SUBMARINO
CONCEPTOS Y CARACTERÍSTICAS
➤Conceptos
En el mundo de los submarinos, como con cualquier otro buque, se usan serie definiciones, términos y conceptos que conviene tener claros parar poder aprehender con precisión el significado de las redacciones y textos que se utilizan.
Así, tenemos los siguientes términos:
Submarino: Es un buque que puede navegar en inmersión completa, es decir sin ningún contacto físico con la superficie del mar o con la atmósfera durante mucho tiempo. Si el buque está obligado a estar en contacto permanente con la misma bien para comunicar con el exterior o mantener la estabilidad, no es un submarino. Si este contacto es solamente periódico, pero obligado, el buque es un sumergible. Solamente los submarinos de propulsión nuclear se consideran submarinos en el sentido estricto de la palabra. Los convencionales modernos que pueden, en general, mantenerse en inmersión profunda más de cuatro días o incluso una semana, se consideran también submarinos, aunque en la realidad sean solo quasi-submarinos.
Presión hidrostática:
Presión que existe en un punto de un medio, en este caso el mar, debido a la acción de la columna de fluido que actúa sobre el. La presión actúa en todas direcciones, siguiendo la ley de Pascal.
La unidad ISO de presión es el Pascal, que equivale a 1 Newton por m2 pero se prefiere utilizar el bar (muy cercano a una atmósfera) equivalente a 10 Newtons por cm2, luego 1 bar = 105 Pascales.
Para una columna de agua de mar de h metros, medidos desde la superficie, la presión hidrostática que se genera es de P= ρ • g • h Pascales, siendo ρ la densidad del agua de mar (de 1020 a 1032 kg/m3) y g la constante gravitacional (=9,82 m/s2).
Resulta que para una densidad de 1025 kg/m3 la presión que se desarrolla a la profundidad h metros es:
P (Pa) = 1025 • 9,82 • h = 10065,5 • h >>> P(bar) = 0,100655 • h
Para h =10 m, la presión resultante es muy cercana a 1 bar, de lo cual se deduce que la presión hidrostática aumenta en 1 bar por cada 10 metros de aumento de la profundidad. Esta cuenta es aproximada ya que depende de la densidad y la temperatura del agua del mar que se considere. Asimismo conforme aumenta la profundidad, la densidad del agua aumenta, debido a la compresibilidad de la misma y, aunque muy pequeña, se hace sentir para grandes valores de h. Es mejor trabajar con presiones absolutas por lo que a esta presión habrá que aumentarle la presión atmosférica, que oscila entre 1,010 y 1,030 bar.
Así, para un submarino navegando a una profundidad de 300 m la
presión diferencial ejercida por el mar sobre el casco resistente (que está por el interior a la presión atmosférica) será muy próxima a 30 bar, lo que representa una fuerza de 300 N/cm2, o sea en unidades mas comunes, unas 300 toneladas por metro cuadrado. Ello da idea de la gran resistencia que debe tener un casco resistente, en condiciones operativas normales. Su dimensionamiento, para prevenir una rotura anticipada, deberá hacerse, además, para presiones mucho mayores.
Tanques principales de lastre: Los submarinos llevan unos tanques denominados “principales de lastre”, que están situados, generalmente, en el exterior del casco resistente y que permiten mediante
su llenado o vaciado con agua de mar, que el sumergible pase de la situación superficie a la situación inmersión y viceversa.
Es un concepto muy típico de los submarinos y esencial para su operatividad. Responden a la necesidad de obtener un peso suplementario, o un lastrado, que provoque la inmersión del submarino o sumergible sin tener que recurrir a medios exteriores.
El llenado con agua se efectúa de forma natural (presión hidrostática) dejando entrar el agua de mar por unos orificios situados en el fondo, de libre paso (o dotados con válvulas), y dejando salir el aire existente dentro de los tanques por unas válvulas situadas en la parte superior, denominadas de ventilación o ventilaciones, hasta que los tanques acaban totalmente llenos de agua.
El vaciado del agua se efectúa inyectando aire comprimido por la parte superior de cada tanque, con las ventilaciones cerradas, el cual empuja el agua forzándola a salir por los orificios del fondo, hasta
que los tanques acaban totalmente llenos de aire, a una cierta presión, (esta presión corresponde a la presión hidrostática que existe a la profundidad a que se encuentran los orificios de fondo de cada tanque).
Para poder mantener la presión del aire contenido en los tanques, después de un soplado, lo que equivale a poder mantener el submarino en la superficie, estos tanques y sus accesorios, principalmente las válvulas de ventilación, deben ser totalmente estancos y seguros. Si se desea hacer superficie, desde un estado de inmersión profunda, antes de efectuar el soplado de los tanques de lastre hay que acercarse a la superficie utilizando los timones de profundidad; en caso contrario se podría tener un ascenso incontrolado y brutal, como se presenta en las fotos que siguen.
Existe un soplado, llamado de emergencia, independiente del anterior, para hacer ascender el submarino a la superficie desde una gran profundidad, pero solo debe ser empleado en circunstancias muy perentorias.
El volumen total de tanques se divide en varias partes, a efectos de reducir una eventual pérdida de flotabilidad causada de la perforación accidental de alguno de ellos.
Existen también otros tanques de agua de lastre, mucho mas pequeños, que sirven para hacer el ajuste fino de la ecuación peso = desplazamiento, entre los que encuentran los de regulación, los de compensación y, a veces, los de nivelación, pero no se designan ya como principales. Suelen ser de repuesta lenta, ya que se suelen llenar o vaciar mediante bombas.
Lastre sólido: El lastre sólido es un artículo muy usual en los submarinos. El lastre sólido está compuesto normalmente por bloques de plomo, y tiene tres misiones principales.
a) Como lastre fijo destinado a dar estabilidad al submarino, y está situado en las partes bajas del casco.
b) Como elemento de compensación de los pesos de equipos que no han podido incorporarse al buque, reserva para nuevos equipos
c) Como compensación entre los pesos previstos y reales (cuando esta diferencia es positiva).
Además, puede existir el lastre largable, de plomo, de socorro, que permite al submarino, una vez expulsado este al exterior, obtener algunas toneladas de flotabilidad adicional para compensar la entrada involuntaria o accidental de agua en el interior del submarino, con peligro de hundimiento. La reacción de largado del lastre de seguridad ha de ser extremadamente rápida en estos casos.
Desplazamiento en superficie: Es el desplazamiento (volumen) de todos los cuerpos cerrados del submarino que crean empuje situados por debajo de la flotación, cuando los tanques de lastre están totalmente soplados (vacíos de agua). Incluye el volumen sumergido del casco, de la parte sumergida de los tanques de lastre (la burbuja de aire que forman), de los apéndices y de otros aparatos (como puede ser la hélice, etc.). No incluye los volúmenes de agua de mar, situados en el interior del casco exterior, entre los aparatos que allí se encuentran, que estén en libre comunicación con el mar. La chapa de las estructuras sueltas, soportes, etc. que están sumergidas también crea desplazamiento, aunque sea relativamente poco. Se mide en metros cúbicos o su equivalente en toneladas métricas, considerando una densidad de agua estándar (de 1,022 a 1,026 t/m3 según los países). Lo más propio es definir el desplazamiento en m3.
Equivale al peso total del submarino en el vacío (o, aproximadamente, en el aire), con sus tanques principales de lastre totalmente vacíos de agua.
En la mayor parte de los casos, el vaciado del agua contenida en los lastres principales, mediante soplado con aire a presión, no es total, quedando unos pequeños volúmenes de agua en el fondo de los mismos que no colaboran en el desplazamiento y que podrán dar lugar a correcciones, si se ha de ser precisos en el cálculo del desplazamiento. No obstante este error no supera un valor de unos pocos m3. Con mala mar se suelen perder algunos m3 de aire del fondo de los tanques.
El desplazamiento en superficie, de un submarino listo para hacer inmersión, es de un valor constante ya que si no, o no podría sumergirse o si se sumerge se iría directo al fondo (si no se toman acciones rápidas para evitar esto, la propulsión puede ayudar a que esto no ocurra si el desequilibrio no es muy exagerado).
Desplazamiento en inmersión: Es el desplazamiento o el peso total del submarino, incluyendo el peso del agua contenida en los lastres. Incluye los volúmenes de las partes que crean empuje cuando el submarino está en inmersión, más el volumen total del agua contenida en los tanques principales de lastre (aunque estén en comunicación con el mar). No incluye los volúmenes de agua de mar, situados en interior del casco exterior (entre los intersticios que deja la disposición de los diversos aparatos) que estén en libre comunicación con el mar. Se mide en metros cúbicos o su equivalente en toneladas métricas, considerando una densidad de agua estándar (de 1,022 a 1,026 t/m3 según los países).
Puesto que este desplazamiento o empuje, para un submarino con flotabilidad neutra, en inmersión, debe equivaler al peso neto del mismo más el peso del agua contenida en los tanques de lastre (que están llenos), resulta que el desplazamiento en inmersión es igual al desplazamiento en superficie más el correspondiente al volumen de los tanques de lastre, en m3 o en toneladas.
A la inversa, puesto que el desplazamiento de un submarino en inmersión es igual al peso neto del mismo más el peso de los lastres principales, se puede derivar de esto que el desplazamiento en superficie es igual al desplazamiento en inmersión menos el peso del volumen total de los lastres.
El desplazamiento en superficie da una idea más cabal del tamaño “efectivo” del submarino que el desplazamiento en inmersión ya que los tanques principales de lastre solo añaden volumen de agua al anterior. Si los lastres son más grandes, manteniendo el resto constante, el desplazamiento en inmersión también es más grande pero el submarino, su parte eficaz, sigue siendo exactamente la misma. Aunque mayores lastres significa también mayor seguridad, ya que es mayor la reserva de flotabilidad y menor la vulnerabilidad frente al riesgo de perforación de estos los tanques.
Desplazamiento “standard”: Es un desplazamiento “artificial” o un “valor de referencia” definido por los Aliados para unificar la determinación del desplazamiento de los buques de una flota, como consecuencia de la primera Guerra Mundial, a efectos de valorar o comparar la amplitud del tonelaje construido, de un buque o de una escuadra. Tal como lo define el Tratado Naval de Washington de 1921-22, para submarinos, seguido del de Ginebra en 1927 y el de Londres, en 1930, en los que se introdujeron algunas modificaciones menores, es el siguiente, textualmente: “el desplazamiento estándar es igual al desplazamiento en superficie del buque completo (sin incluir el agua contenida en tanques no estancos), con toda su dotación, con toda su maquinaria propulsora lista para salir a la mar, incluyendo todo tipo de armamento y municiones, equipos y accesorios, provisiones para la dotación, pertrechos varios de cualquier tipo que sean transportados en tiempos de guerra, pero sin incluir el combustible, el aceite lubricante, el agua dulce y el agua de lastre, de cualquier tipo, existente abordo”.
Se mide en long tons (1 l.t. = 1.016 kg = 2240 libras).
En algunos países este desplazamiento se le denomina también desplazamiento “de Londres” o “de Ginebra”.
Desplazamiento de formas: Es el volumen de las formas externas de un submarino, en m3. O sea, si pudiésemos dotar el submarino completo en una cáscara que lo envolviese totalmente, el volumen de formas sería el volumen que encierra dicha cáscara.
Flotabilidad: El soplado de los tanques principales de lastre es el que permite que el submarino pase de situación inmersión a la situación superficie y se mantenga en ella. Cuanto mayores sean estos tanques mayor será el empuje que el buque recibirá para ascender, debido al peso de agua que se elimina, y mayor será también el volumen de casco que emerge. A esto se le denomina flotabilidad, y equivale a la diferencia que existe entre el desplazamiento en inmersión y el desplazamiento en superficie. A efectos de tener mucho empuje conviene que estos tanques sean notablemente grandes, pero también lo será la estructura de estos y la cantidad de aire que se debe emplear para vaciarlos, por lo que se establece un compromiso. Además, los tanques tienen que estar dispuestos de forma que cuando el submarino alcance la superficie su línea de flotación sea paralela a la quilla, a ser posible, es decir que flote con asiento nulo o pequeño. En los submarinos del tipo monocasco, el espacio destinado a los tanques de lastre, que debe obtenerse del existente dentro de las estructuras de proa y de popa, que no pueden ser excesivamente grandes, está muy limitado y condicionado mientras que en los de doble casco hay más espacio disponible para estos tanques, en los costados, entre los cascos, y hay mas libertad en su disposición.
Coeficiente o reserva de Flotabilidad: Es el cociente entre el volumen de los tanques principales de lastre y el volumen de desplazamiento. Para este último, hay países que emplean el desplazamiento en superficie y otros que emplean el desplazamiento en inmersión. Por cuestiones de seguridad, el coeficiente de flotabilidad conviene que sea grande aunque ello exige tener una mayor capacidad de aire de soplado. Su valor clásico ha sido del orden del 25 al 30% del desplazamiento en inmersión aunque en la actualidad y para buques monocasco su valor oscila entre el 8 y 11 % respecto al desplazamiento en superficie, suficiente para tener la parte superior del casco resistente ligeramente emergida, en superficie. En buques de doble casco, al tener más disponibilidad de volumen para estos tanques, este coeficiente puede llegar a ser del 25%.
Casco: Estructura principal o cuerpo del submarino que vale como soporte de todos los elementos del buque. Es un nombre genérico para designar la estructura del submarino, ya sea resistente o ligera.
Casco resistente: Es la envuelta o estructura cerrada que permite resistir la presión exterior del mar (hasta la profundidad calculada de colapso) y tener a la dotación y a los maquinas interiores a salvo y en seco, cuando el submarino está inmersión. Se compone de la envuelta o lámina o forro, de espesor grueso, que separa el mar de la zona interior más aquellas estructuras soporte de esta, como pueden ser las cuadernas, bulárcamas, reforzados locales y mamparos denominados “resistentes”, aunque la resistencia de estos a presión lateral no tiene que ser igual a la del forro del casco. Aunque el casco resistente en sentido estricto es la envuelta resistente, normalmente de acero, se encuentran asimilados al casco resistente todos aquellos depósitos o contenedores que temporalmente pueden estar sometidos a la presión del mar a una gran profundidad, o incluso mayor que la máxima operativa (cuando van soplados), bien interiormente como exteriormente, así como todos los artículos que forman las penetraciones del casco resistente para escotillas, pasos de casco, válvulas de paso de casco, pasos para transmisiones mecánicas, cables y tubos.
Los principales depósitos o tanques que pueden estar sometidos a la presión máxima del mar, en inmersión, son los tanques de regulación, la esclusa de aguas sucias, la esclusa de basuras, los tubos lanzatorpedos y los tubos lanza-chaff o lanza-señuelos. En ciertos casos la manga de aire fresco del snorkel desemboca en un recinto que es resistente. Todos ellos disponen de seccionamientos (válvulas de casco) muy robustos, normalmente duplicados.
En ciertos casos también lo están ciertos tramos de los tubos de escape de los motores diesel, aunque solo se consideran casco resistente sus seccionamientos, que están anclados en el forro resistente.
Asimismo existen numerosos circuitos de fluidos que están en contacto permanente o intermitente con el mar y que están sometidos a la presión (interior o exterior) correspondiente a la cota máxima o incluso superior; todos ellos cuentan con seccionamientos de casco, estancos y resistentes, que son las barreras de seguridad que los separan del mar.
El casco resistente está considerado como un objeto sagrado e intocable, ya que cualquier defecto, propio o inducido, podría arruinarlo.
Pasos de casco o penetraciones: Se designan como pasos de casco los orificios que se efectúan en el casco resistente para dar paso a tubos, mecanismos y cables que comunican el interior con el exterior. Por extensión se aplica a los elementos que contiene el orificio, destinados a reforzarlo o estancarlo. Los pasos de casco están reforzados por anillos o mangones de gran espesor, soldados rígidamente al casco resistente y sobre los que van anclados los seccionamientos de casco (parte móvil). Los hay de varios tipos: para tubería, para cables y para mecanismos varios, que llevan por el interior las piezas o prensas que proporcionan el cierre estanco desmontable o parte móvil.
Mamparos resistentes: Los mamparos son estructuras de división o de cierre de espacios situadas generalmente en sentido transversal y que sirven para delimitar los compartimentos a efectos de inundación. Se denominan resistentes cuando deben soportar una gran presión lateral, que no tiene que ser forzosamente la máxima operativa. Los mas importantes, ya incluidos en el casco resistente, son los que delimitan el casco resistente por proa y por popa, con forma de domo o casquete. Los interiores, de compartimentación (destinados al rescate de la dotación) se dimensionan para diversas presiones, según se especifique por la Marina correspondiente. Los mamparos resistentes interiores se cargan hidrostáticamente solo en caso de la inundación (parcial o total) de un compartimento adyacente permitiendo que la dotación, si le da tiempo, pueda refugiarse en el compartimento que se mantiene intacto. Puesto que por efecto del sobrepeso producido por una fuerte inundación, el submarino tiende irse al fondo, este rescate solo es posible si la profundidad del mar donde ocurre la avería es inferior a la cota de colapso del mamparo que está soportando la presión. Puesto que estos mamparos, además, suponen una gran complejidad estructural (las fuerzas que actúan en un mamparo son enormes), añaden un peso extra a la estructura del buque y complican los servicios, surgen dudas respecto a la conveniencia de su instalación. No obstante, si se considera que los accidentes por colisión con otros buques, los más frecuentes, ocurren en las cercanías de la costa, a baja profundidad, quizá los mamparos puedan realizar una función de rescate con probabilidades de éxito. En cualquier caso estos, sobre todo cuando son planos, se dimensionan para unas presiones hidrostáticas inferiores a la máxima operativa del submarino. También existen mamparos curvos, (de sector esférico, etc.) que, bajo cierta condiciones, soportan mucho mejor la presión pero distorsionan mucho la disposición general del submarino. Se suelen instalar en submarinos de gran porte.
Los demás mamparos, por exclusión, se consideran de baja presión y son destinados principalmente a servir de frenos a la propagación de la inundación cuando esta ocurre en superficie o a baja cota, así como servir de límites de tanques, de cortafuegos, servir de amortiguadores de ruido o ser simplemente mamparos divisorios de áreas operativas. Deben disponer de una especificación de resistencia en función de las cargas que se estimen deban recibir.
Casco simple o monocasco: Se designan como submarinos de casco simple o monocasco aquellos en los que su casco resistente queda a vista, desnudo, en la mayor parte de la eslora, al no llevar una envuelta exterior completa. Lo más indicado para los cascos sometidos a una gran presión exterior, es que sus formas geométricas sean sencillas: cilindros o troncos de cono muy abiertos, terminados en domos semi-esféricos o semi-elípticos. Por consiguiente, si queremos que el submarino tenga unas formas que sean hidrodinámicas, en los extremos de proa y de popa del casco resistente desnudo anterior, debe haber, al menos, unas estructuras superpuestas a este, que afinen los extremos. En proa las formas pueden ser más redondeadas pero, en popa, todas deben acabar en un cono, de mayor o menor apertura, que deben permitir que la hélice trabaje con el suficiente flujo de entrada de agua. Estas estructuras exteriores, se aprovechan para alojar los tanques principales de lastre y carenar algunos elementos que sobresalen del casco, como pueden ser los tubos lanzatorpedos, los sonares pasivos y los mecanismos de los timones. En estas construcciones la cara exterior del casco resistente queda pues visible por los costados y por el fondo, en las zonas centrales. Es obligado el montaje de las cuadernas por el interior.
Casco doble o doble casco: Se designan como submarinos de doble casco aquellos en los que su casco resistente se encuentra en su totalidad recubierto por una estructura, denominada casco exterior, casco no resistente o casco ligero que, por estar comunicado por las dos caras con el mar, en inmersión, esta compensado a efectos de la presión hidrostática y no es necesario que sea excesivamente fuerte.
Esta estructura, de un espesor ligero, permite pues dotar al submarino de unas formas hidrodinámicas muy perfectas y además proveer espacio, entre los dos cascos para alojar todo tipo de tanques de lastre y de fluidos, principalmente combustible. El casco ligero, no obstante, debe estar calculado para poder soportar las cargas generales y locales que recibe, inferiores alas del casco resistente pero no desdeñables; se pueden citar la presión del fluido que contienen, las fuerza dinámicas del mar, etc.
En los submarinos de doble casco, las cuadernas del casco principal pueden ir ya por el exterior, a conveniencia del proyectista.
Casco no-resistente: Por eliminación, lo forma aquella parte del casco que no es “casco resistente”. Esto no quiere decir que no deba poder resistir las cargas derivadas a la función a que se dedican sus diversos componentes. Así por ejemplo los tanques de lastre deben resistir las presiones soplado y las presiones hidrostáticas, los tanques de combustible, la presión del fluido contenido en su interior y a las presurizaciones a que este se someta, las cubiertas a las cargas o pesos que soporten, etc. Cada estructura debe tener asociada una especificación que defina las cargas a las que deba responder, bien sean estas generales o específicas. Existe un casco no-resistente exterior y un casco no-resistente interior, que reciben un tratamiento distinto.
Casco no-resistente exterior: Esta voz comprende las estructuras ligeras que se encuentran en el exterior del casco resistente.
En los submarinos de doble casco lo forman todos los componentes que forman la envuelta (y todos sus refuerzos) del casco resistente o principal, así como la superestructura y la vela. Se distingue en esta envuelta una zona central formando un tubo alrededor del casco resistente, provista de cuadernas y mamparos divisorios, formando tanques y que está anclada sobre el casco principal. En los extremos del submarino, esta envuelta recubre por proa el sonar cilíndrico y los extremos de los TLT, y por popa la línea de ejes y los mecanismos que mueven los timones.
En los submarinos monocasco, al no existir esta envuelta en las partes centrales del submarino, se montan, en los extremos, estructuras que contienen los tanques principales de lastre, además de los elementos que ya se ha citado para los doblecasco.
Los polines y asientos de aparatos grandes situados en el exterior del casco resistente y anclados sobre este tienen una consideración particular, ya que su rotura o deformación podrían afectar a su integridad, tanto inicialmente, en el momento de su soldadura, como después a causa de un choque o esfuerzo extraordinario.
Casco no-resistente interior: Esta voz recoge las estructuras interiores al casco resistente y que no tienen que soportar la presión de inmersión, y que apenas colaboran (o incluso perjudican) en la resistencia del casco resistente, al estar muchas veces soldadas a este. Se incluyen en este apartado las cubiertas, las plataformas, suspendidas o no, los mamparos interiores que delimitan o forman tanques, los que separan las áreas operativas y los divisorios de todo tipo, así como todo tipo de polines y soportes.
Los polines y asientos de aparatos grandes situados en el interior del casco resistente y anclados sobre este tienen una consideración particular, ya que podrían afectar a su integridad si están mal montados, soldados o reciben un choque.
Los polines y asientos de aparatos pequeños situados en el interior del casco resistente anclados a cubiertas o mamparos forman parte del casco no-resistente.
Plataformas suspendidas: Son estructuras en forma de parrilla formadas por vigas entrelazadas, recubiertas de plancha o no, formando superficies planas bidimensionales o espaciales, que sirven como soporte de apoyo de maquinas y equipos. Estas plataformas van instaladas sobre el resto del casco de forma elástica. Los equipos que se instalan sobre ellas pueden ir a su vez sustentados elásticamente o rígidamente. Cuando los equipos que se encuentran sobre ellas vibran mucho, cuando están en marcha, (como pueden ser los motores diesel o los compresores de pistones), las plataformas sirven para amortiguar la vibración que se transmite hacia el exterior. Inversamente los choques recibidos por el submarino procedentes del exterior se transmiten a estas maquinas bastante atenuados, con lo cual estas se encuentran mas protegidas, y son menos vulnerables.
Escotilla: Orificio de paso del personal o del material. Las que traviesan el casco resistente (forro o mamparos) están provistas de una estructura de refuerzo y una tapa que debe ser estanca y resistente a la máxima presión de inmersión o de servicio (en mamparos). En las escotillas situadas sobre el casco no-resistente el cierre debe estar dimensionado según las características funcionales de cada caso.
Brecha: Escotilla de grandes dimensiones destinada al embarque/desembarque de grandes aparatos como pueden ser el MEP o los grupos diesel, a efectos de proceder a su mantenimiento periódico o reparaciones en Taller.
Esclusa: Es un recinto, dotado de dos escotillas, que separa dos medios (p.e. aire y agua, que pueden estar a diferentes presiones) que permite el tránsito a través de ella sin que haya necesidad de comunicar totalmente dichos medios, siguiendo unos procedimientos. Esclusas típicas son las de salvamento, la de basuras, la de agua negras y la de acceso a la vela.
Superestructura: En su acepción general, superestructura es toda estructura secundaria puesta encima o en contacto con otra de más importancia o mas principal. En los submarinos, tanto del tipo monocasco como en los de doblecasco, en la parte superior del casco se incluye una estructura no resistente, que corre a lo largo de la eslora y que se denomina cubierta de navegación, superestructura o pasarela. En ciertos casos también puede referirse a las estructuras ligeras de la proa y la popa. Tiene como objeto principal recubrir los apéndices del casco resistente que sobresalen de este, como pueden ser las brazolas de las escotillas y de los mástiles, y alojar un gran número de aparatos, equipos y tubos que se encuentran por fuera del casco resistente y servir de plataforma para poder efectuar las labores de amarre. Esta estructura no es resistente a la presión de inmersión ya que está inundada con el buque en inmersión, es decir, el agua que se encuentra dentro de ella, en los espacios o intersticios existente entre los aparatos y es de libre circulación. En los submarinos monocasco esta superestructura va anclada directamente sobre el casco resistente. La separación entre el casco y esta superestructura, en la parte superior, oscila entre 0,7 y 1,5 metros. En los de doble casco la superestructura va apoyada en el casco resistente y está integrada en el doble casco, por los costados, formando una continuidad con este en el sentido transversal.
Vela: Se designa como vela a la torre o caseta que sobresale notablemente sobre la cubierta del submarino. Su función principal es alojar la esclusa de acceso alto, los mecanismos de izado de los periscopios, de las antenas (de radio, radar, etc.) y los conductos del snorkel. Sobre ella se incluye una zona a proa, para el pilotaje del buque cuando este navega en superficie y que se designa como puente alto o abrigo de navegación. A efectos de reducir su resistencia hidrodinámica es estrecha y alargada, a modo de una aleta. Va fuertemente anclada sobre el casco resistente y está conectada a la superestructura circundante.
Timónes de dirección: Son timones verticales (un par de ellos normalmente), dotados de líneas hidrodinámicas, que se sitúa a popa y que se utilizan para hacer evolucionar el submarino en el plano horizontal, como pasaría con un buque de superficie.
Timones de buceo: Los timones de buceo son apéndices en forma de pala, dotados de líneas hidrodinámicas, que permiten que el submarino pueda efectuar manobras ascendentes o descendentes cuando este navega en aguas profundas. Los de buceo de popa van situados en el cono de popa del casco, en las proximidades de la hélice. Los timones de buceo de popa son los más prominentes, en un submarino. Tomados los timones de dirección y de buceo como un conjunto, existen dos configuraciones de los timones de popa: en + y en x. En los de configuración + los de buceo están situados en un plano horizontal y permiten mediante su giro respecto a un eje horizontal, transversal respecto al eje longitudinal del buque, que el submarino ascienda o se sumerja.
En el caso de la configuración en x, todos los timones van posicionados formando un ángulo de 45º (aproximadamente) con la horizontal, son cuatro y funcionan indistintamente como timones de dirección o de buceo, de forma acoplada.
La configuración en + es la mas clásica y utilizada, por su sencillez mecánica y su robustez. Además su manejo, en caso de tener hacerse en modo manual-hidráulico, es más intuitivo. Por el contrario, los timones en x sobresalen menos por los costados del submarino y están menos expuestos a golpes.
Los timones, tanto los de dirección como los de buceo de popa, cuando tienen la configuración + suelen ir asociados y precedidos por unos planos fijos o alerones que son esenciales para el mantenimiento de la ruta, con los timones a la vía.
También existen unos timones de buceo en proa que van siempre en una posición horizontal. Pueden ir situados en los costados de a vela, a media altura, o en el extremo de proa del casco. Los de popa siempre producen un momento de giro del buque, mientras que los de proa según su posición longitudinal pueden producir un momento o solo un empuje vertical.
Línea de base: Es una línea paralela a la quilla trazada en su punto mas bajo o por la parte inferior del forro del casco, cuando no la lleva, que corre de popa a proa del submarino y que sirve como referencia de origen de alturas (eje vertical Z) y para señalar la posición longitudinal de las cuadernas, (eje X), con un origen de abscisas que está en popa. La línea de base es una recta horizontal. Para el origen de abscisas se suelen tomar cualquiera de dos puntos representativos siguientes: a) Punto de la intersección de una perpendicular (vertical) trazada en el extremo de popa de la hélice sobre la línea de base, o b) Punto de intersección de la perpendicular trazada desde el extremo de popa del casco, en su zona de contacto con la hélice, hasta la línea de base.
Este origen de las abscisas o de las distancias longitudinales suele ser el mismo que el que se usa para definir la eslora del buque.
Eslora: Es un termino genérico que representa la longitud del submarino. Normalmente en un submarino, la eslora en la flotación o la eslora entre perpendiculares no tienen mucho sentido y se suele usar la eslora nominal o total, que es la distancia (en metros) entre dos perpendiculares, trazadas sobre la línea base, una que es la que sirve para determinar el origen de popa (como en el punto anterior) y otra por perpendicular trazada por el extremo de proa. El objeto de no incluir, en algunos casos, la longitud de la hélice es tener siempre una eslora constante independientemente del tipo y longitud del núcleo de la hélice que se instale, que puede variar en un mismo buque según el tipo de tecnología que se utilice. Además el del casco es un punto más inamovible.
Eslora total: Es la longitud total del submarino, entre sus dos extremos.
Manga: En submarinos la manga es un término poco usado ya que normalmente no expresa con precisión la anchura del buque que mas interesa. Normalmente los timones de buceo de popa, construidos sobre el cono de cierre del casco en popa, sobresalen por los costados. Si se designa como manga la distancia (transversal) de extremo a extremo de los mismos, que es la parte mas ancha de la vista en planta del submarino, este dato no es trascendente ya que no representa la manga o anchura del casco, sino la de sus apéndices. Para definir mejor la anchura del casco, en aquellos submarinos que son monocasco se suele dar el diámetro del casco resistente en la zona mas ancha, medido por el exterior, que suele estar cercana a la parte central de la eslora del buque. En los de doble casco se suele dar como manga la dimensión transversal más grande del casco sin contar con los timones y también el diámetro del casco resistente, que va por el interior, en este caso. No obstante la manga total, con apéndices, sirve para determinar la anchura que deben tener las naves de construcción, de reparación o las defensas de costado, en su atraque a puerto o a otro buque, ya que determina el ancho de la parte que sobresale del buque por los costados. En ambos casos el diámetro del casco resistente es un dato fundamental.
Puntal: Es un término que no se usa en submarinos y se sustituye por una altura, bien sea desde la línea de base o de la quilla hasta la cubierta o hasta la parte mas alta de la vela. Sirve para conocer lo que mide el submarino en sentido vertical, con los mástiles replegados. En adición se tienen la cota periscópica y la cota snorkel, que son las distancias la línea de base del submarino hasta el nivel del mar para las situaciones de navegación en que usan el periscopio o el snorkel. La cota periscópica suele ligeramente mayor que la cota snorkel. En un sentido genérico, coloquial, el puntal es lo que mide el submarino desde el fondo del casco hasta la cubierta más alta, generalmente la cubierta de navegación.
Calado: El concepto de calado es el clásico, es decir, el calado es la distancia que existe entre el punto mas bajo de la quilla y el nivel del mar, con el submarino en superficie y con asiento cero. Si el asiento no es nulo el calado real en el punto mas bajo del casco o de la quilla podrá ser un poco mayor que el nominal. Los submarinos disponen de marcas de calado en proa y en popa. Estas marcas son esenciales para saber si el submarino está pesado o ligero y es necesario comprobarlas cuidadosamente antes de salir a la mar o hacer inmersión, a la salida de puerto, ya que el desplazamiento y el asiento de un submarino, en superficie y listo para hacer inmersión son dos valores constantes y lo mismo pasa con los calados.
Francobordo: El concepto general de francobordo es la distancia que queda desde la flotación de un buque en máxima carga y el canto de la cubierta estanca en el costado. El mínimo francobordo admisible, en buques mercantes, está marcado en el costado. En los submarinos no se considera el francobordo ni se marca, aunque el término se sigue usando para tener una medida de la separación que queda entre el nivel del agua y la cubierta de navegación. Con el fin de no exponer demasiado a la dotación del submarino a los embates de la mar, cuando se navega en superficie y se hacen faenas en la cubierta de navegación, interesa que este “francobordo” o altura sea lo mas grande posible. Los submarinos andan bastante escasos de francobordo por lo que permanecer o trabajar en cubierta, con olas, es arriesgado.
Cota: En un submarino, se denomina cota, de forma genérica, a la distancia que existe entre un punto situado en la línea de base, trazada por el fondo de la quilla, en la abscisa del centro de gravedad, y el nivel del mar. Es decir, la cota determina la profundidad a la que se encuentra el fondo o quilla del submarino, adrizado y sin asiento. Se mide en metros.
Cota máxima operativa: Es la cota máxima a la que un submarino puede navegar en condiciones normales. Esta cota la determina el proyectista. En algunos casos, esta cota está asociada a un número máximo de inmersiones. En otros puede ser independiente del número de inmersiones que se hagan. También se incluyen conceptos como cota permanente (no hay límite de tiempo en la navegación a esta cota) o cota ocasional. En cascos sometidos a gran fatiga se suelen aplicar limitaciones de ciclos o de tiempo, pero lo normal, es que la máxima cota operativa sea permanente y no sujeta a limitaciones por número de ciclos.
Cota extrema, cota accidental o cota de sobreinmersión: Generalmente se prevén unos márgenes en cota máxima operativa para tener en cuenta posibles averías del gobierno, errores de navegación o urgencias por vía de agua, todos ellos involuntarios y que solo suceden circunstancias extraordinarias. Cada vez es más difícil incurrir en una sobreinmersión por error de gobierno o cualquier anomalía mecánica de los timones, ya que los sistemas cada vez son mas perfectos, robustos o provistos con sistemas redundantes de control; sin embargo, la vía de agua por rotura de algún tubo o accesorio mecánico, es difícil de anticipar o de garantizar de que no se produzca y siempre hay un riesgo de que ocurra. Estos márgenes (la sobreinmersión) suelen ser del orden de 50 a 100 m. de acuerdo con los criterios del proyectista. En inmersiones inferiores a la cota extrema, no es de esperar desperfectos importantes pero por encima de ella podrían aparecer, pudiendo a llegar a ser críticos si se supera ampliamente esta cota extrema.
Cota de colapso calculada: Es la cota de destrucción del submarino por el exceso de presión aplicado al casco resistente. Los servicios que están normalmente en contacto con el mar no se 12
consideran como generadores del colapso ya que deben estar cerrados a las cotas que consideramos y además suelen sobrepasar la resistencia requerida. Los prensas y las válvulas de casco, por su gran robustez resisten sobradamente la presión extrema y la de colapso, por lo cual la responsabilidad recae directamente sobre la plancha de forro y las cuadernas resistentes. Esta destrucción, por las características geométricas del casco resistente (forma apléxica sometida a presión exterior) es muy rápida y violenta (implosión) provocando el aplastamiento súbito del casco del submarino y de todo lo que contiene.
Se designa como “calculada” ya que obedece a una determinación por cálculo aunque este esté apoyado o validado por pruebas con modelos, experiencias con estructuras similares, etc. En ciertas ocasiones se ha llegado a probar el casco de un submarino a escala real pero este tipo de pruebas ha caído en desuso ya que los cálculos más actuales dan una precisión bastante aceptable. La cota calculada está siempre sujeta a un margen de error (que siempre se procura sea positivo) debido a factores poco controlables como pueden ser la falta de homogeneidad del material, las tensiones internas, la concentración de tensiones, la zonas afectadas por la soldadura, unos mínimos defectos en las formas, etc. Debido a lo avanzado que está el cálculo de estructuras, en la actualidad no se esperan desviaciones cálculo/pruebas o cálculo/realidad superiores al 5% (por menos) si el casco se construye siguiendo unas normas estrictas.
Cota periscópica: El submarino puede navegar a poca profundidad, asomando solo el extremo del periscopio (la parte superior de la vela sumergida unos dos o tres metros). Al calado en esta situación, es decir a la distancia que existe entre el nivel del agua y el fondo de la quilla, se le denomina cota periscópica.
Cota snorkel: El submarino puede navegar a poca profundidad, asomando solo el extremo del tubo de admisión de aire a motores o tubo de inducción de aire del snorkel, en el cual existe una válvula llamada de cabeza que es por donde se aspira el aire y que tienen unos sensores que ordenan cerrarla si entra mucho agua. La parte superior de la vela va sumergida unos dos o tres metros. Al calado en esta situación, es decir a la distancia que existe entre el nivel del agua y el fondo de la quilla, se le denomina cota snorkel. Esta cota, con los grupos arrancados, debe ser muy vigilada y mantenida para evitar que el agua de mar tienda a entrar por la válvula de cabeza y esta responda cerrándose, momentáneamente, dando lugar a unas depresiones importantes en el submarino que son totalmente indeseables o provocando la parada de urgencia de los grupos.
Misión tipo: Define los días de transito y patrulla, las velocidades y las autonomías correspondientes,
que el submarino es capaz de realizar, como referencia básica.
Las principales misiones que pueden desempeñar los submarinos son:
• Lucha anti-buque o anti-flota de superficie
• Lucha anti-submarina
• Inteligencia
• Bloqueo de zonas o puertos
• Minado
• Vigilancia del tráfico,
• Disuasión, (en tiempos de paz)
• Operaciones con comandos
• Adiestramiento de buques ASW, otros submarinos, helicópteros ASW y Patrulla aérea marítima (sirviendo de blanco),
• Evaluación da tácticas
• Oceanografía (mapas de baticelerometría, de temperaturas)
• Pruebas de equipos.
En cualquier tipo de buque, la Marina o Armada correspondiente tiene que prever y especificar cual va a ser la misión o misiones que el submarino debe desempeñar durante su vida operativa, en lo que se refiere al perfil de navegación es decir, debe fijar los días de transito a la zona de operaciones, la velocidad a la que va a navegar, el modo en que lo hará (en los submarinos convencionales hará transito mixto snorkel-inmersión), los días de patrulla y su velocidad media y los días de transito de vuelta y su velocidad (normalmente iguales que los de ida). Además tiene que fijar un programa de densidades de los mares en los que tiene previsto navegar, así como otros requisitos. Estos trayectos, de transito o patrulla se hacen navegando de forma mixta, es decir periodos “largos” de inmersión seguidos de periodos “cortos” de snorkel (en los convencionales). Si se considera que va a hacer ataques, en caso de un conflicto, hay que estimar y valorar cuantos, de qué duración, a qué velocidad media, etc. Todo ello orientado a poder determinar los días de mar que el submarino debe realizar en cada misión y, consecuentemente, los víveres a embarcar, el combustible que se va a consumir, el agua dulce que es necesario embarcar o producir, los esquemas de mantenimiento abordo, etc. Estimar la misión que un submarino va a realizar realmente en caso de un conflicto está expuesto a muchas incógnitas, por lo que se suelen hacer varias hipótesis, teniendo en cuenta el radio de acción que se pretende que tenga el submarino, las zonas que debe alcanzar, etc. En conclusión, todo queda reducido al final a determinar los días de transito, los de patrulla y las velocidades medias correspondientes, como envolvente de todas las misiones potencialmente previstas. Para los ataques se incluyen unos márgenes o unas reservas de energía (combustible) estimativas. Una vez calculado todo y en lo que se refiere al combustible, se adiciona un % de reserva.
La misión tipo se expresa, pues, como un conjunto de tres parejas de cifras: días de transito ida/ velocidad media transito + días de patrulla/ velocidad media de patrulla t + días de transito vuelta / velocidad media de tránsito. Se puede añadir la reserva de combustible en % del combustible de misión (o alternativamente, que el % de reserva que se desea respecto al combustible total, que no es lo mismo). La misión tipo y el margen de combustible determinan la cantidad de combustible total que el submarino debe ser capaz de portar.
La descripción condensada de una misión tipo es p.e.: 10d/8n + 20d/4n + 10d/8n + 30 % reserva combustible/(de misión o del total). En este ejemplo se considera una navegación de ida a la zona de operaciones de 10 días, un radio de acción de 10 x 8 x 24 = 1920 millas náuticas, poder navegar en la zona operativa alcanzada durante 20 días a 4 nudos de velocidad media, volver a puerto y aún disponer de una reserva del 30 % del combustible utilizado en la misión (o del total de combustible embarcado a la salida, en su caso), para contingencias. La duración total de la misión es de 40 días. No se han considerado ataques en este ejemplo, que podrían estar englobados en le combustible de reserva.
La carga o capacidad nominal (o de misión) de combustible es la que se necesita para efectuar la misión mas los ataques, pero sin márgenes. La carga total necesaria de combustible es la nominal mas los márgenes.
Autonomía total de combustible: Una vez fijada la cantidad total de combustible que el submarino debe llevar o que de hecho lleva abordo, la autonomía de combustible, es la distancia que el submarino puede recorrer en tránsito mixto, a una velocidad especificada, hasta agotar todo el combustible.
Radio de intervención normal: Es la distancia desde la base a la zona del mar que el submarino puede alcanzar para efectuar una actividad, a una cierta velocidad, con ida y vuelta a la base y que se resume en la distancia navegada durante los días de transito-ida de la misión tipo. En el ejemplo anterior son 10 días a 8 nudos, que hacen 1920 millas náuticas.
Radio máximo de intervención: Es la distancia a la que puede el buque llegar desde la base, (con ida y vuelta), gastando todo el combustible, a la velocidad que se especifique y, por consiguiente, equivale al 50% de la autonomía total de combustible a esa velocidad. Es una misión de ida y vuelta, sin días de patrulla ya que el combustible está ajustado.
Autonomía de víveres: Es el número de días que pueden pasar hasta que se agotan los víveres, o el agua potable, para la dotación nominal del submarino, y que se deducen de los días estipulados en la misión tipo (mas un margen de dos o tres días). En el ejemplo anterior son 40 días. No se incluye el margen de supervivencia, a base de comida enlatada. Normalmente la autonomía de víveres es el factor limitador de los días de mar, y no el combustible. Esta autonomía admite cierta flexibilidad, ya que para misiones esporádicas muy largas se pueden hacer sobrecargas de víveres secos o enlatados. Si se dispone de una planta desalinizadora (por ósmosis inversa, etc.) el agua deja de ser un parámetro en el cálculo de la autonomía de víveres, aunque hay que mantener siempre una reserva de seguridad.
Batería de acumuladores: Es el sistema que almacena la energía eléctrica abordo, restituyéndola continuamente a los cuadros que alimentan los diversos consumidores (propulsión, auxiliares, convertidores de corriente alterna/corriente continua, etc.). Se le denomina “la batería” (de acumuladores), en singular o “las baterías” y están organizadas en grandes grupos de elementos individuales, conectados entre si en serie. El número de elementos por grupo puede variar de 160 a 200 unidades, con voltajes de salida del orden de 320 a 400 V de corriente continua, por grupo. El numero de grupos es de dos o de cuatro, normalmente dos. El peso de cada elemento puede oscilar entre 500 y 800 kg, con unas dimensiones que pueden ser de 360 x 500 mm de base por 1,25 m de altura, por elemento. La conexión entre los elementos se efectúa por medio de unas gruesas pletinas de cobre.
En todos los casos, salvo en snorkel con los grupos arrancados, la batería se va descargando y con el objeto de mantener un mínimo de carga en ella, a efectos de poder disponer de una reserva de seguridad o táctica, es necesario proceder a su recarga. De vez en cuando, en los plazos que el fabricante especifique, las baterías tienen que recibir un tratamiento de regeneración a base de unas cargas escalonadas más unas cargas lentas, etc.
Coeficiente o tasa de indiscreción: Es un concepto usado exclusivamente en los submarinos convencionales. Como se ha dicho, las baterías hay que recargarlas y, además, conviene que sea de forma rápida, cuando se navega.
Esta recarga, cuando se hace en la mar, debe realizarse forzosamente con los grupos diesel-eléctricos de abordo, y para que estos puedan funcionar, el submarino debe estar en contacto con la atmósfera. Este contacto se hace a través del snorkel, para que la detección visual del submarino sea mas difícil para el adversario, aunque debido al ruido importante que generan los grupos diesel, la emisión acústica es fuerte y el submarino podría ser detectado con cierta facilidad. Asimismo, los gases de escape, calientes, que se arrojan a la atmósfera (aunque se intentan refrigerar) son una fuente de rayos infrarrojos que pueden ser potencialmente detectados, dando lugar a que el submarino pueda ser localizado y perseguido.
Debido a estas consideraciones, la marcha en snorkel con los diesel a toda fuerza, se considera como una situación “expuesta” del submarino, o situación indiscreta, en contraposición con la situación de inmersión, a gran profundidad, que se considera una situación discreta (aunque el submarino pueda ser también detectado, si se dispone de los sensores adecuados, pero es mucho más difícil y aleatorio).
Por consiguiente, cuando el submarino navega, ya sea en tránsito o en patrulla, debe salir de forma periódica a cargar baterías, (no es necesario que sea una periodicidad perfecta, hay mucha flexibilidad en esto). A mayor velocidad media de navegación en inmersión, mayor es el desgaste o descarga de la batería por hora navegada, por lo cual la recarga conviene hacerla más frecuentemente. Así se crean ciclos, para cada velocidad, que se componen de por ejemplo 3 horas en inmersión seguidas de 45 minutos en snorkel, para recargar baterías y así sucesivamente. En estos 45 minutos se recarga la porción de energía que se tomó de la batería en las 3 h + 45 minutos invertidas en el ciclo, con el objeto de que la batería quede al mismo nivel de carga que al principio. La carga - descarga de la batería sigue, por consiguiente, un perfil de diente de sierra. Las velocidades en inmersión y en snorkel no tienen porqué ser las mismas, pero combinadas darán lugar a una velocidad media o SOA (speed of advance).
El coeficiente de indiscreción se define entonces, para una cierta velocidad media, como el cociente entre el tiempo que invierte el submarino en recargar las baterías, en snorkel, y el tiempo total del ciclo completo. Por ejemplo en el caso anterior el coeficiente de indiscreción sería de 45/(45+180) = 0,20 o 20%.
Este concepto de coeficiente de indiscreción es el básico. Respecto a este hay muchas variantes. Hay proyectistas que asumen que si se considera que los 45 minutos anteriormente fijados de snorkel corresponden al tiempo que el mástil de inducción de aire está izado, el tiempo de indiscreción real debe ser mayor ya que el submarino debe antes ascender a superficie, gobernar para ponerse a cota snorkel, etc. A la inversa, hay proyectistas que consideran que el tiempo de indiscreción real es menor que los 45 minutos de la referencia ya que el ruido solo empieza algunos minutos después de izar el snorkel, ya que ha habido que preparar motores, etc. y eso lleva un tiempo. El tiempo de estas preparaciones se denomina tiempo muerto. Así, según el tiempo muerto considerado, surgen múltiples formas de calcular el coeficiente.
El coeficiente de indiscreción típico de un submarino, a 8 nudos (SOA) es del orden del 20% y del 5 al 6% a la velocidad económica de 4 nudos. O sea que, a 4 nudos, se puede navegar durante 24 horas, con solo dos periodos de snorkel de unos 45 minutos cada uno. O bien se puede navegar durante 24 horas con un solo periodo de snorkel de 1,5 horas (con la salvedad de que algunos estados de carga de la batería no admiten un tiempo de carga rápida tan extenso, por gaseo o saturación).
Lo que si es cierto es que una vez izado el snorkel, el arranque y la puesta en carga de los grupos generadores puede llevar varios minutos, dependiendo del numero de grupos de que se trate, la tecnología de estos, sus estado (frío o caliente), la tecnología de los alternadores que mueven, la automatización efectuada, es decir todos los factores que determinan su capacidad a entrar en carga al 100% rápidamente, una vez arrancados. Esto significa que el tiempo real o efectivo de carga siempre es menor que el tiempo de indiscreción visual. Tiempos carga superiores a 45 o 50 minutos se consideran altos, en vista a las probabilidades de ser detectados por los medios del adversario, (aéreos o buques) según cánones que ya se consideran clásicos.
El coeficiente de indiscreción es además un índice que se corresponde con la potencia de grupos instalada a bordo. Estos grupos efectúan lo que se llama la carga rápida de la batería, a gran intensidad, y que está sujeta a unas leyes. A menor coeficiente indiscreción, mayor potencia es necesaria para restablecer el estado inicial de la batería, para un régimen de marcha dado. A veces hay que limitarse a obtener unos coeficientes de indiscreción moderados, no todo lo pequeños que sería deseable, ante la imposibilidad de instalar una planta diesel-generadora del tamaño requerido, ya que la gama de motores diesel adaptados a submarinos no es muy grande en el mercado y no se contempla instalar una planta con grupos que no sean idénticos. Así hay que elegir entre montar dos, tres o cuatro grupos que tengan una cierta garantía, al haber sido ya probados en otras construcciones. En la práctica, lo que se fija primero es la composición y potencia de una planta diesel que sea viable (por la disponibilidad de unas maquinas adecuadas en el mercado) y que encaje bien en la disposición general y luego se comprueba la admisibilidad o la conveniencia de adoptar los coeficientes de indiscreción resultantes.
Autonomía de la batería: En inmersión, la batería es la encargada de suministrar la energía de abordo para la propulsión y auxiliares. Al depender la distancia que se puede navegar en inmersión de la capacidad de la batería, esta autonomía es un factor muy importante y crítico en submarinos. Tomando, como hipótesis, que la batería se encuentra en un momento determinado cargada al 100%, la autonomía total proporcionada por la batería, a una velocidad especificada, es el tiempo (o/y la distancia) que el submarino puede navegar, a esa velocidad (constante, en inmersión profunda), hasta que la batería se agota totalmente. En este cálculo interviene el consumo de la propulsión, que es función de la velocidad (y que tiene un valor constante y conocido) y el consumo de auxiliares, que puede tomar una multiplicidad de valores según el estado de marcha de los equipos de abordo que deben o que pueden potencialmente funcionar en inmersión. Debido a la indeterminación que este consumo variable de auxiliares produce en el cálculo de la autonomía, se han debido normalizar unos estados de los servicios, que se resumen en un “consumo normal de auxiliares” y un “consumo estricto de auxiliares”. Estos estados y los consumos correspondientes son objeto de un estudio detallado de aquellos equipos que deben estar forzosamente en servicio en inmersión y de aquellos que eventualmente deben estarlo o conviene que lo estén. El consumo estricto sin embargo admite muchas interpretaciones y variaciones ya que nos solo depende del proyectista sino de la capacidad de sacrificio de la dotación y del tiempo que este consumo estricto debe ser mantenido. Por ejemplo, el servicio de aire acondicionado, puede admitir diversos regímenes de marcha que pueden ser discutibles en función de la temperatura ambiente del mar, el sistema de combate puede admitir una gran número de modos de operación y, por consiguiente, de su consumo eléctrico, etc. En general, el consumo normal de auxiliares es del orden de unos 90 a 120 kW para un submarino de tamaño medio, si se mantiene una cierta disciplina en el uso de los sistemas y el consumo estricto del orden de 35 a 60 kW.
La estimación exacta del consumo de auxiliares tiene relativamente poca importancia cuando las velocidades que se estudian son altas, ya que los consumos de la propulsión son mucho más grandes y los errores quedan difuminados en el cómputo total del consumo. Así por ejemplo, a unos 10 nudos, el consumo de la propulsión es del orden de unos 500 kW, con lo cual el impacto de tener 90 o 110 kW de consumo de auxiliares en la suma de ambos es pequeño. Por el contrario, a unos 3 a 4 nudos, el consumo de la propulsión es de solo unos 40 a 50 kW, con lo cual la influencia de tener 90 o 110 kW de auxiliares es sustancial, en la determinación del consumo total.
La autonomía de la batería típica de un submarino moderno, con un peso de batería del orden del 15% del desplazamiento en inmersión, que se considera una cifra relativamente elevada, es de 1,2 a 1,8 horas a 20-22 nudos y de unas 120 a 140 horas a unos 4 nudos, para una descarga total de la batería. La velocidad de marcha lenta (unos 4 nudos) se optimiza para que la distancia recorrida, por kWh consumido por la propulsión, sea la máxima, derivado del hecho que el rendimiento de motor propulsor sigue un trazado ascendente a regímenes bajos.
Estas autonomías sin totalmente nominales, de referencia, ya que ni la batería va cargada al 100% de forma permanente, en absoluto, ni es conveniente descargarla totalmente.
Dotación: Es el número nominal de tripulantes del submarino. Determina el volumen de alojamientos, la capacidad de las cámaras, número de literas, aseos, duchas, WC, la cantidad de víveres, de agua dulce, etc. que el submarino debe llevar. A veces se incluye un número de tripulantes adicionales, tal como alumnos, agentes de operaciones especiales o supervisores que deben ir en el submarino, con carácter esporádico. Para estos, dado el pequeño volumen disponible para la acomodación, típico en estos submarinos, se buscan alojamientos de fortuna, normalmente entre los huecos que quedan libres entre las estibas de torpedos, en el local TLT, que es la zona mas abierta y tranquila del submarino.
La dotación se determina de forma detallada en función de las guardias y de los puestos de servicio de abordo. Puede estar dictada bien por el servicio normal/guardias o por las necesidades previstas en un zafarrancho de combate, que exige tener muchos puestos en servicio. Influye en bastante grado la automatización de los sistemas, aunque una automatización excesiva puede ser contraproducente. De hecho en una guardia normal, la mayor parte de la dotación se concentra en el puesto de control del buque, quedando solo unos o dos hombres de ronda para la vigilancia general de las máquinas y equipos. Se podría decir que el submarino se controla exclusivamente desde el Puente, de forma rutinaria.
La dotación normal en un submarino convencional moderno oscila entre 24 y 36 hombres, que ya es un merito pues, si se exceptúan aquellos que no hacen guardias, o mejor dicho, los que están a guardia permanente, resulta unos 7 a 10 hombres por guardia que, para atender a todo el buque y al sistema de combate básico, son realmente escasos, ya que los sistemas que deben estar en servicio son muchos y complejos. Y si además hay que efectuar el lanzamiento de armas son necesarios varios hombres más.
En la determinación de dotación necesaria interviene grandemente la automatización de los sistemas del submarino pero los puestos operativos que exigen un hombre a cargo, son significativos. El sistema timonel y de plataforma exige un mínimo 5 personas, el de navegación 1 persona, y el de combate al menos 6 personas, para atender a las consolas, ello sin contar las requeridas por el lanzamiento de torpedos, manejo de las estibas, puesta apunto de las ramas, etc. Además no se puede o no se debe automatizar todo y si está automatizado hay que prever un mando manual a distancia o local, directo y determinar quién lo va a manejar y como, si llega el caso.
El submarino es un conjunto de sistemas muy completo y ramificado. Muchos sistemas están controlados por sensores que suelen ser elementos delicados frente a los choques, la humedad ambiente, el calor o la vibración. Si en algunos de estos los sistemas hay avería en el mando, por fallo técnico o agresión exterior, debe recurrirse a estos sistemas manuales y directos y ello exige, (aparte de conocer con exactitud y precisión el funcionamiento de cada equipo, cosa que suele olvidarse con frecuencia si el aparato o sistema en cuestión está totalmente automatizado) que deban dedicarse muchas manos a la tarea de mantener en servicio unos sistemas con fallos. Hay sistemas incluso, que no se pueden dejar exclusivamente en manos de ciertos autómatas que de fallar podrían tener resultados catastróficos, al producirse un galimatías de señales de control. En otros casos, y bajo a hipótesis de que el operador, el hombre, también puede fallar, se incluyen inter-locks, bloqueos o mecanismos que impiden falsas maniobras y deben ser desactivados manualmente haciendo cierto esfuerzo muscular o teniendo que usar ciertas llaves especiales, con el objeto de que el operador sea plenamente consciente de lo que realiza.
En resumen, la seguridad operativa es una disciplina que debe estar presente en el diseño y en el manejo de los sistemas que se instalan abordo, al menos en los más críticos y responsables.
➤Características generales
En lo que sigue nos referiremos a los sumergibles o submarinos de uso militar. Los submarinos de uso civil o comercial serán tratados en capítulo aparte.
Los submarinos de uso militar son plataformas destinadas a portar una serie de armas que le son afines. Pueden portar y disparar torpedos y misiles (antiaéreos, anti-buque, hacia blancos terrestres), y depositar minas, así como efectuar señales con lanzabombetas, interferir o desorientar las armas dirigidas contra ellos, mediante señuelos. Existen misiones complementarias que pueden consistir en vigilancia de zonas marítimas, labores de inteligencia, seguimiento, colocación de sensores submarinos, asistencia a otros buques en el mar, transporte de mercancías de alto valor militar, pueden portar mini-submarinos y hombres-rana para operaciones especiales, demoliciones, etc. En ciertos casos los submarinos se han utilizado como fuente de suministro de combustible, víveres y pertrechos de otros submarinos ya desplegados. Los submarinos por sus propiedades de ocultación son muy adecuados y propicios para efectuar operaciones encubiertas.
En ciertos casos pueden disponer de artillería de calibre medio destinada a atacar blancos desarmados o poco armados, o poseer artillería antiaérea, pero eso es ya historia, probablemente.
La “suite” de armas debe estar controlada y gestionada por un Sistema de Combate en el que pueden contarse todo tipo de sonares pasivos, activos y de telemetría, de varias frecuencias de escucha, y una multitud de procesadores, analizadores y discriminadores.
Durante la primera mitad del siglo pasado los submarinos, más bien sumergibles, navegaban casi todo el tiempo en superficie, por consiguiente los requerimientos de movilidad, las armas, las cualidades operativas y de maniobrabilidad y, sobre todo, las formas del casco estaban dictados principalmente por este modo de navegar. Puesto que escapar y evadirse de los navíos o aviones adversarios se conseguía, fundamentalmente, a base de efectuar una inmersión rápida, este parámetro era mas importante que en los submarinos actuales, que raramente (o nunca) navegan en superficie, (aunque sí muy cerca de ella). Esto implicaba una arquitectura de los tanques de lastre y sus servicios, que estaba dirigida a que aquellos pudieran inundarse a gran velocidad, para favorecer el descenso, así como disponer de unos timones de buceo amplios, o a emplear “tanques especiales de inmersión rápida” que a veces eran mortales para el mismo submarino. Los submarinos actuales, mas “submarinos” que sus predecesores ya no necesitan efectuar maniobras de inmersión o ascensionales tan rápidamente y eso ha influido en la forma de inundar los tanques de lastre, (mas lenta) y en los timones de buceo. En estos, sin embrago, se han impuesto otras condiciones, mas duras, como puede ser el control y mantenimiento de la cota en navegación snorkel en un mar con olas, que debe ser muy precisa y el poder navegar así durante largos periodos, lo que exige ciertas condiciones técnicas si no se quiere exponer a la dotación a cambios de presión bruscos. Esto corre a cargo de unos timones de buceo de proa que deben ser amplios y dotados de un control automático de profundidad. Aún así la cota suele oscilar bastante ya que las fuerzas alternadas que recibe el buque son bastante grandes, navegando en snorkel, con olas.
Con respecto a las zonas operativas, los submarinos que deben efectuar misiones costeras, en aguas poco profundas normalmente (aunque en el Mediterráneo la plataforma costera desaparece a las pocas millas de la costa), conviene que sean pequeños y maniobrables por estar expuestos a las minas o a las varadas involuntarias, sobre todo en caso de litorales con mareas abundantes.
Las zonas de patrulla situadas a grandes distancias de la base y con largos periodos de estancia en la mar, exigen submarinos oceánicos, es decir submarinos muy autónomos, muy bien pertrechados, provistos de mucho combustible y víveres, con muy buenas comunicaciones y con unas condiciones de habitabilidad mejoradas.
Aquellos que deban transitar o patrullar en aguas tropicales deberán disponer de los servicios adecuados para combatir el calor: aire acondicionado potente, plantas de agua dulce de un generoso caudal, bombas e intercambiadores de calor, de refrigeración de la propulsión y de los equipos, sobredimensionados, etc.
Los sistemas y aparatos más propensos a fallar con el calor son todos los eléctricos y electrónicos. Hay que reducir el sufrimiento de la dotación que deba permanecer en el interior de locales típicamente muy calurosos, incluso con clima templado, como puede ser el local del motor eléctrico de propulsión (MEP), el local de los diesel-generadores, el de los auxiliares, etc.
Aquellos que deban operar en zonas muy frías o polares deberán tener en cuenta la formación de hielo en las cubiertas y el peso alto que ello representa, la congelación de las tomas de aire del snorkel, la congelación de todo tipo de aparatos y mecanismos situados en el exterior del submarino y la gran condensación del vapor en el interior del submarino, lo que exige espesores importantes de forrados térmicos. Se debe disponer de calentadores y enseres apropiados para la dotación.
Los sistemas y aparatos más propensos a fallar con el frío son todos los mecánicos y los hidráulicos, por congelación que suelen bloquearse, agarrotarse o no lubricarse correctamente. Hay que considerar el sufrimiento de la dotación que deba salir al exterior del submarino, vigías, maniobra de cubierta, y que estará sometida a un frío intenso.
Por consiguiente diseñar un submarino para unas condiciones climáticas dadas o y especialmente si el objetivo es un submarino para ser utilizado de forma universal, exige conocer muy bien las características del material, aparatos, equipos y sistemas a fin de poder asegurar su buen comportamiento en las condiciones mas extremas (para esto se especifican una serie de condiciones del medio, que deben cumplir), y dimensionar con amplitud todo aquello relacionado con la habitabilidad y el confort de la dotación. Todo esto esta reflejado en las especificaciones de exigencias, impuestas la material y a los sistemas junto con otras muchas.
Respecto al tipo de construcción, inicialmente todos los submarinos eran monocasco, como el de Isaac Peral o el de Laubeuf, que eran monocascos puros, es decir toda la parte externa visible era casco resistente. Mas tarde, durante el siglo XX se generalizó el uso de submarinos de doblecasco, con un casco interior más o menos simple rodeado de un doble casco. La zona inter-cascos es muy útil para almacenar el combustible, para los lastres principales, para el lastre fijo, para el lastre largable y algunos equipos.
En tiempos recientes, en el campo convencional, se ha generalizado la construcción de buques monocasco, ya que se ha conseguido que en los extremos del casco (en la zona doblecasco) se puedan meter los lastres y otros equipos exteriores aunque el combustible ha debido pasar al interior, en su mayor parte. El objeto ha sido simplificar la construcción y el mantenimiento, pero a base de complicar el proyecto, ya que armonizar los pesos, equilibrar los lastres, etc. está sujeto a unos más grandes condicionamientos. En los doblecasco, el peso de acero que es necesario aplicar para construir el submarino completo es más alto así como el coste de producción asociado a este. En los monocasco se ahorra la construcción de la envuelta exterior y al quedar el 80% del casco resistente a la vista, la inspección y el pintado del casco resistente son mucho más sencillos y directos. En los submarinos doblecasco que no son excesivamente grandes, el espacio que queda entre los dos cascos es muy estrecho, lleno de cuadernas, refuerzos y mamparos ligeros, o sea, obstrucciones. En resumen, la inspección, la revisión, la reparación y el pintado de este casco y el interior es mucho más penosa e imperfecta.
Por contra, en los monocasco hay que estibar todo o casi todo el combustible en el interior del submarino, que deberá ir preferentemente en zonas bajas o espacio de bajo aprovechamiento para otros fines.
En los submarinos nucleares se ven construcciones que emplean tanto el monocasco (mixtos) como el doblecasco, siendo los soviéticos los más propensos a la construcción de submarinos del tipo doblecasco que los norteamericanos, ingleses o franceses. Realmente en los nucleares no está justificada del todo la construcción doblecasco ya que apenas hay fluidos que almacenar en el exterior del submarino, salvo los lastres principales o la necesidad de disponer grandes antenas sonar o sensores varios insertados entre los dos cascos. En la zona del reactor o reactores se suelen incluir unas zonas de doble casco, limitadas, como protección mecánica y aislamiento antirradiación.
Respecto a la forma exterior de los submarinos, se aprecia que en los submarinos occidentales la vela es estrecha y prominente, mientras que en los soviéticos la vela es achaparrada y mas ancha, con radios de acuerdo con el casco bastante amplios. Son dos formas de enfocar el problema del acceso por alto al buque y de los equipos que deben ser incluidos dentro de esta.
Desde el punto de vista hidrodinámico una vela prominente presenta una mayor resistencia al avance, en general, pero el merito de la vela o la necesidad, es acoger en su interior una gran cantidad de mástiles de unas longitudes considerables y algunos sensores.
Los submarinos convencionales que tienen que llevar snorkel, montan una vela muy alta y por encima de esta sobresale el mástil del snorkel y las antenas cuando están desplegadas. Tiene la ventaja este tipo de vela que el acoplamiento submarino-superficie del mar es menor y menor es la resistencia al avance del cuerpo del submarino, por formación de olas. Asimismo, una vela de gran altura permite disponer unos mástiles más largos, no penetrantes, es decir con un menor número de penetraciones del casco resistente con los consabidos riesgos de fugas y pérdidas. En los submarinos nucleares no está demasiado justificado que la vela sea muy alta, ya que su misión debe discurrir siempre en aguas profundas, pero todos los submarinos occidentales llevan la vela típica, de bastante altura, ya que aún no pueden prescindir de los periscopios y los numerosos mástiles de antenas que allí se alojan.
En gran parte de los casos la vela, cuando está muy aproada, sirve como soporte de los timones de buceo de proa. Esta disposición es muy efectiva desde el punto de vista hidrodinámico y además evita que los timones sobresalgan por los costados.
En los Vanguard ingleses (SLBN) estos timones están situados en el cuerpo de proa y lo mismo pasa en los nuevos SSN Clase Virginia, de EEUU, lo que permite perforar con la vela una capa de hielo y así poder emerger, sin obstáculos.
P. Sosa. © 03-2007
