¿Cómo funcionan los submarinos?
TECNOLOGÍA.
Los submarinos son una de las maravillas de la ingeniería moderna, capaces de sumergirse a profundidades extremas en el océano y operar en un entorno donde la presión del agua es letal para los humanos.
Estas increíbles máquinas han sido fundamentales tanto en exploraciones científicas como en aplicaciones militares. ¿Cómo es posible que un submarino pueda sumergirse en las profundidades del océano y regresar a la superficie?.
1. Principio de Flotabilidad: La Clave del Movimiento Vertical.
El principio básico detrás del funcionamiento de un submarino es la flotabilidad, que se rige por la Ley de Arquímedes. Según esta ley, un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido desplazado por el objeto. En el caso de los submarinos, controlar la flotabilidad es esencial para sumergirse y emerger.
Los submarinos están equipados con tanques de lastre, que se llenan de aire o agua según sea necesario. Cuando un submarino necesita sumergirse, los tanques de lastre se llenan de agua, lo que aumenta el peso del submarino y hace que pierda flotabilidad, hundiéndose en el agua. Para emerger, el agua en los tanques se expulsa mediante aire comprimido, reduciendo el peso del submarino y aumentando su flotabilidad, lo que le permite subir a la superficie.
2. El Control de Profundidad: La Función de los Planos de Inmersión.
Además de los tanques de lastre, los submarinos están equipados con planos de inmersión (similares a alas submarinas) que ayudan a controlar el movimiento hacia arriba y hacia abajo. Estos planos se inclinan para dirigir el flujo del agua cuando el submarino está en movimiento, permitiendo un control más preciso de la profundidad.
Cuando el submarino se desplaza hacia adelante, los planos se ajustan para que el flujo de agua a través de ellos genere una fuerza hacia arriba o hacia abajo, similar al control que tienen los aviones en el aire. Esta técnica permite que el submarino mantenga una profundidad constante o se ajuste gradualmente, en lugar de realizar cambios bruscos.
3. Propulsión Submarina: Motores que Operan Bajo el Agua.
Uno de los retos más grandes de operar un submarino es la necesidad de un sistema de propulsión eficiente que funcione tanto en la superficie como bajo el agua. Los submarinos utilizan varios tipos de sistemas de propulsión, dependiendo de su diseño y propósito. Los submarinos diésel-eléctricos y los submarinos nucleares son los más comunes.
- Submarinos diésel-eléctricos: Estos submarinos operan con motores diésel en la superficie para cargar sus baterías eléctricas, las cuales alimentan motores eléctricos que impulsan el submarino bajo el agua. Si bien son efectivos y más económicos que los submarinos nucleares, tienen una limitación importante: su autonomía es menor, ya que deben regresar a la superficie o utilizar un snorkel para recargar las baterías con los motores diésel.
- Submarinos nucleares: Utilizan un reactor nuclear que calienta el agua para generar vapor y así mover turbinas que propulsan al submarino. A diferencia de los submarinos diésel, los submarinos nucleares pueden operar bajo el agua durante períodos prolongados sin necesidad de emerger, lo que les da una ventaja estratégica considerable.
4. La Resistencia a la Presión: Diseño Estructural.
A medida que un submarino se adentra en las profundidades del océano, la presión externa aumenta considerablemente. La estructura del submarino está diseñada para soportar estas condiciones extremas. Los submarinos tienen una cápsula de presión interna, que es una estructura resistente construida con materiales como acero de alta resistencia o titanio, que protege a la tripulación y los equipos de las intensas presiones del agua.
El diseño de los submarinos está optimizado para soportar la presión externa sin comprometer la integridad del casco, mientras que en su interior se mantiene una presión atmosférica estable para el confort de la tripulación. A mayores profundidades, la presión puede alcanzar niveles que destrozarían cualquier objeto no diseñado adecuadamente, por lo que los submarinos tienen límites de profundidad que no deben superar.
5. Sistemas de Navegación y Sensores: Ojos y Oídos Bajo el Agua.
Navegar bajo el agua es un desafío, ya que los submarinos no pueden depender de sistemas GPS ni de la observación directa para moverse. En lugar de eso, utilizan sofisticados sistemas de sonar (Sound Navigation and Ranging), que emiten ondas sonoras que rebotan en los objetos para determinar su distancia y ubicación. El sonar pasivo también permite a los submarinos "escuchar" sonidos en el entorno para detectar otras embarcaciones o elementos en el agua.
Además del sonar, los submarinos cuentan con giroscopios y acelerómetros para medir su orientación y velocidad. La combinación de estos sistemas de sensores permite que los submarinos naveguen con precisión incluso en las profundidades más oscuras y remotas.
6. Oxígeno y Vida a Bordo: Mantener a la Tripulación con Vida.
Otro desafío clave es cómo los submarinos mantienen a su tripulación con vida durante largas inmersiones. Los submarinos modernos están equipados con sistemas de generación de oxígeno, que utilizan procesos químicos o de electrólisis para producir oxígeno a partir del agua de mar. También cuentan con sistemas que eliminan el dióxido de carbono y otros gases tóxicos del aire dentro del submarino.
Los submarinos nucleares, debido a su capacidad para estar sumergidos durante semanas o meses, deben ser autosuficientes en la generación de aire respirable, suministro de agua dulce (desalinizada a bordo), y la gestión de desechos.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings