Un sumergible es un vehículo submarino que necesita ser transportado y sostenido por una embarcación o plataforma más grande . Esto distingue a los sumergibles de los submarinos , que son autosuficientes y capaces de operar de forma independiente durante períodos prolongados en el mar. [1]
Existen muchos tipos de sumergibles, incluidos los vehículos tripulados (HOV) y las naves no tripuladas, [2] también conocidos como vehículos operados a distancia (ROV) o vehículos submarinos no tripulados (UUV). Los sumergibles tienen muchos usos, entre ellos la oceanografía , la arqueología subacuática , la exploración oceánica , el turismo , el mantenimiento y la recuperación de equipos y la videografía subacuática . [3]
El primer submarino autopropulsado registrado fue un pequeño submarino propulsado por remos concebido por William Bourne (c. 1535 - 1582) y diseñado y construido por el inventor holandés Cornelis Drebbel en 1620, con dos versiones mejoradas más construidas en los siguientes cuatro años. [4] Los relatos contemporáneos afirman que el modelo final fue demostrado al rey Jaime I en persona, quien incluso pudo haber sido llevado a bordo para una inmersión de prueba. [5] [4] No parece haber habido más sumergibles registrados hasta el Turtle de Bushnell .
El primer sumergible que se utilizó en la guerra fue diseñado y construido por el inventor estadounidense David Bushnell en 1775 como un medio para colocar cargas explosivas en los barcos enemigos durante la Guerra de la Independencia de los Estados Unidos. El dispositivo, bautizado como la Tortuga de Bushnell , era un recipiente ovalado de madera y latón. Tenía tanques que se llenaban de agua para hacerlo sumergirse y luego se vaciaban con la ayuda de una bomba manual para hacerlo regresar a la superficie. El operador usaba dos hélices accionadas manualmente para moverse vertical o lateralmente bajo el agua. El vehículo tenía pequeñas ventanas de vidrio en la parte superior y madera luminiscente natural [ aclaración necesaria ] fijada a sus instrumentos para que pudieran leerse en la oscuridad. [ cita requerida ]
El Turtle de Bushnell entró en acción por primera vez el 7 de septiembre de 1776 en el puerto de Nueva York para atacar al buque insignia británico HMS Eagle . El sargento Ezra Lee operaba el vehículo en ese momento. Lee logró colocar al Turtle contra la parte inferior del casco del Eagle , pero no logró colocar la carga debido a las fuertes corrientes de agua. [ cita requerida ]
Aparte del tamaño, la principal diferencia técnica entre un "sumergible" y un "submarino" es que los sumergibles no son completamente autónomos y pueden depender de una instalación o embarcación de apoyo para la reposición de energía y gases respirables. Los sumergibles suelen tener un alcance más corto y operan principalmente bajo el agua, ya que la mayoría tienen poca función en la superficie. [ cita requerida ] Algunos sumergibles operan con una "cuerda" o "umbilical", permaneciendo conectados a un barco auxiliar (un submarino, una embarcación de superficie o una plataforma). Los sumergibles han podido sumergirse a más de 10 km (33.000 pies) por debajo de la superficie.
Los sumergibles pueden ser relativamente pequeños, tener capacidad para una tripulación reducida y no tener instalaciones habitables.
Un sumergible suele tener una movilidad muy diestra , proporcionada por hélices o bombas de chorro .
Diferentes tecnologías básicas utilizadas en el diseño de sumergibles.
La atmósfera de la Tierra ejerce una presión sobre su superficie, similar a la que ejerce el agua debido a su peso. Sin embargo, a diferencia del agua, la atmósfera es compresible porque está compuesta de gases. En consecuencia, la densidad de la atmósfera varía con la altura, siendo la más alta a nivel del mar. Como resultado, la presión atmosférica máxima se experimenta a nivel del mar, disminuyendo gradualmente a medida que aumenta la altitud.
Para calcular la presión atmosférica, se considera la presión ejercida por una columna de agua de mar de 10 metros de altura. En condiciones medias, la atmósfera puede soportar una columna de este tipo, lo que da como resultado una presión atmosférica de 103.000 Newtons por metro cuadrado (N/m2 ) .
Presión manométrica y presión absoluta Al medir presiones de gases, incluidas las que se experimentan bajo el agua, la presión manométrica y la presión absoluta son conceptos esenciales.
Presión manométrica: Un manómetro suele calibrarse para que indique cero cuando se encuentra a presión atmosférica. Este manómetro registra únicamente la “diferencia de presión” entre la presión medida y la presión atmosférica. Si se utiliza un manómetro de este tipo bajo el agua, indicará únicamente la presión adicional ejercida por el agua. Por ejemplo, si el manómetro indica 120 bares, la presión medida es en realidad 120 bares superior a la presión atmosférica, lo que equivale a 121 bares en relación con el vacío.
Presión absoluta: A nivel del mar la atmósfera ejerce una presión de aproximadamente 1 bar, o 103.000 N/m2 . Bajo el agua, la presión aumenta aproximadamente 0,1 bar por cada metro de profundidad. La presión total a una profundidad determinada es la suma de la presión del agua a esa profundidad ( presión hidrostática ) y la presión atmosférica. Esta presión combinada se conoce como presión absoluta y la relación es:
Presión absoluta (bar abs) = presión manométrica (bar) + presión atmosférica (aproximadamente 1 bar)
Para calcular la presión absoluta, se suma la presión atmosférica a la presión manométrica utilizando la misma unidad. Trabajar con la profundidad en lugar de la presión puede resultar conveniente en los cálculos de buceo. En este contexto, la presión atmosférica se considera equivalente a una profundidad de 10 metros. Profundidad absoluta (m) = profundidad manométrica (m) + 10 m.
Medición de profundidad: Dispositivos de control de presión
La presión es más importante por razones estructurales y fisiológicas que la profundidad lineal. La presión a una profundidad determinada puede variar debido a variaciones en la densidad del agua.
Para expresar con precisión la profundidad lineal del agua, la medida debe expresarse en metros (m). La unidad “metros de agua de mar” (msw) es, por definición, una unidad de medida de presión.
Nota: Un cambio de profundidad de 10 metros por un cambio de presión de 1 bar equivale a una densidad de agua de 1012,72 kg/m 3 [ cita requerida ]
Los sumergibles de una sola atmósfera tienen un casco presurizado cuya presión interna se mantiene a la presión atmosférica de la superficie. Esto requiere que el casco sea capaz de soportar la presión hidrostática ambiental del agua exterior, que puede ser muchas veces mayor que la presión interna.
Los sumergibles a presión ambiente mantienen la misma presión tanto en el interior como en el exterior del buque. El interior está lleno de aire, a una presión que equilibra la presión externa, por lo que el casco no tiene que soportar una diferencia de presión.
Una tercera tecnología es el "submarino húmedo", que se refiere a un vehículo que puede estar cerrado o no, pero en ambos casos el agua inunda el interior, por lo que la tripulación utiliza equipo de respiración subacuática. Este puede ser un equipo de buceo llevado por los buzos o un suministro de gas respirable transportado por el buque.
Cuando un objeto se sumerge en un líquido, desplaza el líquido y lo empuja fuera del camino.
Una vez que el objeto está parcialmente sumergido, las fuerzas de presión ejercidas sobre las partes sumergidas son iguales al peso del agua desplazada, por lo que los objetos sumergidos en líquidos parecen pesar menos debido a esta fuerza de flotación. La relación entre la cantidad de líquido desplazado y el empuje ascendente resultante se conoce como el principio de Arquímedes , que establece:
"Cuando un objeto está total o parcialmente sumergido en un líquido, el empuje que recibe es igual al peso del líquido desplazado". [ cita requerida ]
La flotabilidad y el peso determinan si un objeto flota o se hunde en un líquido. Las magnitudes relativas del peso y la flotabilidad determinan el resultado, lo que da lugar a tres posibles escenarios.
Flotabilidad negativa: cuando el peso de un objeto es mayor que el empuje que experimenta debido al peso del líquido desplazado, el objeto se hunde.
Flotabilidad neutra: si el peso de un objeto es igual al empuje hacia arriba, el objeto permanece estable en su posición actual, sin hundirse ni flotar.
Flotabilidad positiva: cuando el peso de un objeto es menor que el empuje ascendente, el objeto se eleva y flota. Al llegar a la superficie del líquido, emerge parcialmente del líquido, lo que reduce el peso del líquido desplazado y, en consecuencia, el empuje ascendente. Finalmente, el empuje ascendente reducido equilibra el peso del objeto, lo que le permite flotar en un estado de equilibrio.
Durante la operación submarina, un sumergible generalmente tendrá flotabilidad neutra , pero puede usar flotabilidad positiva o negativa para facilitar el movimiento vertical. La flotabilidad negativa también puede ser útil a veces para asentar el buque en el fondo, y la flotabilidad positiva es necesaria para que flote el buque en la superficie. Se pueden realizar ajustes finos de flotabilidad utilizando uno o más recipientes de presión de flotabilidad variable como tanques de compensación , y los cambios bruscos de flotabilidad en o cerca de la superficie pueden usar tanques de lastre de presión ambiental , que se inundan completamente durante las operaciones submarinas. Algunos sumergibles usan lastre externo de alta densidad que puede liberarse en profundidad en una emergencia para hacer que el buque sea lo suficientemente flotante para flotar de regreso a la superficie incluso si se pierde toda la energía, o para viajar más rápido verticalmente.
Algunos sumergibles han sido capaces de sumergirse a grandes profundidades. El batiscafo Trieste fue el primero en llegar a la parte más profunda del océano, casi 11 km (36.000 pies) por debajo de la superficie, en el fondo de la Fosa de las Marianas en 1960. [ cita requerida ]
China , con su proyecto Jiaolong en 2002, fue el quinto país en enviar a una persona a 3.500 metros bajo el nivel del mar, después de Estados Unidos, Francia, Rusia y Japón. El 22 de junio de 2012, el sumergible Jiaolong estableció un récord de inmersión profunda para buques estatales cuando el submarino con capacidad para tres personas descendió 6.963 metros (22.844 pies) en el océano Pacífico. [7]
Entre los sumergibles más conocidos y que llevan más tiempo en funcionamiento se encuentra el buque de investigación de inmersión profunda DSV Alvin , que lleva a tres personas a profundidades de hasta 4.500 metros (14.800 pies). Alvin es propiedad de la Armada de los Estados Unidos y está operado por WHOI , y hasta 2011 había realizado más de 4.400 inmersiones. [8]
El 26 de marzo de 2012, James Cameron realizó una inmersión récord con un sumergible tripulado hasta el fondo del Abismo Challenger , el punto más profundo conocido de la Fosa de las Marianas. El sumergible de Cameron se llamó Deepsea Challenger y alcanzó una profundidad de 10 908 metros (35 787 pies). [9]
Empresas privadas como Triton Submarines , LLC, SEAmagine Hydrospace, Sub Aviator Systems (o 'SAS') y U-boat Worx, con sede en los Países Bajos, han desarrollado pequeños sumergibles para turismo, exploración y viajes de aventura. Una empresa canadiense de Columbia Británica llamada Sportsub ha estado construyendo sumergibles recreativos personales desde 1986 con diseños de piso abierto (cabinas parcialmente inundadas). [10] [11] [12] [13]
Una empresa privada estadounidense, OceanGate , también participó en la construcción de sumergibles, aunque la empresa cayó bajo escrutinio cuando su sumergible más nuevo implosionó bajo el agua sin sobrevivientes. [14]
Los pequeños sumergibles no tripulados, denominados "vehículos marinos operados a distancia" (MROV), [ cita requerida ] o "vehículos submarinos operados a distancia" (ROUV), se utilizan ampliamente para trabajar en aguas demasiado profundas o demasiado peligrosas para los buzos, o cuando es económicamente ventajoso.
Los vehículos operados a distancia ( ROV ) reparan plataformas petrolíferas en alta mar y conectan cables a los barcos hundidos para elevarlos. Estos vehículos operados a distancia están conectados mediante un cable umbilical (un cable grueso que proporciona energía y comunicaciones) a un centro de control en un barco. Los operadores en el barco ven imágenes de video y/o sonar enviadas desde el ROV y controlan a distancia sus propulsores y brazo manipulador. El naufragio del Titanic fue explorado por un vehículo de este tipo, así como por un barco tripulado. [ cita requerida ]
Clase de sumergible que dispone de una esclusa de aire y una cámara de buceo integrada desde la que se pueden desplegar buzos submarinos, como por ejemplo:
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