체는 트라이믹스 21/35이고 수심 40미터에 있을 때 어떤 일이 일어나고 있을까요?
21%의 산소, 35%의 헬륨이므로 나머지 44%가 질소입니다. 40미터는 5 bar 입니다.
재호흡기의 셋포인트 즉, 산소는 1.3 bar 이므로 나머지는 5 - 1.3 = 3.7 bar가 남습니다.
희석 기체의 헬륨과 질소 비율이 35:44 이므로 둘을 더하면 79가 됩니다.
즉, 질소의 부분압은 3.7 / 79 x 44 = 2.06 bar가 되고 헬륨은 3.7 / 79 x 35 = 1.64 bar가 됩니다.
다시 말해 재호흡기가 제대로 작동하고 있다면 40미터에서 산소 1.3 bar, 헬륨 1.64bar, 질소 2.06bar를 호흡하고 있다는 계산이 됩니다.
EAD = 2.06 / 0.79 = 2.61 = EAD 16미터
END = (40 + 10) x (1 - 0.35) - 10 = END 22미터

수정할 것, 틀린 내용, 더 좋은 예가 있으면 알려주세요.

* 주의 : 이글의 내용을 바탕으로 잘못된 기체 계산 또는 사용으로 인한 그 어떤 결과에도 글쓴이는 책임이 없음을 알립니다. 다이빙 기체의 올바른 사용과 계산은 그에 맞는 교육을 받아야 합니다.

 

 

 

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