Cómo Funcionan Los Submarinos

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Los submarinos son esencialmente contenedores que albergan personas y aire. Aprende cómo estos extraordinarios barcos bucean, emergen y maniobran a través del océano.

Los submarinos son increíbles piezas de tecnología. No hace mucho tiempo, una fuerza naval trabajó completamente sobre el agua; con la adición del s-ubmarine al arsenal naval estándar, el mundo debajo de la superficie también se convirtió en un campo de batalla.

Galería de imágenes submarinas

Las adaptaciones e inventos que permiten a los marineros no solo pelear una batalla, sino también vivir durante meses o incluso años bajo el agua son algunos de los desarrollos más brillantes de la historia militar.

En este artículo, verá cómo un submarino se sumerge y emerge en el agua, cómo se mantiene el soporte de vida, cómo obtiene su poder el submarino, cómo encuentra un submarino su camino en las profundidades del océano y cómo podrían rescatarse los submarinos.

Buceo y emergencias

Cómo funcionan los submarinos: funcionan

-Un submarino o un barco puede flotar porque el peso del agua que desplaza es igual al peso del barco. Este desplazamiento del agua crea una fuerza ascendente llamada fuerza de flotación y actúa de manera opuesta a la gravedad, lo que tiraría a la nave hacia abajo. A diferencia de un barco, un submarino puede controlar su flotabilidad, lo que le permite hundirse y emerger a voluntad.

Para controlar su flotabilidad, el submarino tiene tanques de lastre y auxiliar, o tanques de ajuste, que puede llenarse alternativamente con agua o aire (vea la animación a continuación). Cuando el submarino está en la superficie, los tanques de lastre se llenan de aire y la densidad general del submarino es menor que la del agua circundante. A medida que el submarino se sumerge, los tanques de lastre se inundan con agua y el aire en los tanques de lastre se ventila desde el submarino hasta que su densidad total es mayor que el agua circundante y el submarino comienza a hundirse (flotabilidad negativa). Se mantiene un suministro de aire comprimido a bordo del submarino en matraces de aire para soporte vital y para uso con los tanques de lastre. Además, el submarino tiene juegos móviles de "alas" cortas llamadas hidroaviones en la popa (espalda) que ayudan a controlar el ángulo de la inmersión. Los hidroaviones están inclinados de manera que el agua se desplaza sobre la popa, lo que empuja la popa hacia arriba; por lo tanto, el submarino está inclinado hacia abajo.

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Flotabilidad en un submarino. Haga clic en la superficie y sumergir

Flotabilidad en un submarino. Haga clic en la superficie y sumergir

Botones para ver la flotabilidad en acción.

Para mantener el nivel del submarino a cualquier profundidad establecida, el submarino mantiene un equilibrio de aire y agua en los tanques de compensación para que su densidad total sea igual al agua circundante (flotabilidad neutral). Cuando el submarino alcanza su profundidad de crucero, los hidroaviones se nivelan para que el submarino viaje a nivel a través del agua. El agua también se fuerza entre los tanques de proa y popa para mantener el subnivel. El submarino puede conducir en el agua usando el timón de la cola para girar a estribor (derecha) o puerto (izquierda) y los hidroaviones para controlar el ángulo de proa del popa. Además, algunos submarinos están equipados con un retráctil. motor de propulsión secundario Que puede girar 360 grados.

Cuando el submarino sale a la superficie, el aire comprimido fluye desde los matraces de aire hacia los tanques de lastre y el agua es expulsada del submarino hasta que su densidad total es menor que el agua circundante (flotabilidad positiva) y el submarino se eleva. Los hidroaviones están inclinados de manera que el agua se desplaza hacia arriba sobre la popa, lo que fuerza a la popa hacia abajo; por lo tanto, el submarino está en ángulo hacia arriba. En una emergencia, los tanques de lastre se pueden llenar rápidamente con aire a alta presión para llevar el submarino a la superficie muy rápidamente.

Soporte vital

Hay tres problemas principales de soporte vital en el entorno cerrado de los submarinos:

  • Manteniendo la calidad del aire.
  • Mantener un suministro de agua dulce.
  • Mantener la temperatura

Mantener la calidad del aire

El aire que respiramos se compone de cantidades significativas de cuatro gases:

  • Nitrógeno (78 por ciento)
  • Oxigeno (21 por ciento)
  • Argón (0.94 por ciento)
  • Dióxido de carbono (0.04 por ciento)

Cuando respiramos aire, nuestros cuerpos consumen su oxígeno y lo convierten en dióxido de carbono. El aire exhalado contiene aproximadamente un 4,5 por ciento de dióxido de carbono. Nuestros cuerpos no hacen nada con nitrógeno o argón. Un submarino es un contenedor sellado que contiene personas y un suministro limitado de aire. Hay tres cosas que deben suceder para mantener el aire en un submarino transpirable:

  • El oxígeno tiene que reponerse a medida que se consume. Si el porcentaje de oxígeno en el aire cae demasiado bajo, una persona se ahoga.
  • El dióxido de carbono debe eliminarse del aire. A medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono, se convierte en una toxina.
  • La humedad que exhalamos en nuestra respiración debe ser eliminada.

El oxígeno se suministra desde tanques presurizados, un generador de oxígeno (que puede formar oxígeno a partir de la electrólisis del agua) o algún tipo de "recipiente de oxígeno" que libera oxígeno mediante una reacción química muy caliente. (Es posible que recuerde estos recipientes debido a sus problemas en la estación espacial MIR; consulte esta página para obtener más información). El oxígeno es liberado continuamente por un sistema computarizado que detecta el porcentaje de oxígeno en el aire, o se libera en lotes periódicamente durante el día.

El dióxido de carbono se puede eliminar del aire químicamente usando cal sodada (hidróxido de sodio e hidróxido de calcio) en dispositivos llamados depuradores. El dióxido de carbono queda atrapado en la cal sodada por una reacción química y se elimina del aire. Otras reacciones similares pueden lograr el mismo objetivo.

La humedad se puede eliminar con un deshumidificador o con productos químicos.Esto evita que se condense en las paredes y el equipo dentro del barco.

Además, otros gases como el monóxido de carbono o el hidrógeno, que son generados por el equipo y el humo del cigarrillo, pueden ser eliminados por los quemadores. Finalmente, los filtros se utilizan para eliminar partículas, suciedad y polvo del aire.

Mantener un suministro de agua dulce

La mayoría de los submarinos tienen un aparato de destilación que puede absorber agua de mar y producir agua dulce. La planta de destilación calienta el agua de mar en vapor de agua, lo que elimina las sales, y luego enfría el vapor de agua en un tanque de recolección de agua dulce. La planta de destilación de algunos submarinos puede producir entre 10.000 y 40.000 galones (38.000 - 150.000 litros) de agua dulce por día. Esta agua se utiliza principalmente para enfriar equipos electrónicos (como computadoras y equipos de navegación) y para apoyar a la tripulación (por ejemplo, beber, cocinar e higiene personal).

Mantener la temperatura

La temperatura del océano que rodea el submarino es típicamente de 39 grados Fahrenheit (4 grados Celsius). El metal del submarino conduce el calor interno al agua circundante. Por lo tanto, los submarinos deben calentarse eléctricamente para mantener una temperatura agradable para la tripulación. La energía eléctrica para los calentadores proviene del reactor nuclear, el motor diesel o las baterías (emergencia).

Fuente de alimentación

- Uso de submarinos nucleares. reactores nucleares, turbinas de vapor y reducción de ge-aring para accionar el eje de la hélice principal, que proporciona el empuje hacia adelante y hacia atrás en el agua (un motor eléctrico acciona el mismo eje cuando se acopla o en una emergencia).

Los submarinos también necesitan energía eléctrica para operar el equipo a bordo. Para suministrar esta energía, los submarinos están equipados con motores diésel que queman combustibles y / o reactores nucleares que utilizan fisión nuclear. Los submarinos también tienen baterías para suministrar energía eléctrica. El equipo eléctrico a menudo funciona con las baterías y la energía del motor diesel o del reactor nuclear se usa para cargar las baterías. En casos de emergencia, las baterías pueden ser la única fuente de energía eléctrica para hacer funcionar el submarino.

Un submarino diesel es un muy buen ejemplo de un vehículo híbrido. La mayoría de los submarinos diesel tienen dos o más motores diesel. Los motores diésel pueden hacer funcionar hélices o pueden hacer funcionar generadores que recargan un gran banco de baterías. O pueden trabajar en combinación, un motor impulsando una hélice y el otro conduciendo un generador. El submarino debe emerger (o navegar por debajo de la superficie con un tubo) para hacer funcionar los motores diesel. Una vez que las baterías están completamente cargadas, el submarino puede dirigirse bajo el agua. Las baterías alimentan motores eléctricos que impulsan las hélices. La operación con batería es la única forma en que un submarino diesel puede sumergirse. Los límites de la tecnología de la batería restringen severamente la cantidad de tiempo que un submarino diesel puede permanecer bajo el agua.

Debido a estas limitaciones de las baterías, se reconoció que la energía nuclear en un submarino proporcionaba un enorme beneficio. Los generadores nucleares no necesitan oxígeno, por lo que un submarino nuclear puede permanecer bajo el agua durante semanas a la vez. Además, debido a que el combustible nuclear dura mucho más tiempo que el diesel (años), un submarino nuclear no tiene que salir a la superficie ni a un puerto para reabastecerse de combustible y puede permanecer en el mar más tiempo.

Los submarinos nucleares y los portaaviones están alimentados por reactores nucleares que son casi idénticos a los reactores utilizados en las centrales eléctricas comerciales. El reactor produce calor para generar vapor para impulsar una turbina de vapor. La turbina en un barco acciona directamente las hélices, así como los generadores eléctricos. Las dos diferencias principales entre los reactores comerciales y los reactores en buques nucleares son:

  • El reactor en una nave nuclear es más pequeño.
  • El reactor en una nave nuclear utiliza combustible altamente enriquecido para permitirle entregar una gran cantidad de energía desde un reactor más pequeño.

Vea Cómo funciona la energía nuclear para obtener detalles sobre los sistemas de propulsión y energía nuclear.

Estación de sonar a bordo del submarino de ataque nuclear USS La Jolla

Estación de sonar a bordo del submarino de ataque nuclear USS La Jolla

-La luz no penetra muy lejos en el océano, por lo que los submarinos deben navegar a través del agua virtualmente ciegos. Sin embargo, los submarinos están equipados con cartas de navegación y sofisticados equipos de navegación. Cuando en la superficie, un sofisticado sistema de Posicionamiento Global (GPS) determina con precisión la latitud y la longitud, pero este sistema no puede funcionar cuando el submarino está sumergido. Bajo el agua, los usos del submarino. sistemas de orientación inercial (eléctrico, mecánico) que realiza un seguimiento del movimiento de la nave desde un punto de partida fijo mediante el uso de giroscopios. Los sistemas de guía inercial tienen una precisión de 150 horas de operación y deben ser realineados por otros sistemas de navegación dependientes de la superficie (GPS, radio, radar, satélite). Con estos sistemas a bordo, un submarino puede ser navegado con precisión y estar dentro de los cien pies de su rumbo previsto.

Para localizar un objetivo, un submarino usa activo y pasivo. SONAR (asi quey norteavigación unaDakota del Norte renojo). Sonar activo emite pulsos de ondas de sonido que viajan a través del agua, se reflejan en el objetivo y regresan a la nave. Al conocer la velocidad del sonido en el agua y el tiempo que tarda la onda de sonido en viajar hacia el objetivo y hacia atrás, las computadoras pueden calcular rápidamente la distancia entre el submarino y el objetivo. Las ballenas, los delfines y los murciélagos utilizan la misma técnica para localizar presas (ecolocación). Sonar pasivo Implica escuchar los sonidos generados por el objetivo. Los sistemas de sonar también se pueden usar para realinear los sistemas de navegación inercial identificando las características conocidas del fondo oceánico.

Rescate

DSRV asegurado a la cubierta de un submarino

DSRV asegurado a la cubierta de un submarino

-Cuando se cae un submarino debido a una colisión con algo (como otro barco, una pared del cañón o la mía) o una explosión a bordo, la tripulación emitirá una llamada de socorro o lanzará una boya que transmitirá una llamada de socorro y la del submarino. ubicación. Dependiendo de las circunstancias del desastre, los reactores nucleares se apagarán y el submarino puede funcionar solo con la batería.

Si este es el caso, entonces la tripulación del submarino tiene cuatro peligros principales:

  • Las inundaciones del submarino deben ser contenidas y minimizadas.
  • El uso de oxígeno debe reducirse al mínimo para que el suministro de oxígeno disponible pueda resistir el tiempo suficiente para posibles intentos de rescate.
  • Los niveles de dióxido de carbono aumentarán y podrían producir efectos tóxicos y peligrosos.
  • Si las baterías se agotan, los sistemas de calefacción fallarán y la temperatura del submarino caerá.

-Los intentos de rescate desde la superficie deben ocurrir rápidamente, generalmente dentro de las 48 horas posteriores al accidente. Por lo general, los intentos implicarán intentar bajar algún tipo de vehículo de rescate para eliminar a la tripulación, o conectar algún tipo de dispositivo para elevar el submarino desde el fondo marino. Los vehículos de rescate incluyen mini-submarinos llamados Vehículos de rescate de sumersión profunda (DSRV) y campanas de buceo.

El DSRV puede viajar de forma independiente al submarino derribado, sujetarse al submarino sobre una escotilla (tronco de escape), cree un sello hermético para poder abrir la escotilla y cargue hasta 24 miembros de la tripulación. Una campana de buceo generalmente se baja desde un barco de apoyo hasta el submarino, donde ocurre una operación similar.

-Para levantar el submarino, por lo general después de que la tripulación ha sido extraída, los pontones pueden colocarse alrededor del submarino e inflarse para flotar a la superficie. Los factores importantes para el éxito de una operación de rescate incluyen la profundidad del submarino caído, el terreno del lecho marino, las corrientes en las proximidades del submarino caído, el ángulo del submarino y las condiciones meteorológicas y del mar en la superficie.

Para más información, vea los enlaces en la página siguiente.

Visita guiada

Para una mirada asombrosa y profunda a los submarinos nucleares, vea el libro "Submarino: Un recorrido guiado en el interior de un buque de guerra nuclear" por Tom Clancy.


Suplemento De Vídeo: ¿Cómo funciona un submarino de guerra? Parte 3 LA TV ECUADOR 31/03/13.




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