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La interesante ingeniería detrás de los submarinos

La interesante ingeniería detrás de los submarinos


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Por lo que indican los registros recientes, los humanos solo han estado explorando profundamente debajo de la superficie en los últimos cientos de años. Aunque existe una fuerte controversia sobre cuándo se fabricó el primer submarino, muchos le deben el título a Cornelis Drebbel, un inventor holandés aclamado por haber inventado el primer submarino navegable del mundo en 1620.

Desde entonces, los submarinos han mejorado en movilidad, fuerza y ​​sigilo, algunos de los cuales son capaces de permanecer sumergidos hastatres mesessubmarino.

Aquí está la interesante ingeniería de algunos de los submarinos más avanzados del mundo.

La interesante ingeniería de los submarinos

Solo unos pocos han descendido a la parte más profunda de los océanos del mundo llamada Fosa de las Marianas. De hecho, más personas han explorado la luna en comparación con aquellos que han conquistado el lugar más profundo de la Tierra considerado el Challenger Deep.

Las primeras personas en descender al fondo del Challenger Deep son los hidronautas Don Walsh y Jacques Piccard. El equipo hundió su sumergible, elBatiscafo Trieste, al fondo del océano en 1960.

El batiscafo de Trieste

El buque batiscafo se sumerge debajo de la superficie y está sostenido por un flotador de superficie, en lugar de una tripulación. Anteriormente, los sumergibles de aguas profundas propulsados ​​estaban sostenidos por un flotador que permanece en la superficie del agua. Su cabina es estrecha y pequeña, con espacio suficiente para una tripulación de dos personas. El resto del casco está ocupado por equipos científicos utilizados para investigar una de las regiones más hostiles del planeta, el fondo del océano.

Desde que los dos hidronautas exploraron el fondo de la fosa en 1960, solo un puñado de humanos ha regresado.

El Challenger Deep habla de uno de los desafíos más difíciles que enfrentan los ingenieros: presión y soporte vital.

Las altas presiones amenazan con desmoronar el casco de cualquier buque. Por cada 10 metros de agua que desciende, la presión aumenta en toda una atmósfera. Esa es la misma cantidad de presión experimentada en la superficie de un objeto desde todo el peso de la atmósfera desde el nivel del mar, hasta los confines del espacio. En el fondo del Challenger Deep, la presión supera 1000 atmósferas (casi 15000 PSI).

Solo los pequeños vasos esféricos pueden resistir las intensas presiones en el fondo del océano. Los submarinos tripulados tienden a no hundirse más de un kilómetro por debajo de la superficie del agua. Los submarinos modernos pueden operar de forma independiente y apoyar a una tripulación durante semanas. Los submarinos nucleares más avanzados pueden operar de forma independiente y suministrar a la tripulación sistemas de soporte vital durante meses.

Hay muchos tipos de submarinos, algunos de los cuales son eléctricos, diésel o nucleares. Existe la idea errónea de que los motores diésel impulsan directamente las hélices de un submarino. Mucha gente se pregunta cómo un motor diesel podría funcionar bajo el agua con suficiente oxígeno para él y la tripulación, mientras que de alguna manera también oculta el escape. Resolver el problema es una solución mucho más trivial, no usar el motor bajo el agua en absoluto.

Cómo las tripulaciones y los motores respiran bajo el agua

La solución para mantener un diesel con suficiente oxígeno es simple. Los submarinos de motor diesel son típicamente híbridos. El motor diesel generalmente alimenta un generador que alimenta una batería. Pero el motor solo se usa mientras el submarino está en la superficie. Cuando las baterías se agotan, el submarino reaparece y hace funcionar sus motores para alimentar su batería.

Llevar oxígeno a bordo es la solución sencilla. Cada vez que el submarino resurge, se bombean enormes botes llenos de aire. El sistema está bien para misiones de no más de un mes. Sin embargo, los gobiernos siempre están superando los límites de las capacidades navales. La mayoría de las veces, el sigilo es la consideración número uno.

Mientras está sumergido en el agua, el vehículo está oculto, en la superficie del agua, sin embargo, un submarino se convierte en un blanco fácil.

Por supuesto, el problema persiste: hacer emerger los submarinos y hacerlos vulnerables.

BrainStuff explica el proceso de respiración de los motores en los submarinos diésel.

Para los submarinos eléctricos y diesel, el problema del oxígeno aún persiste.

La solución existe, la electrólisis, el proceso de dividir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad. Desafortunadamente para los submarinos totalmente eléctricos y diesel, dividir el agua consume demasiada energía para su fuente de alimentación reservada. Los submarinos eléctricos y diésel simplemente no llevan suficiente energía a bordo para proporcionar suficiente oxígeno a la tripulación durante períodos prolongados. El proceso agota las baterías que impulsan el motor, obligando a la embarcación a salir a la superficie, frustrando el propósito por completo.

Electrólisis

La electrólisis suele estar reservada para los submarinos subnucleares más grandes y avanzados: los submarinos nucleares. El proceso funciona pasando una corriente eléctrica a través del agua. La electricidad proporciona la energía necesaria para dividir los enlaces de agua o H2O.

En un día típico, una persona consumirá alrededor de un kilogramo de oxígeno, junto con una mezcla de gases en su mayoría inertes. Los sistemas comerciales de electrólisis normalmente requieren aproximadamente 50 kilovatios-hora de energía para producir 1 kg de H2 y 8 kg de O2 a partir de 9 kg de agua. En lugar de agotar constantemente las baterías, los submarinos nucleares proporcionan una fuente constante de energía, suficiente para alimentar una ciudad pequeña.

El sistema suministra oxígeno más que suficiente, por cierto, se produce hidrógeno en el proceso. En funcionamiento normal, los submarinos nucleares dispersan el hidrógeno directamente en el agua. Sin embargo, durante las operaciones encubiertas, se utilizan métodos secretos para limpiar el hidrógeno del escape.

Dado que algunas armadas pueden detectar las liberaciones de hidrógeno en el agua, la mayoría de los métodos de fregado se mantienen en secreto. Aunque, es probable que los subs usen convertidores catalíticos para agregar hidrógeno a otro compuesto. Sin embargo, no es la única consideración sigilosa que los ingenieros de submarinos deben considerar.

Las tecnologías sigilosas de los submarinos

Los submarinos hacen mucho ruido a través de sus motores, hélices y funcionamiento general. El ruido provoca vibraciones que se transportan fácilmente a través del agua durante kilómetros y kilómetros. Cada parte de un submarino militar se construye teniendo en cuenta el sigilo. Cada parte vibrante se mantiene en su lugar con soportes de goma que amortiguan activamente la mayoría de las vibraciones. La técnica funciona bien en el exterior, aunque no es la única fuente de ruido en el barco.

Casi todos los submarinos son propulsados ​​por hélice. Cuando las hélices cortan el agua, producen ruido por un par de razones. Uno, las palas emiten vibraciones al cortar el aire, y dos, las palas crean burbujas de cavitación que colapsan, enviando más vibraciones a través del agua, además de dañar la propia cuchilla.

Las burbujas de cavitación se forman en el lado de succión de una hélice cuando la presión del agua cae por debajo de la presión de vapor del agua. Tan rápido como se producen las burbujas, desaparecen casi con la misma rapidez. La burbuja colapsa en la pala de la hélice, lo que hace que se desgasten y liberen ruido.

El ruido se detecta fácilmente, por lo tanto, es imperativo que los ingenieros submarinos diseñen palas supresoras de sonido que reduzcan la cavitación.

Los ingenieros de submarinos modifican la forma de la hélice para reducir la turbulencia y reducir el ruido general de las palas al atravesar el agua. A menudo, hay cuatro o más palas que fuerzan más agua a salir del camino mientras giran a velocidades más lentas. El resultado es una hélice que no necesita girar tan rápido para producir las mismas velocidades que las hélices con menos palas. Dado que las palas giran más lentamente, hay menos turbulencia y menos formación de burbujas de cavitación. A veces, se tallan arboledas especiales en las palas que guían aún más el agua con la menor perturbación posible, reduciendo una vez más la formación de cavitaciones.

El submarino también está optimizado para dirigir el agua a través de las palas, reduciendo la mayor cantidad de turbulencias posible. Si el diseño no es suficiente, a veces se instala un anillo o una jaula alrededor de la hélice que guía el agua de manera más lineal.

Otras tecnologías de supresión de sonido

Suprimir el ruido del propio submarino es un desafío. Pero desarrollar un submarino capaz de evadir el sonar enemigo presenta una situación diferente.

Sonar es un dispositivo que se utiliza para detectar objetos bajo el agua. Se emiten pulsos de sonido y un detector registra los pulsos que regresan. Al determinar el tiempo que tarda un pulso en regresar, se puede determinar fácilmente la distancia entre el detector y el objeto.

El enorme casco de los grandes submarinos no es sigiloso. Como un caparazón metálico, la superficie de un submarino refleja fácilmente los sonidos, haciéndolo muy visible para el radar enemigo. La solución para esconderse del radar proviene de una fuente poco probable: las burbujas.

Bajo el agua, las burbujas de aire absorben fácilmente el ruido. A medida que las ondas de sonido se propagan por el agua, se dispersan lentamente con el tiempo. La introducción de burbujas perturba el sonido, obligándolo a viajar de un medio a otro., absorbiendo un poco de energía con cada burbuja.

Las vibraciones sonoras entrantes chocan con las burbujas, obligando a la burbuja a vibrar o contraerse y expandirse. Las fluctuaciones hacen que el aire del interior se comprima, creando calor. Esencialmente, la energía del sonido se convierte del ruido en calor.

De manera contraria a la intuición, la producción de burbujas en realidad podría disfrazar la firma de sonido de un sub. Aunque es casi imposible absorber todos los sonidos, por eso se introdujeron los mosaicos anecoicos.

Azulejos con supresión de sonido

En las afueras de los submarinos modernos hay capas de baldosas anecoicas, un material de goma con miles de pequeños vacíos. El material continúa el efecto de las burbujas en el agua, sin necesidad de dispensar burbujas y revelar una posición.

El material absorbe activamente la sonda, mientras que los altavoces pueden reproducir tonos opuestos predecibles para cancelar algo de ruido. Juntos, los dos, junto con otras tecnologías, mantienen los submarinos ocultos en todo momento, tramando en los fondos del océano.

Las capacidades extremas de los ingenieros modernos son el resultado de cientos, si no miles de años de prueba y error. La interesante ingeniería de los submarinos mantiene a las tripulaciones vivas y bien escondidas en las condiciones más desafiantes. El espacio puede ser difícil, pero parece que el fondo del océano presenta el mayor desafío.

Escrito por Maverick Baker


Ver el vídeo: Detectan Actividad de ADN de 4 Hebras en Humanos (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Boethius

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