Física del buceo: presión, leyes de los gases y flotabilidad explicadas

La física del buceo explica por qué te duelen los oídos al descender, por qué gastas más aire a 30 metros que a 10 y por qué no puedes subir a toda velocidad. Se reduce a un puñado de leyes sobre presión, gases y flotabilidad que debes dominar, no para aprobar un examen, sino para bucear con seguridad. Aquí las tienes con ejemplos numéricos reales.

En resumen

• La presión absoluta aumenta 1 bar cada 10 metros de agua de mar: 2 bar a 10 m, 4 bar a 30 m, 5 bar a 40 m.
• Boyle-Mariotte: si la presión se duplica, el volumen de un gas se reduce a la mitad. Es la ley detrás de los barotraumas y del consumo de aire.
• Dalton: la presión parcial de cada gas crece con la profundidad. La PpO2 máxima de planificación es 1,4 bar.
• Henry: el nitrógeno se disuelve en los tejidos con la presión y debe salir despacio. Esa es la razón de ser de la descompresión.
• Arquímedes: flotas, te hundes o te quedas suspendido según la relación entre tu peso y el volumen de agua que desplazas.
• El agua conduce el calor unas 25 veces más rápido que el aire y hace que veas los objetos un 33 % más grandes.

¿Qué es la presión absoluta en el buceo?

En la superficie, la atmósfera ya ejerce presión sobre tu cuerpo: aproximadamente 1 bar al nivel del mar, lo que los manuales clásicos llaman 1 ATA (atmósfera absoluta), equivalente a 14,7 psi o 760 mmHg. Esa es la presión atmosférica.

Al sumergirte se le suma el peso de la columna de agua que tienes encima: la presión hidrostática. Como el agua es unas 800 veces más densa que el aire, crece muy rápido: 1 bar adicional por cada 10 metros de agua de mar.

La suma de ambas es la presión absoluta, la que realmente siente tu cuerpo y la que usan todas las leyes siguientes. La fórmula es sencilla:

Presión absoluta (bar) = profundidad (m) / 10 + 1

Conviene tener grabados los valores que coinciden con los límites de los niveles CMAS (1★ hasta 20 m, 2★ hasta 30 m, 3★ hasta 40 m):

• A 10 m: 10/10 + 1 = 2 bar. La presión se ha duplicado.
• A 20 m: 3 bar.
• A 30 m: 30/10 + 1 = 4 bar.
• A 40 m: 40/10 + 1 = 5 bar, el límite del buceo recreativo con aire.

Fíjate en que el mayor cambio proporcional ocurre en los primeros 10 metros, donde la presión se duplica; entre 30 y 40 metros solo aumenta un 25 %. Por eso la zona menos profunda es la más delicada para oídos, máscara y pulmones, y por eso la última parte del ascenso debe ser la más lenta.

Ley de Boyle-Mariotte: por qué el aire se comprime y se expande

La ley de Boyle-Mariotte dice que, a temperatura constante, el volumen de una masa de gas es inversamente proporcional a la presión absoluta que soporta: P1 × V1 = P2 × V2. Si la presión se duplica, el volumen se reduce a la mitad.

Imagina un globo de 6 litros (aproximadamente la capacidad pulmonar de un adulto) que llevas desde la superficie hacia el fondo:

Profundidad	Presión absoluta	Volumen del gas	Densidad del gas
0 m	1 bar	6 l (1)	1×
10 m	2 bar	3 l (1/2)	2×
20 m	3 bar	2 l (1/3)	3×
30 m	4 bar	1,5 l (1/4)	4×
40 m	5 bar	1,2 l (1/5)	5×

La columna de densidad importa tanto como la de volumen. Como el regulador te entrega aire a la presión ambiente, cada inspiración a 30 metros contiene cuatro veces más moléculas que en superficie. Tu botella (tank) se vacía cuatro veces más rápido: esa es la razón física de que la autonomía se reduzca tanto en las inmersiones profundas.

Barotraumas: cuando una cavidad no iguala la presión

Los tejidos de tu cuerpo son en su mayoría agua y no se comprimen. El problema está en las cavidades con gas: oído medio, senos paranasales, pulmones y la máscara. Si la presión interior no se iguala con la exterior, se produce un barotrauma (barotrauma). En el descenso, si no compensas los oídos a través de la trompa de Eustaquio, el tímpano se deforma hacia dentro, duele y puede romperse; si un seno está obstruido por un resfriado, sentirás dolor punzante en la frente o los pómulos; y si no exhalas un poco de aire por la nariz dentro de la máscara, esta actúa como una ventosa sobre el rostro.

Sobreexpansión pulmonar: el barotrauma más grave

El caso inverso ocurre en el ascenso. Si un buceador con regulador retiene el aire mientras sube, ese aire se expande: los 1,5 litros que tenía a 30 metros querrían convertirse en 6 en la superficie. Los alvéolos se rompen y el resultado puede ser un neumotórax, un enfisema o, en el peor caso, una embolia gaseosa arterial. Basta un ascenso de dos o tres metros en aguas poco profundas para provocarlo. La regla no admite excepciones: nunca contengas la respiración durante un ascenso con escafandra. Respira de forma continua y sube a un máximo de 9 metros por minuto.

Ley de Dalton: presiones parciales, oxígeno y narcosis

El aire que respiras es una mezcla: aproximadamente un 21 % de oxígeno y un 79 % de nitrógeno. La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla es la suma de las presiones parciales (partial pressures) de cada gas, y que cada presión parcial se calcula multiplicando la fracción del gas por la presión absoluta:

Pp gas = fracción del gas × presión absoluta

Con aire, los números quedan así:

• En superficie (1 bar): PpO2 = 0,21 bar; PpN2 = 0,79 bar.
• A 10 m (2 bar): PpO2 = 0,42 bar; PpN2 = 1,58 bar.
• A 30 m (4 bar): PpO2 = 0,84 bar; PpN2 = 3,16 bar.
• A 40 m (5 bar): PpO2 = 1,05 bar; PpN2 = 3,95 bar.

La proporción no cambia, pero la cantidad de cada gas que llega a tus tejidos sí, con dos consecuencias directas.

La primera es la toxicidad del oxígeno. Por encima de cierta presión parcial, el oxígeno daña el sistema nervioso central y puede provocar convulsiones bajo el agua. Por eso los estándares CMAS fijan una PpO2 máxima de planificación de 1,4 bar y un límite de contingencia de 1,6 bar. Con aire no llegas ahí en el rango recreativo, pero con mezclas enriquecidas sí: es la base del cálculo de profundidad máxima operativa que verás en buceo con Nitrox.

La segunda es la narcosis por nitrógeno (nitrogen narcosis). Con una PpN2 elevada, típicamente desde los 30 metros, el nitrógeno produce un efecto anestésico parecido a la embriaguez: euforia, lentitud de razonamiento, exceso de confianza. Desaparece al ascender y no deja secuelas, pero es una de las razones por las que el buceo con aire se limita a 40 metros.

Ley de Henry: por qué existe la descompresión

La ley de Henry dice que, a temperatura constante, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión parcial de ese gas sobre el líquido. Piensa en una botella de refresco: el gas se mantiene disuelto mientras está cerrada y a presión, y burbujea en cuanto la abres.

Tu cuerpo funciona igual. En superficie, tus tejidos están en equilibrio con una PpN2 de 0,79 bar. Al descender, la presión parcial del nitrógeno en los pulmones sube (3,16 bar a 30 metros) y el gas pasa a la sangre y de ahí a los tejidos. Es la saturación (saturation), un proceso gradual: cuanto más tiempo y más profundo, más nitrógeno acumulas.

Al ascender ocurre lo contrario: la presión baja y el nitrógeno disuelto vuelve a la sangre para eliminarse por los pulmones. Si el ascenso es controlado, a un máximo de 9 m/min y con una parada de seguridad de 3 minutos entre 3 y 5 metros, el gas sale de forma ordenada. Si es demasiado rápido, forma burbujas en los tejidos y la sangre, como el refresco agitado, y aparece la enfermedad descompresiva.

Esa es la razón de ser de las tablas de buceo y los ordenadores: calculan cuánto nitrógeno has absorbido y cuánto tiempo puedes permanecer a cada profundidad sin paradas obligatorias. El nitrógeno no se consume, pero se acumula, y hay que darle tiempo para salir.

Ley de Charles y Gay-Lussac: temperatura y presión en la botella

La ley de Charles y Gay-Lussac relaciona la temperatura con el volumen y la presión: a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (P1/T1 = P2/T2).

Tu botella es un recipiente de volumen fijo, así que la ley se traduce en algo muy concreto. Si la cargas a 200 bar en un local fresco y la dejas bajo el sol de la playa, el aire se calienta y la presión sube, con riesgo para la válvula y el disco de seguridad. Al contrario, si se carga caliente (el compresor calienta el gas) y te sumerges en agua fría, el manómetro marcará varios bares menos: no has perdido aire, solo se ha enfriado. Por eso se carga despacio, se deja enfriar antes de rematar la carga y nunca se dejan botellas llenas al sol directo.

Principio de Arquímedes: flotabilidad positiva, negativa y neutra

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de fluido que desaloja. Comparando ese empuje con el peso del cuerpo aparecen los tres estados de flotabilidad:

• Flotabilidad positiva (positive buoyancy): el empuje supera al peso y el cuerpo flota. Es lo que quieres en superficie mientras esperas al barco.
• Flotabilidad negativa (negative buoyancy): el peso supera al empuje y el cuerpo se hunde. Útil para descender o para trabajar en el fondo.
• Flotabilidad neutra (neutral buoyancy): empuje y peso se igualan y el cuerpo queda suspendido. Es el estado ideal durante toda la inmersión y la habilidad central del buceo.

El agua de mar es más densa que la dulce, así que en el mar flotas más y necesitas más lastre para el mismo equipo; en un lago, con ese mismo lastre, irás claramente negativo.

Aquí vuelve Boyle-Mariotte. El neopreno está lleno de microburbujas de gas que le dan flotabilidad. Al descender se comprimen, el traje pierde volumen y por tanto empuje: a 30 metros un traje de 7 mm flota mucho menos que en superficie. Lo mismo le ocurre al aire del chaleco. Por eso, según bajas, añades aire al chaleco, y según subes, lo purgas; si no, el aire que se expande te acelera hacia arriba en un ascenso descontrolado.

El lastre se calcula para compensar la flotabilidad del traje y del cuerpo, no para hundirte: un buceador bien lastrado, con el chaleco vacío y la botella casi agotada, queda neutro en la parada de seguridad. En apnea el criterio es distinto: se lastra para estar neutro alrededor de los 10 metros, de modo que la última parte del ascenso sea siempre positiva. En control de flotabilidad tienes el método paso a paso para ajustar lastre y respiración.

Luz y sonido bajo el agua: por qué todo se ve más grande y azul

La luz cambia de velocidad al pasar del agua al aire de tu máscara, y ese cambio provoca refracción (refraction): los objetos parecen alrededor de un 33 % más grandes y un 25 % más cercanos de lo que están. Es la razón de que ese pez “enorme” encoja en la foto y de que los principiantes fallen al agarrar el cabo de descenso.

El agua también absorbe la luz de forma selectiva. Los colores de mayor longitud de onda desaparecen primero: el rojo se pierde entre los 5 y los 10 metros, el naranja poco después, el amarillo hacia los 20, y a partir de ahí todo se ve en tonos de verde y azul. Por eso una herida bajo el agua parece sangrar verde y los fotógrafos usan flash para recuperar los colores reales.

El sonido, en cambio, viaja mucho mejor en el agua: a unos 1.500 metros por segundo frente a unos 340 m/s en el aire, más de cuatro veces más rápido. Lo oyes casi todo (el motor de un barco, el golpeteo de tu compañero en la botella), pero tu cerebro no consigue localizar de dónde viene, porque la diferencia de tiempo con que llega a cada oído es demasiado pequeña. Cuando escuches una hélice, no confíes en tu sentido de la dirección: mira hacia arriba y sube con la boya desplegada.

Pérdida de calor: por qué te enfrías aunque el agua esté a 25 °C

El agua conduce el calor unas 25 veces más rápido que el aire. En agua a 25 °C, una temperatura en la que estarías cómodo al aire libre, tu cuerpo pierde calor a un ritmo que, con el tiempo, termina en hipotermia. A ello se suma que el aire seco y frío de la botella también extrae calor con cada inspiración.

De ahí que el traje sea equipo de protección, no un accesorio. El neopreno aísla gracias a sus burbujas de gas, aunque, como ya sabes por Boyle-Mariotte, ese aislamiento se reduce con la profundidad; el traje seco lo resuelve manteniendo una capa de aire y ropa térmica entre el agua y la piel. En cualquier caso, los primeros síntomas de frío (temblores, dedos torpes) son motivo suficiente para terminar la inmersión.

Sigue leyendo

Si quieres profundizar, estos artículos desarrollan puntos concretos de esta guía:

• la ley de Boyle aplicada al buceo, con la tabla de volúmenes metro a metro.
• la ley de Dalton y las presiones parciales, que explican la toxicidad del oxígeno y la narcosis.
• el cálculo de tu consumo de aire, para saber cuánto te dura de verdad una botella.

Siguiente paso: de la teoría al agua

Toda esta física se estudia en el primer nivel de formación, y merece la pena leerla con calma antes del examen: el manual de buceo 1 estrella desarrolla cada ley con ejercicios resueltos y las tablas oficiales. Si todavía no te has certificado, un curso de buceo CMAS es donde estas leyes dejan de ser fórmulas y se convierten en sensaciones: la presión en los oídos a 3 metros, el neopreno que se aplasta a 20 y el aire que se expande en el chaleco al subir.

Para seguir con la teoría, continúa con las tablas de buceo y descompresión, que aplican la ley de Henry a la planificación real; con el control de flotabilidad, que convierte a Arquímedes en técnica; y con la enfermedad descompresiva, para entender qué ocurre cuando la física no se respeta.

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