246 Los tanques principales de lastre son una parte integrante e

Los tanques principales de lastre son una parte integrante e importante de las
estructuras exteriores y merece una atención particular por su responsabilidad. Estos
tanques son los que permiten que sumergible ascienda a superficie desde la situación de
inmersión y que permanezca en ella, flotando, un tiempo indefinido, por lo cual que, si
estos se averían o se perforan, el sumergible se hunde en mayor o menor grado, según
sea la gravedad de la avería.
A la inversa, cuando voluntariamente se vacían de aire (se abren sus válvulas de
ventilación, el sumergible hace inmersión, pero para que ocurra esto de forma controlada
(es decir se obtenga el equilibrio neutro en la ecuación de empuje=peso) el buque debe
disponer, en ese momento, de un estado de pesos adecuado, que debe ser comprobado
obligatoriamente antes de hacer inmersión. En superficie son posibles estados de peso
que no son coherentes con el estado de pesos de inmersión con flotabilidad neutra, que
es uno muy concreto e invariable. Igualmente, para que el sumergible, una vez en
inmersión y con flotabilidad neutra navegue con un asiento cero es necesario que la
posición longitudinal del centro de gravedad sea la conveniente (estar en la vertical del
centro de carena).
Hay varios tipos de arquitectura del sistema de los tanques de lastre. El más clásico, ya
en desuso, consistía en tener unos tanques (de lastre), cerrados por válvulas, que
estaban vacíos en la situación de superficie. Al llenarlos de agua, mediante bombas o por
inundación natural (a través de unas válvulas de fondo conectadas con el mar), el
sumergible pesaba más y se sumergía, poco a poco, hasta la inmersión completa.
Inversamente, cuando el agua de estos tanques se vaciaba, el sumergible pesaba menos,
y este ascendía a la superficie. El proceso era lento, ya que había que disponer de unas
bombas de achique, de una relativamente alta capacidad, con el consiguiente consumo de
energía, que debía ser tomado de las fuentes energéticas eléctricas de abordo. Estamos
hablando de principios del siglo XX.
A partir del primer tercio del siglo XX, estos tanques se llenan de agua por inundación
natural (por unos orificios medianamente grandes situados en el fondo) y se vacían
mediante una inyección de aire comprimido dentro de los tanques, (denominado
“soplado”), insuflado mediante unas boquillas, que es un método mucho más rápido y
efectivo, pero que exige disponer de un almacenamiento de aire comprimido abordo. Es
un método mundialmente aceptado y aplicado. En inmersión los tanques van
completamente llenos de agua y en superficie totalmente llenos de aire, (o medio llenos,
ya que podrían llevar un llenado parcial de aire, p.e. un 80% de aire y el resto de agua).
Existen dos tipos de soplado, el normal y el de emergencia. Existen además soplados
parciales o diferenciales cuando se trata de corregir escoras o asientos, en caso de una
avería ligera de uno de ellos. Cuando se utiliza el soplado de tipo “normal”, los tanques
principales de lastre son soplados (vaciados) con un caudal moderado de aire y a una
profundidad muy ligera (la parte alta del sumergible casi a ras de agua). La maniobra de
ascenso hasta las proximidades de la superficie se efectúa preferentemente utilizando la
propulsión (empujadores, etc.) y es entonces cuando se soplan dichos tanques para pasar
a la situación de superficie.
En caso de tener que ascender urgentemente a la superficie, en emergencias, desde una
gran profundidad, el soplado normal no es suficiente, es muy lento, y entonces se puede
realizar lo que se llama un soplado de emergencia, mucho mas vigoroso que el normal, lo
que exige que se tengan unas boquillas de soplado mas grandes y un grupo de botellas
de aire específicas para este fin, que deben estar permanentemente cargadas. Puesto
que el aire es compresible, a gran profundidad, la burbuja de aire que se forma dentro de
los tanques, es de mucho menor volumen que el de estos. Tiene un tamaño diferente
según la cota a la que se realiza el soplado y por consiguiente le empuje ascendente que
proporciona también lo es. La burbuja de aire, primero es pequeña y después se va
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expandiendo, conforme el sumergible asciende, hasta que el exceso de aire sale por los
orificios de fondo.
Este soplado exige un sistema de soplado extra y sus respectivas botellas que no está
justificado en los submarinos pequeños, prefiriéndose el largado de plomos de seguridad
que es un sistema más sencillo, con menores servidumbres y que proporciona un empuje
ascensional constante e inmediato, independiente de la cota.
En ciertos casos, en sumergibles de un cierto porte, el soplado de emergencia se
encomienda a unos generadores de gas, (a base de hidrazinas) que se instalan en el
interior de los correspondientes tanques de lastre y que proporcionan un empuje muy
vigoroso cuando se activan. Son de un solo uso.
Soplado de tanques para emerger y hacer superficie
Apertura de las válvulas de purga, en superficie, para hacer inmersión
Los tanques de lastre pueden ir integrados con el resto de la estructura, bien sea
directamente soldados al casco resistente, (formando un conjunto con la cubierta o no), o
pueden ser elementos independientes, situados alrededor del casco, (carenados por una
envolvente o no).
Si van soplados, que es lo normal, esto supone una presurización interior y un esfuerzo
importante aplicado sobre las paredes de los mismos y deben calcularse como recintos
presurizados interiormente. Si, además, se utilizan para el soplado de emergencia, la
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presión de cálculo debe incrementarse, ya que es un soplado mucho más potente y
produce una mayor presurización del agua que contienen.
Cada uno de estos tanques, (en número 8, 10 o más), tiene los siguientes elementos,
cuando están diseñados para el tipo de “soplado normal”:
•
•
•
un tubo y boquilla de entrada de aire comprimido, en la parte superior
una válvula de ventilación (de purga de aire a la atmósfera), en la parte superior,
con rejilla.
un orificio en el fondo de los tanques, del tamaño requerido, con rejilla.
La entrada superior de aire está compuesta por un tubo terminado en una boquilla o
tobera calibrada que permite introducir, (cuando se accionan las válvulas de soplado
correspondientes), un flujo prefijado de aire dentro de cada tanque que, al cabo de unos
segundos, permite vaciarlos parcial o totalmente de agua, (con la válvula de ventilación
cerrada), a través del orificio situado en el fondo del tanque. Esta maniobra ocasiona la
emersión del sumergible.
Los tanques, en superficie, una vez soplados, se mantienen ligeramente presurizados, de
forma natural, con el aire residual que queda dentro de ellos, (a la presión hidrostática
existente a la cota de los orificios del fondo). Si, estando en superficie, las válvulas de
ventilación de los tanques se abren, el aire sale raudo por las mismas, el agua penetra por
los orificios inferiores de los tanques, y el sumergible se sumerge.
Conviene que las válvulas de mando de soplado de cada tanque sean independientes,
primero para asegurar que el aire se inyecta convenientemente en cada uno de los
tanques requeridos y segundo, para poder efectuar soplados de relleno, o diferenciales, a
conveniencia, de algunos tanques específicos para corregir escoras/asientos, si el caso lo
requiere.
El aire introducido en los tanques por la boquillas, proviene de unas botellas de aire
comprimido de alta presión (150, 200, 250 bar), previamente cargadas, que pueden estar
situadas en el interior o el exterior del casco resistente, con mando en el interior del
sumergible. El caudal de aire inyectado, a alta presión, y que se expande a la salida de las
boquillas, en función de la contrapresión existente, obliga a que el agua que está en el
interior de los tanques salga por los orificios del fondo, a una cierta velocidad. Según sea
el caudal inyectado, así será la velocidad de salida del agua por los orificios, que deben
estar proporcionados al flujo necesario, para que el agua pueda salir sin que sea precisa
una excesiva sobre-presión de aire, (lo cual implicaría tener tanques más robustos).
En la maniobra de soplado tenemos entonces dos flujos: el de aire que entra y el del agua
que sale y una superficie libre en los tanques, que va trasladándose verticalmente.
Para hacer inmersión, por el contrario, hay que abrir las válvulas de purga de aire situadas
en la parte más alta de los tanques, que deberán poder dejar pasar y evacuar todo el aire
contenido en el tanque en el tiempo prescrito. Este flujo de aire está presurizado por el
agua que entra en cada tanque, impulsada por la presión hidrostática exterior,
relativamente ligera, y así se continúa hasta que se llenan de agua todos los tanques.
Estas maniobras someten a los tanques principales de lastre a una sobre-presión
temporal (soplado) y a otra permanente, (en superficie, mas ligera), que hay que evaluar,
con el fin de que no se deformen o estallen, lo cual sería muy grave.
En conclusión, en el caso de soplado, para hacer salir el agua con una cierta velocidad,
hay que presurizar el interior del tanque con una sobre-presión que puede oscilar entre de
200 y 1000 mbar (incluso mas, en los sumergibles muy grandes). Esta presión depende
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del caudal de aire inyectado, del puntal de los tanques de lastre, de su volumen y del
tamaño de los orificios del fondo.
Esta es la presión interior que deben poder soportar los tanques de lastre y a la que debe
responder su dimensionamiento estructural. Si se instala un soplado de emergencia la
resistencia debe ser bastante mayor.
El vaciado de aire de los mismos, por escape natural, los expone a sobre-presiones
similares o mas moderadas a las que existían en situación de superficie y no se tienen en
cuenta para cálculo.
En el Apdo. del Sistema de Lastres Principales, se darán métodos sencillos de cómo
calcular esta presión interior de forma aproximada, los tiempos de llenado y vaciado, etc.
En este apartado de estructura lo que hay que retener es la presión a la que deben ir
calculados y determinar el escantillonado correspondiente.
Los tanques de lastre se pueden construir en acero, soldados al casco principal, por los
costados, en la parte alta, con formas de cajón, con secciones prismáticas más o menos
redondeadas. Se denominan tanques de “orejas”, por su disposición respecto al casco
principal. El dimensionamiento de sus refuerzos y espesores de plancha, para la presión
de soplado que resulte, puede hacerse con las mismas formulas que se emplean en la
cubierta, que son aplicables a todos las planchas apoyadas en los bordes, en caso de que
sean prismaticos. En este caso, la presión, siendo mucho más alta, (> 2000 kgf/m2) los
espesores resultantes de plancha y refuerzos son bastante mayores, para un espaciado
similar de los refuerzos.
En el caso de tanques integrados al casco, (denominados estructurales), como los
anteriores, de acero, se pueden tener dos problemas:
1) Al existir algunas paredes planas, (construirlos con formas redondeadas es mas
complejo) los momentos flectores que se generan en los refuerzos y en las
planchas, incluso para una presión interior modesta, son bastante elevados, por lo
cual el escantillonado resultante es relativamente pesado, aunque se ahorra la
parte que está en contacto con el casco resistente, que hace de pared interior del
tanque.
2) El acceso al interior para su inspección, rascado y pintado se rinde difícil, si existen
cuñas, por lo que hay que dotarlos de unos registros de inspección que sean lo
suficientemente grandes, para permitir estas labores.
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Estos tanques están alternativamente en contacto con el agua y el aire, por el interior, y
están sujetos, como pasa con la parte del casco de la banda de la flotación, a una
velocidad de corrosión más alta de la normal, si son de acero, por lo cual deben estar
pintados con bastante capas de antioxidante y disponer de un buen margen de corrosión
en sus espesores y deben ser inspeccionados regularmente. De su integridad depende
que el sumergible flote.
Una alternativa muy corriente es fabricarlos como recintos independientes del casco
principal, adosados y anclados a este mediante puentes o enlaces mecánicos. Esto
permite desmontarlos, en las revisiones, y así poder reconocer cómodamente el tramo de
casco resistente que queda oculto. Asimismo, estos tanques sueltos se pueden manipular
e inspeccionar mejor, una vez desmontados, en Taller.
Sumergible Jan-Rio de Mario & Sylvain
Lamirande
Todos los tanques deberán llevar en los
orificios del fondo unas rejillas que impidan
que puedan entrar plásticos o residuos
varios dentro de los tanques, que podrían
obturar las válvulas de ventilación de aire,
cuando estas se abren, impidiendo
posteriormente su cierre hermético, y
dando lugar a la imposibilidad de volver a
rellenar dicho tanque con aire, lo cual es
un incidente grave. Lo mismo es aplicable
a los tubos de escape de aire, (postválvula) aunque es más difícil que
produzcan un atrancamiento (están aguas
abajo del flujo de escape y normalmente
las obstrucciones osn arrastradas hacia el
exterior).
En el posicionamiento de los tanques de
lastre, dentro de la disposición general del
sumergible, hay que tener en todos estos
varios factores. El resultado final es un
compromiso entre varios conceptos y
condicionamientos, algunos de ellos
contrapuestos, por lo que la decisión final
recae en el proyectista, que efectuará su
disposición de acuerdo a su buen criterio.
Los principales conceptos y exigencias aplicables a su diseño y dimensionamiento son los
siguientes:
1) Hay que tener perfectamente claro que, en el caso de sumergibles con casco
cilíndrico, el centro de carena está muy próximo al eje de revolución del cilindrocasco y que, en inmersión la estabilidad solo se logra reduciendo la altura del
centro de gravedad de los pesos, es decir situando el centro de gravedad lo mas
alejado posible del centro de carena, por debajo de el. En superficie ocurre una
cosa similar, el metacentro, considerando un cilindro simple, vuelve a estar muy
próximo al eje de revolución del cilindro-casco. Para aumentar la distancia BG, en
inmersión, (el c. de. gravedad del acero del casco está en su eje) hay que intentar
a situar los equipos y materiales pesados en posiciones muy bajas y
eventualmente e instalar elementos que provean una flotabilidad extra en las
partes altas del sumergible, en el exterior del casco. Para aumentar el GMT, en
superficie hay que situar elementos flotantes en posiciones muy altas, que
intersecten la flotación, y de gran manga, para que el valor del radio metacéntrico
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(ρ= I/V) sea grande y así ayudar a que el GMT se lo mas elevado posible. Tal es el
caso de los tanques principales de lastre.
2) Hay que saber como crean flotabilidad los tanques de lastre. Si se observa la
Figura siguiente, muy simplificada, cuando los tanques principales de lastre (TPdL)
están llenos de aire y el sumergible flota, el volumen de casco, de los aparatos
exteriores, de planchas, de refuerzos, de botellas, (exceptuado el de los propios
tanques) que asoman por encima de la flotación es igual al volumen de la parte
sumergida de los TPdL. Este hecho se deriva de que siendo el peso del
sumergible una constante, lo que pierde de empuje por un concepto debe
compensarlo con el aumento de empuje por otro concepto. Los tanques de lastre,
cuando están llenos de agua, ni pesan ni crean empuje, (o pesan lo mismo que
desplazan), están autocompensados y no intervienen en esta cuenta.
La línea AB es la de flotación. El volumen de la parte
sumergida de los lastres, (un desplazamiento extra)
llenos de aire, de color rojo, debe ser igual al volumen
de la parte emergida del casco resistente (mas
cualquier otro apéndice o aparato que tenga volumen,
sobre la línea de flotación), de color verde.
El volumen de los lastres por encima de la flotación
(color morado) no colabora, es inútil, en este aspecto,
aunque supone una reserva muy necesaria en caso de
avería de uno o varios de los tanques y permite
además, mantener una buena estabilidad (radio
metacéntrico) con pequeñas escoras/asientos.
3) En el sentido transversal los sumergibles suelen guardar una simetría por lo cual
los volúmenes emergidos y sumergidos anteriores tienen centrados sus relativos
centros de carena, que caen sobre el plano vertical de simetría. Sin embargo, si se
considera en sumergible en perfil lateral, el centro de carena, en sentido
longitudinal, de las zonas emergentes debe coincidir con el centro de carena de las
zonas sumergidas de los TPdL, para que el sumergible no tome asientos, en la
situación de superficie, que podrían ser inconvenientes. Por consiguiente, por
donde mas asome el casco por fuera del agua, o mas volumen de apéndices
queden emergidos, más grandes tienen que ser las partes sumergidas de los TPdL
o su correspondiente resultante. Ver Figura.
En el caso de la Figura, al disponer el sumergible de una forma oblonga, con los
diámetros de casco mas grandes cargados hacia proa, como ocurre normalmente,
los lastres de proa deben ser sensiblemente mayores que los de popa, para que la
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resultante de sus empujes (zonas sumergidas, en rojo) sea igual a déficit de
empuje (zona verde) en magnitud y en posición longitudinal.
4) El llenado de los TPdL con aire exige que se almacene una cierta cantidad de aire
(a presión) en botellas. El volumen de estas botellas (divididas en dos o mas
grupos, por seguridad) debe calcularse para poder efectuar, al menos, 2 soplados
completos, (por inmersión) partiendo de un llenado de estas del 90 % y quedando
una presión residual en las mismas del 30% de la presión inicial nominal, como
reserva. Este dimensionamiento está basado en un sola salida a la superficie,
entre recargas de botellas. Los criterios que se pueden aplicar en el número de
llenados son diversos, pero el anteriormente expuesto es un valor corriente, por
maniobra. Evidentemente, cuanto mayor sea la capacidad de aire más alto será el
margen o la reserva (pensando en la indisponibilidad de algunas de las botellas,
etc.). Además, si el sumergible es comercial y efectúa, por ejemplo 4 inmersiones /
día, el aire de las botellas debería permitirle, al menos, 8 a 10 soplados, (90%
inicial con reserva de 1/3), sin que tenga que volver a puerto a recargarlas o tener
que sustituirlas en la mar. Por consiguiente, con el fin de ahorrar en el consumo
de aire y en el peso de la instalación de almacenamiento, hay interés en reducir,
todo lo que sea posible, el volumen de los TPdL, pero siempre siendo generosos
en pro de la seguridad.
5) Los tanques principales de lastre, si se sitúan en posiciones altas, a la altura de la
línea de flotación cuando están soplados (vacíos de agua), contribuyen
grandemente a la estabilidad ya que, al disponerse por los laterales del casco
producen un sustancial momento adrizante. Existen unos criterios de estabilidad
en superficie que es necesario cumplir, (en los sumergibles de pasaje con mas
rigor y se presentan en el Apdo. de Flotabilidad-Estabilidad) y que obligan a que la
manga del estos tanques sea importante, para que colaboren en la obtención de
un adecuado GMT. Principalmente se derivan del hecho de que el pasaje podría
acumularse, durante en embarque, en uno de los costados de la cubierta. El casco
principal, si es de revolución, si asoma por encima de la flotación apenas colabora
en la estabilidad ya que su metacentro se sitúa en el eje de revolución.
6) Existen unos criterios de flotabilidad y estabilidad después de averías. La avería
más típica, relativa a estos tanques, es la correspondiente a la pérdida de dos
tanques de lastre contiguos.
7) Según sea la posición vertical de los TPdL, su volumen y su profundidad, se puede
conseguir que el casco principal asome más o menos sobre la flotación.
Obsérvese que la parte del casco principal que emerge tiene su centro de carena
mas alto que la parte sumergida de los tanques, por lo que la altura del centro de
carena del sumergible completo disminuye, efecto que se ve grandemente
compensado por la existencia de una flotación con una manga sensible, con su
correspondiente inercia, lo cual crea un metacentro que está mas alto que el c. de
c. inicial.
8) En un caso extremo, si la longitud del tubo de las escotillas que sobresalen sobre
cubierta, es lo suficientemente grande, se podría tener acceso al sumergible con
solo asomar dichos tubos, incluso permaneciendo íntegramente el resto del casco
bajo la flotación, con lo cual la zona sumergida (o volumen útil) de los TPdL podría
ser muy pequeña, (equivalente al volumen del tubo de escotilla mas el espesor de
las superestructuras, la cubierta, las bitas, etc. que no solo deben forzosamente
asomar por encima de la flotación, sino que deben estar a una cierta altura sobre
esta). Puesto que la altura metacéntrica que se obtiene, con un tubo de escotilla
asomando, es despreciable, equivalente al cociente de I / V, (siendo I la inercia del
tubo de escotilla y V el desplazamiento total del sumergible), la estabilidad
resultante es muy similar a la estabilidad en inmersión, o sea al valor de la
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distancia B-G de inmersión, lo que normalmente es insuficiente para cumplir los
criterios de estabilidad en superficie.
9) Si la parte emergida de los lastres se proyecta de un pequeño volumen, para
ahorrar aire de soplado, (o sea si se construyen unos tanques de lastre muy
pequeños), esta solución es arriesgada ya que cualquier perforación de los
tanques podría significar que la escotillas de acceso del sumergible quedasen
excesivamente y peligrosamente cercanas al agua o que incluso el sumergible no
pudiera asomarlas por encima de la flotación lo suficiente. Habría que verificar,
además que se mantiene una adecuada estabilidad en superficie con los pasajeros
moviéndose o agrupándose en un lado de la cubierta (aunque podría limitarse su
movimiento con una adecuada posición de los candeleros).
10) Si, en un caso teórico, el fondo de los tanques de lastre, y estos están
uniformemente distribuidos, se sitúa por encima de la generatriz superior (el lomo)
del casco resistente, por muy grandes que sean estos, el casco principal nunca va
a poder emerger por encima de la flotación, y no habría acceso a este en la mar o
puerto, (es conveniente que emerja algo para reponer botellas, etc.).
11) Si la manga y/o la eslora de la zona sumergida de los TPdL es reducida, estando
en superficie, se podrían tener problemas de estabilidad (criterio de pasaje
agrupado a una banda o aun extremo del sumergible).
12) Si la parte emergida de los TPdL no asoma lo suficiente sobre la flotación, los
tanques de una banda, con una pequeña escora, podrían quedar totalmente
sumergidos, sin poder aportar estabilidad o flotabilidad suplementaria, (no se
mantiene el área de la flotación, ni su inercia, con lo cual el GMT se reduce).
13) Si la parte emergida de los TPdL no tiene suficiente volumen, la reserva de
flotabilidad es reducida, por lo cual el comportamiento en avería no cumpliría los
requisitos mínimos. Habría poca reserva de flotabilidad frente a averías ni la
suficiente estabilidad.
14) El aire contenido en los tanques está presurizado a un valor que es equivalente a
la columna de agua equivalente al calado, de sus orificios de fondo, cuando están
soplados al 100%. Con los balances, los tanques suelen perder por sus orificios de
fondo parte del aire que contienen, por lo cual su flotabilidad efectiva es inferior a
la nominal o teórica. La pérdida puede ser superior al 20% del volumen neto de los
mismos, dependiendo de la forma y las dimensiones generales de los tanques.
Una reducción que hay que tener en cuenta.
15) Si, en un caso extremo, un tanque con el orificio de fondo muy cercano a la
flotación, lo asoma por encima de esta, en un balance, el aire que contiene pierde
su presurización, se escapa parte a la atmósfera, y la flotabilidad real se reduce
cuando vuelve al la posición inicial (de adrizamiento). Para reducir este efecto,
conviene que los tanques sean relativamente profundos. Se podrían poner tubos
de prolongación, en los orificios de fondo, hacia abajo, para reducir estas pérdidas.
16) Igualmente, si se produce un asiento importante (en averías, etc.), los tanques
más altos (del extremo del sumergible que se levanta) podrían comunicarse con la
atmósfera, perder su presurización y parte del aire que contienen.
Como conclusión, se podría decir que, a efectos de obtener unos tanques principales de
lastre que sean “adecuados” y “efectivos”, dentro del gran numero de condicionamientos
que intervienen, conviene que cumplan con las siguientes recomendaciones, dentro del
contexto de los buques de recreo, que habría que verificar en el cálculo de detalle:
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•
•
•
•
•
•
•
Deben extenderse a lo largo de la eslora de una forma mas o menos regular
(dependiendo de la situación longitudinal de los volúmenes emergidos del casco
principal)
Debe ser redundantes ( ≥ 8), (averías, colisión, estabilidad).
Deben sobresalir sobre la manga del casco resistente, a efectos de contribuir a
que sirvan de protección de los cristales de las ventanas, frente al contacto con
objetos flotantes, y aumenten su invulnerabilidad en colisiones. Este exceso puede
cifrase del orden del 25 % de la manga del casco resistente, (un 12,5% por cada
costado). Si es mas, mejor. Este efecto podría conseguirse igualmente con
carenados o protecciones exteriores fuertes. Cuanta mayor sea la manga, mayor
inercia, y mayor radio metacéntrico
Deben sobresalir por proa y popa a efectos de una posible colisión (en dirección
proa-popa), un 25% de la manga, al menos, salvo que se interpongan en estos
extremos estructuras absorbedoras de posibles choques: protecciones, carenados,
guardagolpes, etc. (que deben ser bastante robustas).
Deben extenderse, al menos, hasta un 20 % de la semimanga por debajo de la
flotación nominal, sin escora y con asiento cero, (objetivo: evitar pérdidas de aire,
con balances).
Deben extenderse, al menos, hasta una altura equivalente al 16-20 % de la
semimanga por encima de la flotación nominal, como reserva de flotabilidad y de
estabilidad en superficie (inercia de la flotación), con balances.
Deben disponer de una reserva de volumen del orden del 100 % (volumen
emergidos de LPdL = ~volumen sumergido de LPdL), preferentemente.
Evidentemente, estas son leyes muy generales orientadas a sumergibles de pasaje
dotados de una gran cubierta pisable y con requerimientos conservadores de flotabilidad,
estabilidad y supervivencia. Dado que los tipos de sumergibles que se pueden diseñar son
muy variados, en algunos casos habrá que prescindir de algunas de estas
recomendaciones destinadas a obtener sumergibles muy poco vulnerables a las averías, y
convenientemente estables con balances en las peores circunstancias que se pueden
imaginar.
Deep Flight de Hawkes
Por ejemplo, en el supuesto de tener un sumergible con una manga de casco resistente
de 2,8 metros y una eslora de 18 metros, lo anterior supone que los tanques deban:
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•
•
•
Ser 8 tanques o mas (4 tanques por costado). Mejor 10 a 12.
Sobresalir 0,25* 2,8 / 2 = 0,35 m por cada costado, al menos. La manga (B) de
tanques será de 2,8 *1,25 = 3,50 m, como mínimo.
Deben tener una altura total mínima de (20%+16%) * 3,50 /2 = 0,63 m, de los
cuales 0,35 m (10% de B) deberán quedar sumergidos, al menos, y el resto,
emergidos: 0,28 m, (8% de B).
Con estas dimensiones y asumiendo que se extienden uniformemente por la eslora, de
extremo a extremo del sumergible, (aunque podría haber claros entre ellos), con la
configuración de la figura anexa, (que es solo aproximada), su sección transversal será
de:
S tot = 2 * [a·c+ d · (b-c) + (a-d) · (b-c) /2 ] = 2*0,4263 = 0,8526 m2 (~ 0,85 m3 /m)
S tot = 2 * [18*12 + 4 · (24 -12) + (18-4) ·(24-12) /2 ] · B2 / 10000 = 2 * 348 ·B2/10000
S tot = 696 · B2 /10000 m2
Siendo:
B = 3,50 m
a = 0,63 m (18 % de B)
b = 0,84 m (24 % de B)
c = 0,42 m (12 % de B)
d = 0,14 m (4 % de B)
A la sección bruta de tanques, 0,85 m2, habría que descontar una parte por refuerzos (3
%) mas una parte por llenado incompleto o pérdidas de aire (franja de 2 cm en el fondo de
los tanques, de una área aproximada de 2 * 0,02 · c = 0,0168 m2), con lo cual la sección
neta de los tanques (pensando en el empuje), sería de unos 0,80 m2.
Si el desplazamiento, por metro de eslora, del habitáculo o caso principal es de unos 6,15
m3, el volumen de los lastres anteriores, si ocupan toda la eslora o un poco mas,
supondría un 13 % del volumen de aquel, que puede convertirse en un 10 a un 12 % del
total, si además del volumen del casco-habitáculo se cuenta el volumen de tubos de
escotillas, de los aparatos exteriores, del lastre fijo, de la cubierta, de los tanques de
batería, de algunas botellas, de propulsores, de apéndices, planchas, defensas, bitas,
boyas, etc. que son los que conforman el desplazamiento total (sin contar con el volumen
o peso del agua de estos lastres principales).
A este respecto, algunas Normas exigen que el volumen de los lastres principales sea
superior al 10 % del desplazamiento, por lo cual, con estos lastres se respetarían dichas
normas, pero no todas lo citan como una exigencia.
La altura de la parte sumergida de los tanques es de 0,35 m (10% de B), lo que
representa una sección de:
S sub = 2* 10* (X+12)* B2 /20000 = 2 * 165 · B2 /10000 = 330 B2 /10000
siendo X la manga de cada tanque en la flotación, medida en % de B ; (X = ~21% de B).
255
La aparte sumergida tiene una sección bruta que es del orden de unos 0,41 m2 , (48 % de
la total). Si se descuentan los refuerzos y la franja de aire del fondo, el área neta sería de
unos 0,385 m2, que debería ser equivalente a la parte emergida del casco más los
apéndices que sobresalen fuera del agua. Estimando que el área seccional del casco que
emerge sea de unos 0,35 m2, esto corresponde a un sector de círculo con una apertura de
unos 76 grados, con una manga en la flotación de 2*0,8619 = 1,72 m, sobresaliendo unos
0,296 m por encima del agua, que es aproximadamente lo mismo que sobresalen los
tanques de lastre. O sea que le techo de los tanques queda casi al ras de la generatriz
alta del cilindro que forma el casco resistente. Encima de ambos iría, convenientemente
separada y anclada, la estructura de la cubierta (para conseguir el francobordo “aparente”
requerido).
Puesto que la parte sumergida de los tanques de lastre es del orden del 50 % de la total
disponible, esto permite afirmar, que en el caso más desfavorable de avería o colisión, en
que se pierdan el 50% de dichos tanques, aún queda margen para mantener el
sumergible a flote y en unas relativamente buenas condiciones de francobordo. Este
margen no es exagerado. Hay que contar con las posibles escoras o asientos que una
avería puede ocasionar y que conviene compensar mediante la inundación voluntaria de
los tanques que más interesan, por lo que los tanques que al final están desactivados
(llenos de agua), son muchos más que los realmente averiados.
El esquema siguiente ilustra la vista en planta de un sumergible con 8 tanques dispuestos
en los costados, 4 por Br y 4 por Er. Los de los extremos más pequeños que los centrales.
En el caso de avería de uno de los tanques, (fuga de aire por una grieta o válvula de
purga de aire imposible de cerrar), el sumergible va a tomar una escora y un asiento, por
la disimetría entre la distribución del peso y del desplazamiento.
Si el tanque averiado es el 1 Br, esta zona se va a sumergir un poco, creándose un
asiento y una escora. Si se purga voluntariamente el 4 Er (se simula otra avería), que está
diametralmente opuesto, se van a mejorar bastante las condiciones (menor escora y
asiento) a costa de una menor flotabilidad (menor francobordo), pero aún así es preferible,
ya que la cubierta permanecerá aún en seco, con la ventaja de que quedará bastante
horizontal, por lo cual el desembarque de pasajeros se podrá efectuar con una mayor
comodidad y seguridad.
De forma similar se podría proceder con los demás tanques, tomados uno a uno.
Cuando los tanques averiados son dos (colisión en puntos A, B, o C), serán ahora dos lo
tanques que habría que vaciar, aparte de los averiados. Si la colisión es en el punto B,
(los tanques 2 y 3 de Br inundados e inutilizados), se producirá una gran escora. Habría
que inundar también (parcial o totalmente) los tanques 2 y 3 de Er, para nivelar un poco la
cubierta. Si se vacían totalmente los tanques 2 y 3 de Er, de forma voluntaria, la
flotabilidad la aportarían los tanques 1 (Br y Er) y 4 (Br y Er), que son pequeños, la escora
desparece, pero el francobordo y la estabilidad disminuirían bastante.
Si la colisión es por Proa, (los tanques 4, Br y Er inutilizados) convendría purgar los 1, Br
y Er, si el asiento es excesivo. Y así sucesivamente.
256
Se pde observar, aunque solo sea cualitativamente, que tener una buena reserva de
volumen de tanques es bastante necesario.
Todo ello depende de si se cumplen los requisitos mínimos impuestos por los
reglamentos de estabilidad y de flotabilidad, en caso de averías. Habría que calcular las
escoras y los asientos que se obtienen en caso de avería, para poder juzgar con una
mayor precisión la necesidad de tener unos tanques de unas ciertas dimensiones, cual es
el tamaño mas razonable y la mejor solución a adoptar, en vistas a una economía en el
aire de soplado y en la construcción de la estructura de estos tanques. En este caso
particular, el número previsto de tanques (8) pudiera ser incluso insuficiente.
Hay que señalar que respecto al consumo de aire, que los tanques pueden ir soplados
parcialmente, es decir parcialmente llenos, lo cual equivale a tenerlos mas pequeños, con
la consiguiente economía de aire de soplado y con la ventaja de que en un momento dado
se pueden soplar por completo, ganando una flotabilidad adicional. No obstante, este
proceder podría contravenir la necesidad de navegar con el francobordo reglamentario.
Respecto a la operación de soplado y dado que el aire que se insufla se expande hasta
que su presión se equilibra con la hidrostática, si el soplado se efectúa a una cierta cota y
el soplado es completo (hasta rellenarlos totalmente a esa cota), cuando el sumergible
asciende, parte del aire contenido en los tanques, que estaba a una presión superior, va a
escapar por los orificio de fondo, es decir se va a desperdiciar. Es por lo que interesa
efectuar el soplado poco a poco, por etapas, rellenando lentamente los tanques hasta que
el sumergible alcanza su flotación nominal en superficie.
Lo anteriormente expuesto es solo una aproximación elemental al problema que, no
obstante, permite tener una idea de las dimensiones iniciales de los tanques, de su
disposición más adecuada, ventajas e inconvenientes, etc.
Asignar un 10-12 % del volumen de desplazamiento a estos tanques de lastre parece ser
un criterio adecuado y razonable, aunque hay casos en que estos son del orden del 6 %
del desplazamiento (sumergibles de un uso particular) y otros en que son del 20% o
superior (algunos comerciales).
En caso de emergencia, averías, etc. en algunos tipos de sumergibles, se puede contar
con el soplado de los tanques de compensación (si son resistentes y disponen de agua
que vaciar, ya que a plena carga deben ir casi vacíos y el agua que se podría lanzar al
exterior sería quizá una cantidad despreciable) o de los tanques de trimado. Siempre es
posible contar con el empuje vertical de las hélices, durante cortos periodos que, aunque
modesto, puede ayudar a resolver la situación.
En otros casos se recurre a balones o globos inflables, de emergencia, aunque siempre
existe la duda, si no están perfectamente mantenidos, que en el momento más necesario
estén en buenas condiciones de servicio y sus botellas de gas con la presión suficiente.
Es corriente que los sistemas que se usan solo muy de tarde en tarde estén sujetos a
fallos que han pasado indetectados, precisamente por su falta de utilización.
Hay propuestas que son interesantes, respecto a la función de estos tanques. Por
ejemplo, el submarino Odyssey, de International Sub. Engineering se ha diseñado, según
algunos informes, para que disponga siempre de una cierta flotabilidad positiva. Se
mantiene en inmersión gracias a potentes empujadores verticales. En el caso de un fallo
eléctrico el sumergible asciende a la superficie de forma natural. Se entiende que este
empuje es de valor muy limitado, ya que si no, el consumo de energía sería muy alto e
inaceptable en un sumergible de este tipo, cuya fuente de alimentación, forzosamente,
han de ser las baterías, cuya capacidad energética es muy limitada. Eso no evita que
deba llevar tanques de lastre convencionales, con el fin de que su cubierta alcance el
257
francobordo adecuado, y disponga de la flotabilidad y la estabilidad suficientes en
superficie, que de otra forma serían muy escasas.
En la Figura que sigue se puede observar la disposición de sus TPdL, corridos a lo largo
de toda la eslora, por los costados, y sensiblemente profundos (llegan hasta la parte alta
de las ventanas), con la cubierta apoyada en un enjaretado de perfiles, sobre los tanques.
Las cuadernas del casco son exteriores. Dispone de dos fuertes quillas y de tanques
exteriores de baterías.
Odyssey II, de International Submarine Engineering, Canadá.
El lastre sólido largable es un elemento esencial en la seguridad del sumergible frente a
averías o incidentes de todo tipo, cuando está en inmersión. El objetivo de este lastre es
hacer ascender el sumergible a la superficie y que permanezca en ella con una estabilidad
aceptable, aunque sea mínima.
El lastre sólido tiene la ventaja de que es un sistema de una concepción muy sencilla (y
por tanto de mucha seguridad operativa), con una respuesta en fuerza ascensional
instantánea, una vez detectada la avería y tomada la decisión de su largado.
El lastre sólido puede ser sustituido o ayudado por un soplado de emergencia de los
tanques de lastre o de regulación. Hay sumergibles que instalan estas mejoras, pero son
casos excepcionales, p.e. el “Spirit of Pacific”. Exigen disponer de un sistema de aire
comprimido específico, adicional al del soplado normal. El soplado de emergencia, cuando
se usa de forma exclusiva, tiene la ventaja de que, una vez reparada la avería, en
superficie, si ello se consigue, se pueden volver a cargar las botellas correspondientes
(con los compresores de abordo) y poder continuar navegando en inmersión, o sea que
no es necesario volver a puerto, atributo que es muy importante en los submarinos
militares, pero no tanto en los de recreo o investigación.
El lastre sólido que se suele utilizar es el compuesto por bloques de plomo, firmemente
empaquetados o en un solo bloque monolítico, dentro del cual se encuentran arraigadas
unas garras, perfiles o piezas de acero, conectadas a los enganches que sirven para
sujetarlo al dispositivo de largado, del fondo del sumergible.
258
El plomo tiene una densidad próxima a 10 u 11 (dependiendo de las impurezas). En el
agua estas cifras supondrían un empuje, en kgf, igual a su volumen en litros multiplicado
por el factor 9 o 10. Alternativamente se pueden utilizar lingotes de acero fundido y otros
materiales pesados, (se ha llegado incluso a tener lastre de mercurio, en los que usan el
mercurio como fluido de nivelación).
En el gráfico adjunto se muestra, de forma
simplificada, el dispositivo de trincado de un
bloque de lastre. Consiste de un eje que
atraviesa el casco resistente a través de un
paso cilíndrico, dotado de las convenientes
juntas de estanqueidad, con cabeza en
forma de T que se inserta en una ranura del
lastre. Girando el eje, por medio de una
palanca conectada a un gato hidráulico, (si
el lastre es grande), situada en el interior del
casco el lastre queda libre y cae. Si el lastre
es prismático y alargado, uno de los
extremos conviene que vaya simplemente
apoyado en el borde de un refuerzo, y en el
otro extremo se instala el mecanismo de
destrincado; el largado es más seguro, al
depender de un único mecanismo. En el
caso de lastres muy grandes, este
mecanismo puede servir para “pilotar”
mecánicamente el destrincado de unos
cerrojos mas grandes.
En principio, si el sumergible está perfectamente equilibrado en la ecuación peso-empuje,
una pequeña cantidad de lastre sería suficiente para hacerlo ascender lentamente a la
superficie, y una vez allí, quedará en un estado de flotación muy pobre y bajo de
estabilidad, pero a salvo. Si se desea reforzar su flotabilidad se puede hacer uso de los
tanques principales de lastre, si estos no están dañados.
Ascender a la superficie de forma precipitada, sin preaviso, como lo pueden demandar las
circunstancias, es un riesgo adicional debido a las posibilidades de colisión con otras
embarcaciones, lanchas, veleros, etc. que estén pasando por encima del sumergible, por
lo que en las instrucciones de seguridad este preaviso al buque auxiliar es necesario,
aunque probablemente poco efectivo, por el poco tiempo de reacción disponible.
Normalmente las zonas operativas o están muy aisladas o están señalizadas, por lo que
este riesgo es menor.
Para la determinación de la cantidad mas adecuada de lastre a instalar hay que prever
qué tipos de avería son los mas plausibles, analizar como se neutralizan sus
consecuencias, qué exceso de peso supondrían así como las velocidades máximas a la
que se debe efectuar el ascenso para que no sea excesivamente violento tanto desde el
punto de vista dinámico, (aceleraciones a las que se somete el pasaje, etc. aunque esto
sea secundario), como hidrodinámico (ascenso con el sumergible adrizado). Y una vez en
superficie poder disponer de una estabilidad mínima que permita que poder abrir las
escotillas, salir a cubierta de forma ordenada y pasar al buque auxiliar, sin que la escora
sea excesiva o se produzcan oscilaciones intolerables. Hay que tener en cuenta que si el
peso de lastre es grande, y va situado en las parte bajas del sumergible, como es lo
normal, la perdida de estabilidad, cuando se lanza, respecto al estado intacto también
será grande.
259
Potencialmente hay una serie de motivos, de distinta naturaleza, por los que sumergible
podría necesitar ascender, de urgencia, mediante sus plomos de seguridad. Entre estos
podrían estar:
•
•
•
•
•
•
•
Fallo eléctrico importante
Fallo de propulsión o de gobierno
Indisponibilidad o indisposición del piloto
Quedar atrapado en cabos, cables o redes
Rotura de servicios (sobrepresión de aire, de oxigeno, etc.)
Incendio
Vía de agua
Un fallo eléctrico importante podría dejar a muchos servicios esenciales sin corriente, por
lo cual habría que abortar la inmersión y la misión. Dependiendo del tipo y gravedad de la
avería, el ascenso se puede efectuar bien de la forma clásica, normal, mediante la
propulsión, bien mediante un ligero soplado de tanques, bien mediante los plomos de
seguridad. El criterio para lanzar los plomos, en este caso, debe estar establecido de
antemano, analizando los aparatos potencialmente afectados y su función abordo.
Un fallo en la propulsión o el gobierno del sumergible entraña forzosamente el ascenso a
la superficie por el riesgo de que el sumergible encalle, tropiece con las rocas que lo
circunden, derive con la corriente, etc. si permanece en este estado un tiempo excesivo.
Puesto que la propulsión o el gobierno han quedado fuera de servicio, el método normal
de ascenso, mediante la propulsión, hasta las cercanías de la superficie no se puede
llevar a cabo de forma normal y entonces se hace necesario el ascenso por medio del un
soplado ligero de los tanques de lastre o el largado de los plomos de seguridad.
La indisponibilidad del piloto, por accidente o enfermedad es otra posibilidad que hay que
contemplar. En la mayoría de los casos (sumergibles comerciales de recreo) se exige
abordo un ayudante que debe conocer los principales controles, y que podría efectuar las
labores de segundo piloto en caso de una emergencia de este tipo. Si no existe este hay
que instalar un sistema de botón de “hombre muerto” (produce el ascenso automático)
que debe ser activado periódicamente. En cualquier caso, ello obliga a tener que activar
el ascenso de emergencia, salvo que el piloto auxiliar sea capaz de guiar el sumergible a
la superficie de forma normal, con la suficiente garantía, utilizando la propulsión y después
efectuando el soplado de lastres de forma convencional.
Existe la posibilidad de quedar atrapado entre rocas o enganchado en cables, hierros,
estachas o redes abandonadas. Según sea el caso, el lastre de seguridad puede ser
valido o no. En caso de no ser valido el lanzamiento del lastre, por ser el enganche a una
gran masa de material, la única solución es pedir ayuda al buque auxiliar o a la base para
que se efectúe el socorro o el rescate por otros medios (buceadores, ROVs, buques
provistos de grúas, remolque, escape libre, etc.).
Tienen que existir unos protocolos de actuación, previamente establecidos, por si este
caso se produce.
La rotura o fuga en tubos de recipientes de gas o de botellas conteniendo gases a presión
es otro motivo por el cual se necesitaría un ascenso urgente a la superficie, ya que el
habitáculo tomaría una sobre presión, que podría ser inadmisible para la tripulación y el
pasaje, ya que el ascenso a la superficie permitiría despresurizar el habitáculo y
garantizaría, en ciertos casos la vuelta a la normalidad. No se contempla la explosión de
una botella de algún gas. Todo ello en función del volumen y la naturaleza de los gases
vertidos en la atmósfera del habitáculo. Nunca se puede descartar que una botella de aire
a presión o de oxígeno se descargue a la atmósfera del sumergible, por rotura de algún
260
tubo, conexión, accesorio, etc. Si los gases son además nocivos hay que recurrir al uso de
las máscaras respiratorias.
Por ejemplo, el oxigeno contenido en una simple botella de 13 litros de capacidad cargada
a 150 bar, produce unos 2 m3 de oxigeno medidos a 1 atmósfera. Si el volumen de aire
libre interior del sumergible es de 30 m3, la presión en el habitáculo, supuesta inicialmente
de 1 bar, se va a incrementar a 32/30 = 1066 mbar (abs), que no es demasiado. Lo peor
es que la concentración de oxigeno va a ascender del 21 % al 26 %, (lo que importa es su
presión parcial, que aún es mayor) lo cual producirá seguramente efectos respiratorios
negativos y un alto riesgo de que se produzcan incendios (umbral de incendios:
concentración del 25% en volumen, a 1 atmósfera). El problema se incrementa si se
tienen varias botellas conectadas en paralelo a un solo colector, que es lo normal, y este
se rompe. Para evitar esto, se procura que los tubos que conducen el oxígeno sean
extremadamente delgados, con diafragmas de orificios muy pequeños, limitadores de
flujo, o válvulas de aguja, a efectos de tener un flujo limitado de paso de gas que permita
detectar la fuga a tiempo, intentar corregir el defecto cerrando la válvula de cabeza de las
botellas o ascender a superficie y ventilar el habitáculo.
El incendio, sobre todo si es incontrolado, es otra causa de para un ascenso de
emergencia, en combinación con la utilización de aparatos autónomos de respiración o
mascarillas de aire u oxígeno de alimentación centralizada.
La vía de agua es la causa más común que provoca un ascenso de emergencia. Una vía
masiva de agua procedente de una rotura estructural del casco, de los portillos, de las
ventanas o de las escotillas es un hecho a descartar, por la imposibilidad física de
contrarrestarla y su baja probabilidad de ocurrencia.
Mas frecuentes son las vías de agua limitadas, procedentes de fugas por las juntas de los
portillos, ventanas, ejes, cables y tubos de los servicios en conexión con el mar.
Las fugas por ventanas y escotillas (es decir los cierres estructurales) deben evitarse o
controlarse mediante un buen diseño, el mantenimiento de las juntas correspondientes y
las pruebas de estanqueidad en tierra. Suelen ser averías que “avisan”, en el sentido de
que su aparición es paulatina en el tiempo, empezando por un lagrimeo, luego un goteo y
así sucesivamente. Lo importante en estos casos es tener constancia de ellas para
proceder a su pronta revisión y reparación. Puesto que el sumergible está, generalmente,
habitado por lo pasajeros y estos elementos quedan a la vista, lo normal es que una
avería incipiente de este tipo sea detectada de forma visual, por la tripulación o los
ocupantes del sumergible. En este aspecto, es fundamental que las ventanas
transparentes, así como sus marcos y sus juntas sobre el casco estén permanentemente
a la vista, (las escotillas lo están), a efectos de poder detectar visualmente cualquier
eventual fuga incipiente. Por ese motivo, los forrados, embellecedores, etc. alrededor de
las ventanas, que puedan ocultar o camuflar las fugas de agua están desaconsejados.
El tema de las vías de agua es vital y se trata en un Apdo. específico. En el presente
apartado lo que interesa es señalar que debe haber un sistema de lastre sólido largable
(o algo equivalente) que aporte un empuje positivo después de neutralizar los posibles
aumentos de peso que se puedan producir como consecuencia de una vía de agua y que
posibilite el regreso a la superficie en un corto periodo de tiempo.
Una vez descontado el exceso de peso accidental a neutralizar, el largado del lastre sólido
debe proporcionar un empuje que sea capaz de impulsar al artefacto a una velocidad
ascensional comprendida entre 0,5 y 2 metros por segundo (ente 1 y 4 nudos).
Con carácter general, y sin tener en cuenta las hipótesis que se hagan para cada
sumergible concreto, en lo que respecta a sobrepesos accidentales por vías de agua, etc.,
el lastre sólido, en sumergibles muy pequeños (unas 2 a 3 toneladas) suele estar cerca
del 8-10 % de su desplazamiento en superficie (en seco), descendiendo al 3-5 % en los
de unas 80 toneladas y al 0,8-2 % en los mas grandes (> 250 t).
261
Es evidente que el valor relativo de peso de lastre tiene que ir disminuyendo conforme el
tamaño del sumergible aumenta, ya que el sobrepeso inducido por una posible inundación
(detectada) aumenta muy lentamente conforme lo hace el tamaño del sumergible, y el
peso relativo de las personas, o pesos desequilibrantes, es cada ver menor respecto al
peso del sumergible completo.
En todos los casos hay que comprobar que la estabilidad resultante, en inmersión y sobre
todo en superficie, permite que, al menos, una persona pueda salir a cubierta, desde el
interior, y permanecer sobre ella sin volcar mientras se efectúa el trasbordo y así
sucesivamente hasta que el sumergible se deshabita por completo, o se restablecen los
parámetros de flotabilidad y estabilidad. Esta comprobación debe hacerse sin la
disponibilidad de los tanques principales lastre, que es una situación mas severa.
PC-18 de Perry Submarines, cuyos contenedores del fondo son largables.
Estructural y mecánicamente hablando, el lastre largable está compuesto, en un caso
típico, por:
•
Por un bloque de plomo (o material denso: hierro fundido, etc.), debidamente
arriostrado para que no se descomponga, cuando el lastre está formado por
diversos componentes sueltos, para así poderlo ajustar a conveniencia. En otros
casos el lastre es un bloque monolítico y existe un lastre de regulación separado,
no largable. Eventualmente está recubierto por una capa de resina de protección o
de un carenado para obtener las medidas exteriores convenientes, y está provisto
de unos enganches de anclaje, en la parte superior, de la debida robustez. Puede
tener forma de prisma o de pirámide truncada de base rectangular o incluso
circular, en coherencia con el receptáculo en el que se estiba. En algunos casos
simples, en sumergibles muy pequeños, el lastre sólido va a la vista, sin estiba y
directamente conectado a su mecanismo de largado.
•
Un receptáculo de acero, o estiba, unido al casco o a la superestructura del fondo,
y abierto por la parte inferior, dentro del cual irá estibado y anclado el bloque de
lastre. Este receptáculo conviene que sea de forma de pirámide truncada o similar,
al efecto de que le largado se pueda efectuar de forma efectiva con altos ángulos
262
de inclinación (para asimilar el supuesto de que el sumergible hay quedado
posado en el fondo o que navegue con una alta escora o un asiento. La escora
máxima que se puede considerar es de 22,5º, y el asiento de 10º, aunque en la
practica aún puedan ser mayores. Las dimensiones del receptáculo deberá
permitir que en el caso de un lanzamiento con escora o asiento, el bloque resbale
sobre sus costados sin que tienda a volcar, azocarse o a cruzarse sobre su estiba,
lo que impediría su correcta expulsión, por gravedad.
•
Un mecanismo o dispositivo de largado, bien estudiado, de forma que sea robusto,
sencillo y de funcionamiento garantizado, en cualquier circunstancia. Suele
consistir de unas barras en forma de T o eje de camones introducidos en unas
ranuras, que mantienen sujeto el bloque de lastre, cuando la barra de la T se gira
90º el bloque de lastre queda libre y cae por gravedad. Hay que considerar que
con el tiempo pueden aparecer oxidaciones o llenarse los mecanismos de algas y
moluscos, que podrían impedir su correcto funcionamiento por atascamiento. El
accionamiento de este dispositivo puede ser manual o hidráulico (bomba de mano
especifica). Para no comprometer la seguridad del casco, el accionamiento se
efectuará preferentemente mediante un eje rotatorio que disponga de un paso de
casco provisto de las convenientes empaquetaduras o juntas, movido mediante un
gato hidráulico, accionado interiormente. No se dependerá de la energía eléctrica,
por lo poco fiable que es. Para evitar el largado involuntario, se precisarán dos
operaciones o maniobras independientes para que este se produzca, (p.e. quitar
un seguro y accionar el mecanismo de largado).
•
El bloque de lastre deberá estar bien sujeto en todas las direcciones con el fin de
que no se mueva o campanee demasiado, dentro de su estiba o soporte, debido a
las cabezadas o balances normales, de navegación.
•
Se exige la realización de unas prueba de largado, en tierra o en la mar, que
demuestren la bondad y la fiabilidad del mecanismo a la inclinación máxima, y que
la estabilidad del sumergible es la necesaria, después del largado.
El lastre de plomo, cuando se larga, se va al fondo, y su recuperación podría ser difícil,
pero la necesidad de este largado es muy remota.
El Perry PC 1201 en reconstrucción. LLeva 320 kg de lastre sólido largable
263
Los tanques cilíndricos del fondo alojan baterías.
Los tanques resistentes del fondo, externos, suelen estas destinados a contener
baterías o lastres de compensación y de trimado. Se componen de un cilindro de un
diámetro apropiado, (de 0,4 a 0,8 m) terminado en los extremos por dos casquetes del
tipo esférico o tori-esférico. Cuando estos tanques están sometidos exclusivamente a la
presión exterior (el interior está a la presión atmosférica, o próximo a ella) los domos de
extremo suelen estar provistos de juntas tóricas y ligeramente atornillados o encajados y
grapados al cilindro por medio de abrazaderas especiales, etc. Cuando están o pueden
estar sometidos a presión interior, los domos de extremidad suelen ir soldados al cilindro,
con un pequeño registro en su centro para inspección, o fuertemente embridados.
Estos tanques suelen instalarse por parejas, uno por cada costado, ya que así se amoldan
mejor a la configuración de un casco cilíndrico principal, sirviendo como apoyos, aunque
también hay sumergibles con un solo tanque, (p.e. el PC 1401), centrado con el eje del
sumergible, lo que obliga a la instalación de unas patas o barras anti-vuelco, para las
varadas. El tanque de fondo del PC 1401 es largable.
El dimensionamiento de estos tanques se realiza de forma semejante a como se hace con
el casco resistente, aunque por sus reducidas dimensiones no suelen llevar cuadernas, lo
que se traduce en espesores de pared relativamente grandes. Hay que prestar especial
cuidado en no sobrecargar localmente estos tanques en los puntos de anclaje al casco
principal, que deberán llevar abrazaderas circulares anchas, reforzados anulares y
diafragmas anti-aplastamiento, por el interior.
Dentro de esto tanques se instalan los asientos para las baterías, con topes, conexiones,
terminales y unos fusibles. Deben disponer de pasos de casco para sacar los cables
desde el tanque-recipiente y para introducirlos en el casco principal. Para evitar la
acumulación de hidrógeno en estos depósitos, en el caso de baterías de plomo, las mas
corrientes, hay que instalar unos purgadores, que lo relajen a la atmósfera durante su
carga (que es cuando se genera una mayor cantidad) o cuando se asciende a superficie,
después de una patrulla. El problema de la eliminación del hidrogeno está siempre
presente, no es fácil ventilar estos contenedores, etc. Es un problema de difícil solución en
los sumergibles, o muy costoso de resolver.
K-350 de Dan H. Tanques laterales para baterías, colgados del casco
264
Existen dispositivos que eliminan o neutralizan el hidrógeno a la salida de los elementos
de batería, directamente, (Hydrolators), pero su efectividad es objeto de controversia. El
hidrógeno es un gas difícil de manejar, se mete por los resquicios más pequeños, pasa a
través de las válvulas, atraviesa las juntas, etc. Por otra parte, su eliminación por
combinación o combustión catalítica es un asunto complicado, ya que exige equipos
bastante grandes complejos. Estos equipos eliminan al mismo tiempo el hidrógeno y el
monóxido de carbono, produciendo vapor de agua y CO2. Puesto que el CO
potencialmente existente abordo es de una concentración muy baja, el CO2 generado es
muy reducido. No obstante, el CO2 hay que eliminarlo por los métodos clásicos.
PC 1401 Diaphus, con un solo tanque, central, para baterías (largable).
En algunos casos los tanques de regulación, que deben ser siempre resistentes a la
presión, ya sea interior o exterior, se instalan por fuera del casco resistente, lo cual ahorra
espacio interior pero deberán estar comunicados con el interior a efectos de los trasvases
de agua desde/hacia los de compensación. Este hecho planea problemas respecto a la
seguridad en inmersión, si el servicio se ha de utilizar en inmersión. Para limitar este
riesgo, los trasvases requeridos se deben hacer a baja cota, y una vez estabilizado y
compensado el sumergible, se deberá proceder a cerrar el servicio por completo. No
siempre es posible hacer esto, ya que podría ser necesario compensar la contracción del
casco, el lanzamiento al exterior de líquidos, cambios de densidad del agua de mar, etc.
pero en la inmensa mayoría de los sumergibles de recreo, estas operaciones son casi
inexistentes. Puesto a situar los tanques de regulación por el exterior, lo ideal es, para
simplificar la instalación de compensación, situar también fuera del casco los de
compensación, unificándolos con aquellos. El peso de acero va a aumentar pero se van a
evitar las intercomunicaciones desde estos tanques exteriores y el interior del sumergible,
aumentando la seguridad, en cierta manera. En el supuesto de tener todo el sistema
compensación en el exterior del casco (los de trimado conviene que se queden en el
interior cuando son de cursor líquido), su llenado de agua se debería hacer por gravedad
(entrada natural del agua en estos) y su vaciado por medio de inyección de aire
comprimido. Es más simple. Serían de un funcionamiento similar al de los tanques
principales de lastre, con la salvedad de que dispondrían de válvulas de fondo para poder
265
controlar la entrada de agua en los mismos, ya que llevan llenados parciales.
Evidentemente, el accionamiento y el pilotaje de estas válvulas no deben ser eléctricos
(por la cuestión de la falta de aislamiento en aparatos sumergidos) y deberá serlo del tipo
hidráulico o neumático, con mando interior (Puesto de Control). Hay por consiguiente que
instalar mas tubos de presión y existe un gasto de aire cada vez que se vacía un tanque
de estos, aunque sean solo unos litros, al tener que presurizar el tanque completo. La
purga de aire, en los llenados podría ser lanzada al mar o al interior del vehículo (mas
efectiva).
Para poder determinar el llenado de estos tanques hay que instalar unos sensores de
nivel, que reporten al Puesto de Control, y que necesariamente deberían ser del tipo de
lectura-transmisión eléctrica, lo cual es un inconveniente, o unos caudalímetros con
lectura-transmisión eléctrica, con la misma pega y además estos pueden llegar a
acumular errores de medida apreciables.
Queda por consiguiente a la elección de proyectista si el sistema de compensación se
instala en el interior del casco, con los consabidos pasos de caso, que hay que vigilar
constantemente, el riesgo de inundación por sobrellenado, etc., o por el exterior.
266