Los submarinos, maravillas de la ingeniería naval, son máquinas sumergibles que han revolucionado la guerra y la exploración marina. Hablamos de los intrincados mecanismos que permiten a los submarinos operar bajo el agua y explorar las profundidades marinas.
Tabla de Contenido
1 – ¿Cómo Funcionan los Submarinos?
Los submarinos son unos dispositivos tecnológicos increíbles. Las mejoras e innovaciones en este tipo de aparatos no solo permiten a los marineros navegar por la superficie y por debajo del agua, sino incluso poder vivir durante meses o años sumergidos sin tener que salir fuera del agua.
Se puede decir que el submarino es uno de los dispositivos en desarrollo más brillantes en la historia militar. ¿Cómo funciona un submarino y qué necesita para realizar sus funciones?
Un submarino o barco pueden flotar debido a que el peso del agua que desplazan, es igual al peso de la nave. Este desplazamiento de agua crea una fuerza hacia arriba que actúa en oposición a la gravedad, la cual arrastraría a la nave hacia abajo. Para poder controlar esto, el submarino tiene varios tanques que puede ser alternativamente llenados de agua o aire.
Cuando el submarino está en la superficie, los tanques son llenados de aire y la densidad general del submarino es menor que el agua que le rodea. Según el submarino va navegando, los tanques son llenados de agua y el aire es expulsado de los tanques hasta que la densidad general es mayor que el agua que les rodea, y es cuando el submarino comienza a hundirse. Un suministro de aire comprimido es mantenido abordo para poder respirar y ser usado con los tanques de nuevo.
Aparte de esto, el submarino tiene partes móviles en forma de “alas” llamados hidroplanos, que ayudan controlar el ángulo de la navegación. Los hidroplanos están posicionados para que el agua se pueda desplazar por la popa (la parte trasera), lo que fuerza a la popa hacia arriba, por lo que el submarino está posicionado hacia abajo.
Los submarinos operan mediante:
- Casco Resistente al Agua: Construido para soportar la presión del agua en las profundidades.
- Sistemas de Flotación y Lastre: Controlan la profundidad del submarino al ajustar la cantidad de agua en tanques de lastre.
- Propulsión: Motores eléctricos o diésel/eléctricos que permiten la navegación silenciosa bajo el agua.
Para mantener el nivel del submarino a cualquier profundidad, el submarino mantiene un equilibrio de aire y agua en los tanques, por lo que la densidad general es igual a las aguas que le rodean.
Cuando el submarino llega a la profundidad deseada, los hidroplanos son nivelados para que el submarino navegue a ese nivel por el agua. Aparte de esto, el agua es también forzada en los tanques para mantener es nivel de profundidad. Algunos submarinos están equipados con un segundo motor de propulsión para ayudar en la navegación normal.
Cuando el submarino sube a la superficie, el aire comprimido fluye por unos conductos dentro de los tanques, y el agua es forzada fuera del submarino hasta que la densidad es menor que el agua de su entorno. De esta manera, el submarino emerge.
Los hidroplanos son posicionados por lo que toda la estructura mira hacia arriba. En caso de una emergencia, los tanques pueden ser llenados rápidamente con aire presurizado para que el submarino se eleve a la superficie de forma muy rápida.
2 – Problemas típicos de los submarinos
Hay tres problemas principales cuando se trata del entorno cerrado del submarino y como mantener vivos a los ocupantes que están dentro: Mantener la calidad del aire, mantener un suministro de agua potable y mantener la temperatura.
El aire que respiramos está compuesto de cuatro gases, que son nitrógeno, oxígeno, argón y dióxido de carbono. Cuando respiramos, nuestro cuerpo consume el oxígeno y lo convierte en dióxido de carbono.
El aire exhalado contiene casi un 5 por ciento de dióxido de carbono. Nuestros cuerpos no hacen nada con el argón o el nitrógeno. Un submarino es como un contenedor sellado que contiene personas y un suministro limitado de aire. Tienen que ocurrir tres cosas para tener un submarino en el que se pueda respirar:
- El oxígeno debe ser repuesto según se está consumiendo. Si el porcentaje de oxígeno en el aire baja mucho, la persona se puede sofocar.
- El dióxido de carbono debe ser retirado del aire. Según la concentración de dióxido de carbono sube, se convierte en una toxina.
- La humedad que exhalamos en nuestra respiración también debe ser retirada.
El oxígeno es suministrado de los tanques presurizados o de un generador de oxígeno (el cual puede formar oxígeno de la electrolisis del agua). El oxígeno es liberado de forma continuada por un sistema informatizado que verifica el porcentaje de oxígeno en el aire.
Otras reacciones similares pueden realizar la misma tarea. La humedad puede ser eliminada con un deshumidificador o mediante productos químicos. Esto previene que se condense en las paredes y el equipamiento de la nave.
3 – Equipos de refrigeración
La mayoría de los submarinos tiene un equipo que puede convertir el agua de mar en agua potable. Este equipo de destilación caliente el agua de mar para producir agua evaporada, lo cual retira la sal. Entonces el agua de vapor es enfriada en un tanque para tal fin. La planta de destilación en algunos submarinos puede producir hasta 150 mil litros de agua potable al día.
El agua es utilizada principalmente para refrigerar los equipos electrónicos (ordenadores y equipo de navegación) y para mantener a la tripulación (beber, cocinar e higiene personal). Por otro lado, mantener la temperatura es importante ya que la temperatura en el océano es de unos 5 grados.
El metal del submarino conduce el calor interno hacia las aguas que le rodean, por lo que el submarino debe ser calentado eléctricamente para mantener una temperatura adecuada para la tripulación. La energía eléctrica proviene de un reactor nuclear, un motor diesel o de baterías.
Los submarinos nucleares usan reactores nucleares, turbinas de vapor y mecanismos de reducción para mover la hélice, lo cual provee del la fuerza para avanzar y retroceder en el agua. Los submarinos también necesitan energía eléctrica para poner en marcha el equipamiento de a bordo.
Para suministrar esta energía, los submarinos están equipados con motores diesel que queman combustible, o reactores nucleares que usan la fisión nuclear.
También tienen baterías para suministrar energía eléctrica, las cuales se cargan con algunos de los métodos anteriores. En casos de emergencia, las baterías pueden ser la única fuente de electricidad en el submarino. Un submarino diesel es un buen ejemplo de vehículo híbrido.
La mayoría de submarinos de este tipo tienen dos o más motores diesel., y pueden hacer mover las hélices o pueden hacer funcionar generadores que recargan un gran número de baterías. También pueden trabajar en combinación con un motor de hélice o con otro generador.
Para que los motores diesel puedan ser utilizados, el submarino debe estar en la superficie (o por lo menos tener un tubo que sobresalga del agua mientras navega por debajo de la superficie). Una vez que las baterías están totalmente cargadas, el submarino puede sumergirse.
Las baterías alimentan motores eléctricos que mueven las hélices. La operatividad con baterías es la única manera que un submarino diesel puede sumergirse. Los límites en la tecnología de baterías acortan el tiempo que uno de estos submarinos puede estar bajo el agua.
Debido a estas limitaciones, se ha probado que la energía nuclear provee de unos mayores beneficios Los generadores nucleares no necesitan oxígeno, por lo que un submarino nuclear puede estar bajo el agua durante semanas sin tener que emerger.
Otra ventaja es que al ser la energía nuclear más duradera que el método con motores diesel, no tiene que salir a la superficie o reponer combustible yendo a puerto, y por tanto estar más tiempo navegando por el mar.
5 – Los reactores
Los submarinos nucleares son potenciados por reactores que se asemejan mucho a los reactores que se pueden encontrar en una central nuclear.
Estos reactores producen calor para generar vapor, el cual es llevado a una turbina. La turbina en la nave directamente hace funcionar las hélices, al igual que los generadores eléctricos. Las dos mayores diferencias entre los reactores comerciales y los reactores en una nave nuclear, son:
- El reactor en una nave nuclear es más pequeño.
- El reactor en una nave nuclear usa combustible altamente enriquecido para permitirlo entregar una gran cantidad de energía de un reactor pequeño.
La luz no penetra muy dentro del océano, por lo que los submarinos tienen que navegar a través del agua virtualmente a ciegas. Sin embargo, los submarinos están equipados con paneles de navegación y equipamiento muy sofisticado para poder navegar sin problemas.
Cuando está en la superficie, un sistema GPS determina de forma precisa la latitud y la longitud, pero este sistema no funciona si el submarino está sumergido. Debajo del agua, el submarino usa un sistema de guía inercial que hace un seguimiento del movimiento de la nave desde un punto de comienzo usando giroscopios.
Este tipo de sistema es preciso durante un número de horas y debe ser vuelto a realinear con otros sistemas de navegación, como pueden ser satélites, GPS, radares o radio. Con este sistema, un submarino puede navegar por debajo del agua sin tener que preocuparse de chocar con algo.
Para localizar un objetivo, un submarino usa un sonar activo y pasivo, que es básicamente un sistema de navegación por sonido. Los sonar activos emiten pulsos de sonido que viajar por el agua, se reflejan en el objetivo y vuelven a la nave.
Conociendo la velocidad del sonido en el agua y el tiempo que tarda la onda de sonido en ir y volver desde el objetivo, los ordenadores pueden calcular rápidamente la distancia entre el submarino y dicho objetivo. Algunos animales como las ballenas, delfines y murciélagos usan la misma técnica. Los sonar pasivos escucha los sonidos que genera el objetivo.
7 – ¿Cómo Funcionan los Submarinos Respecto a la Profundidad?
Los submarinos controlan su profundidad ajustando el lastre y la flotación. Para sumergirse, se llena de agua el tanque de lastre; para emerger, se expulsa el agua.
Operar bajo el agua implica:
- Navegación Silenciosa: Motores eléctricos para evitar ser detectados.
- Sistemas de Sonar: Para detectar y rastrear objetivos submarinos y superficiales.
8 – Preguntas Frecuentes
¿Cómo se Impulsa un Submarino?
La propulsión submarina se logra con:
Motores Eléctricos: Para la navegación silenciosa.
Motores Diésel/Eléctricos: Utilizados en la superficie o en recarga de baterías.
Propulsión Nuclear: Alimentada por reactores nucleares para largas travesías.
¿Cómo se Controla un Submarino?
La navegación y control se llevan a cabo mediante:
Timones y Placas de Inmersión: Controlan la dirección y la profundidad.
Computadoras de Navegación: Coordinan la posición y los sistemas.
¿Qué Combustible Alimenta a un Submarino?
Los submarinos pueden ser:
Diésel: Utilizan combustible diésel en la superficie.
Nucleares: Funcionan con energía nuclear para misiones de larga duración.
Los submarinos, con su capacidad para navegar silenciosamente bajo el agua, desempeñan un papel crucial en la defensa y la exploración. Comprender cómo funcionan proporciona una visión fascinante de estas máquinas submarinas.
