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 autoportantes y capaces de funcionar de forma independiente y prolongada en el mar. [1]
Hay muchos tipos de sumergibles, incluidos vehículos ocupados por humanos (HOV) y naves sin tripulación, [2] 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 recuperación de equipos y la videografía submarina . [3]
El primer barco submarino autopropulsado registrado fue un pequeño submarino propulsado por remo concebido por William Bourne (c. 1535 – 1582) y diseñado y construido por el inventor holandés Cornelis Drebbel en 1620, con dos versiones más mejoradas construidas en los siguientes cuatro años. [4] Los relatos contemporáneos afirman que el modelo final fue mostrado al rey Jaime I en persona, quien incluso pudo haber sido llevado a bordo para una inmersión de prueba. [5] [4] No parece que se hayan registrado más sumergibles hasta la Tortuga de Bushnell .
El primer sumergible utilizado en la guerra fue diseñado y construido por el inventor estadounidense David Bushnell en 1775 como medio para colocar cargas explosivas en barcos enemigos durante la Guerra Revolucionaria Estadounidense. El dispositivo, apodado Tortuga de Bushnell , era un recipiente de madera y latón de forma ovalada. Tenía tanques que se llenaban de agua para hacerlo sumergirse y luego se vaciaban con ayuda de una bomba manual para hacerlo regresar a la superficie. El operador utilizó dos hélices de manivela para moverse vertical o lateralmente bajo el agua. El vehículo tenía pequeñas ventanas de vidrio en la parte superior y madera naturalmente luminiscente [ se necesita aclaración ] adherida a sus instrumentos para que pudieran leerse en la oscuridad. [ cita necesaria ]
La Tortuga 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 llevó con éxito a Turtle contra la parte inferior del casco del Eagle , pero no pudo colocar la carga debido a las fuertes corrientes de agua. [ cita necesaria ]
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 reabastecerse de energía y gases respirables. Los sumergibles suelen tener un alcance más corto y operan principalmente bajo el agua, ya que la mayoría tiene poca función en la superficie. [ cita necesaria ] Algunos sumergibles operan con una "atadura" o "umbilical", permaneciendo conectados a una embarcación auxiliar (un submarino, un buque de superficie o una plataforma). Los sumergibles han podido sumergirse a más de 10 km (33.000 pies) debajo de la superficie.
Los sumergibles pueden ser relativamente pequeños, albergar sólo una tripulación pequeña y no tener instalaciones para vivir.
Un sumergible suele tener una movilidad muy diestra , proporcionada por tornillos de hélice 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 como el agua ejerce presión debido a su peso. Sin embargo, a diferencia del agua, la atmósfera es comprimible porque está compuesta de gases. En consecuencia, la densidad de la atmósfera varía con la altura, siendo mayor la densidad al nivel del mar. Como resultado, la presión atmosférica máxima se experimenta al nivel del mar y disminuye gradualmente a medida que aumenta la altitud.
Para calcular la presión atmosférica consideramos la presión que ejerce una columna de agua de mar de 10 metros de altura. En condiciones normales, 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/m 2 ).
Presión manométrica y presión absoluta Al medir presiones de gas, incluidas las experimentadas bajo el agua, la presión manométrica y la presión absoluta son conceptos esenciales.
Presión manométrica: un manómetro generalmente se calibra para leer cero cuando el manómetro está a presión atmosférica. Este manómetro registra sólo la "diferencia de presión" entre la presión medida y la presión atmosférica. Si se utiliza un manómetro de este tipo bajo el agua, indicará sólo la presión adicional ejercida por el agua. Por ejemplo, si el manómetro indica 120 bar, la presión medida es en realidad 120 bar por encima de la presión atmosférica, equivalente a 121 bar en relación con el vacío.
Presión absoluta: Al nivel del mar la atmósfera ejerce una presión de aproximadamente 1 bar, o 103000 n/m 2 . Bajo el agua, la presión aumenta aproximadamente 0,1 bar por cada metro de profundidad. La presión total a cualquier profundidad dada 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, agregue la presión atmosférica a la presión manométrica usando 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 de medición (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 en el agua, la medida debe estar en metros (m). La unidad “metros de agua de mar” (msw) es, por definición, una unidad para medir la presión.
Nota: Un cambio de profundidad de 10 metros para un cambio de presión de 1 bar equivale a una densidad del agua de 1012,72 kg/m³ [ cita necesaria ]
Los sumergibles de atmósfera única tienen un casco de presión con presión interna mantenida a la presión atmosférica en 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 ambiental mantienen la misma presión tanto dentro como fuera del recipiente. El interior está lleno de aire, a una presión para equilibrar 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 cualquier caso, el agua inunda el interior, por lo que la tripulación utiliza equipos de respiración subacuática. Esto puede ser equipo de buceo llevado por los buzos o un suministro de gas respirable llevado por el barco.
Cuando un objeto se sumerge en un líquido, lo desplaza y lo aparta 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. En consecuencia, 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 resultante se conoce como principio de Arquímedes , que establece:
"Cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un líquido, el empuje que recibe es igual al peso del líquido desplazado." [ cita necesaria ]
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 lleva a tres escenarios posibles.
Flotabilidad Negativa: cuando el peso de un objeto es mayor que el empuje hacia arriba 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 hacia arriba, el objeto se eleva y flota. Al llegar a la superficie del líquido, emerge parcialmente del líquido, reduciendo el peso del líquido desplazado y, en consecuencia, el empuje hacia arriba. Finalmente, el empuje hacia arriba reducido equilibra el peso del objeto, permitiéndole flotar en un estado de equilibrio.
Durante la operación bajo el agua, un sumergible generalmente tendrá una flotabilidad neutra , pero puede usar flotabilidad positiva o negativa para facilitar el movimiento vertical. La flotabilidad negativa también puede ser útil en ocasiones para asentar la embarcación en el fondo, y la flotabilidad positiva es necesaria para que la embarcación flote en la superficie. Se pueden realizar ajustes finos de flotabilidad usando uno o más recipientes de presión de flotabilidad variable como tanques de compensación , y cambios bruscos de flotabilidad en o cerca de la superficie pueden usar tanques de lastre a presión ambiental , que se inundan completamente durante las operaciones submarinas. Algunos sumergibles utilizan lastre externo de alta densidad que puede liberarse en profundidad en caso de emergencia para que la embarcación tenga suficiente flotabilidad como para flotar de regreso a la superficie incluso si se pierde toda la energía, o para viajar más rápido en vertical.
Algunos sumergibles han podido sumergirse a grandes profundidades. El batiscafo Trieste fue el primero en alcanzar la parte más profunda del océano, casi 11 km (36.000 pies) debajo de la superficie, en el fondo de la Fosa de las Marianas en 1960. [ cita necesaria ]
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 buceo profundo para embarcaciones estatales cuando el submarino de 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 3 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]
James Cameron realizó una inmersión sumergible con tripulación que batió récords hasta el fondo del Challenger Deep , el punto más profundo conocido de la Fosa de las Marianas el 26 de marzo de 2012. El sumergible de Cameron se llamó Deepsea Challenger y alcanzó una profundidad de 10,908 metros (35,787 pies). [9]
Firmas privadas como Triton Submarines , LLC. SEAmagine Hydrospace, Sub Aviator Systems (o 'SAS') y U-boat Worx, con sede en Holanda, han desarrollado pequeños sumergibles para turismo, exploración y viajes de aventura. Una empresa canadiense con sede en 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 estadounidense de propiedad privada, OceanGate , también participó en la construcción de sumergibles, aunque la empresa quedó bajo escrutinio cuando su sumergible más nuevo implosionó bajo el agua sin supervivientes. [14]
Los pequeños sumergibles sin tripulación llamados "vehículos marinos operados a distancia" (MROV) o "vehículos submarinos operados a distancia" (ROUV) se utilizan ampliamente para trabajar en aguas demasiado profundas o demasiado peligrosas para los buceadores, o cuando resulta económicamente ventajoso.
Los vehículos operados a distancia ( ROV ) reparan plataformas petrolíferas marinas y sujetan cables a barcos hundidos para izarlos. 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 del barco ven imágenes de vídeo y/o sonar enviadas desde el ROV y controlan de forma remota sus propulsores y su brazo manipulador. Los restos del Titanic fueron explorados con un vehículo de este tipo, así como con un barco con tripulación. [ cita necesaria ]
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