M@re Nostrum

Supercavitación
por Steven Ashley
Traducción y adaptación de Miquel Pontes

 

Naves submarinas que avanzan encerradas en bolsas de gas que eliminan la resistencia al avance del agua... Los nuevos sistemas de propulsión diseñados para los submarinos les permite moverse mucho más rápidamente que sus equivalentes convencionales, empleando la misma cantidad de energía.

uando el submarino ruso K-141 Kursk se hundió en Agosto de 2000, se difundieron rumores sobre si las causas de las misteriosas explosiones que enviaron el navío al fondo del mar de Barents estaban relacionadas con las pruebas de un nuevo torpedo de alta velocidad.

Algunos meses más tarde, cuando el empresario americano Edmond Pope fue arrestado en Moscú bajo cargos de espionaje, se dijo que había estado intentando comprar los planos de un torpedo de alta velocidad.

Aunque los detalles de ambos casos no han sido desvelados, hay evidencias de que ambos incidentes giran entorno a una increible y poco conocida tecnología que permite desplazamientos de alta velocidad para las naves submarinas que la empleen, así como para las armas que estas naves transportan.

Estas velocidades son del orden de cientos de kilómetros por hora e incluso superando la velocidad del sonido en el agua, mientras que la mejor tecnología submarina actual permite desplazamientos hasta un máximo de 140 kilómetros por hora.


Prototipo de torpedo con tecnología de supercavitación

Queda claro que las grandes potencias navales del mundo están desarrollando completos arsenales de armas innovadoras y flotas de naves submarinas capaces de operar a velocidades sin precedentes.

Esta capacidad de obtener altas velocidades se basa en un fenómeno físico llamado supercavitación. Este efecto de mecánica de fluidos ocurre cuando se forman burbujas de vapor en la estela de los cuerpos sumergidos cuando existe un flujo de agua a alta velocidad.

El truco de la supervelocidad submarina reside en rodear el objeto o nave de una nube de gas renovable de forma que el agua casi no esté en contacto con la superficie del objeto, reduciendo así de manera drástica la resistencia al avance que presenta el agua.

La supercavitación supone el mayor salto en la tecnología naval producido desde hace muchos años, análogo en algunos aspectos a la transición de los aviones de hélice hacia los reactores e incluso hacia los cohetes y misiles.


Proyectil supercavitacional mostrando las ondas de presión a su paso.
 

Aunque los recursos económicos dedicados a la tecnología de la supercavitación son oficialmente modestos (del orden de 50 millones de dólares en los EE.UU., por ejemplo), pero la lista del armamento que se beneficiaría de esta tecnología es inmensa y a la vez intranquilizadora; incluye proyectiles submarinos de alta velocidad para la destrucción de minas o torpedos ya disparados, barcos e incluso aviones en vuelo rasante y helicópteros.

Otras posibilidades incluyen torpedos de alta velocidad disparados contra barcos o contra torpedos anti-torpedo, e incluso contra "interruptores de conflicto de medio alcance", grandes armas diseñadas para forzar el fin de un conflicto entre dos submarinos.

También se distinguen en el futuro pequeños barcos de superficie ultrarrápidos, así como misiles submarinos capaces de albergar cabezas nucleares diseñadas para neutralizar formaciones enteras de portaviones.

Algunos expertos navales creen que los sistemas basados en supercavitación pueden cambiar completamente la naturaleza de la guerra submarina, de la típica estrategia del gato y el ratón entre grandes submarinos, hacia algo parecido a los combates aereos, en donde habría furiosas peleas entre pequeños "cazas" submarinos de corto alcance, que dispararían balas submarinas contra el enemigo, tras haber salido de una especie de portaviones submarino.

Otros expertos especulan con la posibilidad de torpedos o misiles submarinos de largo alcance y varias etapas, disparados con cabezas nucleares. Estos ingenios serían una réplica efectiva a la estrategia de misiles de defensa del proyecto "Guerra de las Galaxias" del Gobierno americano. Estos dispositivos podrían ser disparados desde un submarino, salir a la superficie cerca de sus objetivos y detonar su carga letal antes de que ningún sistema de alerta aérea o espacial pudiera reaccionar.

Sorprendentemente, ahora sabemos que ha existido al menos un arma submarina basada en la supercavitación desde hace bastantes años.


El torpedo de supercavitación "Shkval"

En 1977, después de más de una década de investigación y desarrollo, la armada soviética presentó en secreto un torpedo propulsado a reacción llamado "Shkval" que podía "volar" por el agua a 100 metros por segundo (unos 360 kilómetros por hora). Este torpedo navega dentro de una "cavidad" gaseosa generada por él mismo.

Aunque este misil submarino con cabeza nuclear es rudimentario y poco efectivo en algunos aspectos, algunas noticias aparecidas en los años 90 obligaron a las potencias militares de Occidente a tomar nota sobre la tecnología de la supercavitación.

No hay duda de que hay retos significativos más allá de los detalles técnicos y que deben ser afrontados antes de que estas tecnologías se hagan realidad. Temas de medio ambiente y navegación deberán ser considerados previamente, por poner un ejemplo.

Probablemente el mayor problema que se presenta sea el obtener fondos suficientes para el desarrollo y construcción de los primeros sistemas marinos de supercavitación. De todas formas, es evidente a lo largo de la historia que la tecnología militar obtiene los fondos necesarios cuando las otras vías de financiación no funcionan.

"Como se han construido muy pocos de estos aparatos hasta ahora, en muchos aspectos estamos al nivel del primer vuelo del aeroplano de los hermanos Wright" -dice Robert Kuklinski, ingeniero y científico especializado en hidrodinamia en el Naval Undersea Warfare Center (NUWC) de Rhode Island, el principal laboratorio de investigación sobre supercavitación de los EEUU- "pero a diferencia de ellos, ahora sabemos mucho más sobre los principios físicos subyacentes y sobre la tecnología, de lo que sabían aquellos pioneros del vuelo".

Fundamentos de Supercavitación

Propulsar un cuerpo bajo el agua necesita gran cantidad de energía, como bien saben los nadadores. Desplazarse rápidamente aún consume más energía pues la resistencia al avance del agua contra la piel aumenta con la velocidad. Nadar completamente sumergido necesita mucha más energía, pues el agua opone una resistencia mil veces mayor que el aire.

Los arquitectos navales y los ingenieros marinos batallan constantemente con estos problemas al diseñar los cascos de los barcos, en un intento por minimizar la fricción del agua, instalando poderosos motores que propulsen sus naves.

Puede ser chocante, por tanto, descubrir que los científicos y los ingenieros han hallado una nueva forma de evitar la resistencia al avance del agua, lo que permite desplazarse a alta velocidad.

En general la idea es la de minimizar la superfície húmeda del cuerpo en movimiento encerrándolo en una burbuja de gas de baja densidad.

"Cuando un fluido se mueve rápidamente alrededor de un objeto, la presión en el flujo disminuye, especialmente en el lado trasero del cuerpo", explica Marshall P. Tulin, director del Ocean Engineering Laboratory de la Universidad de California, y pionero en la teoría de flujos supercavitacionales.

"Conforme aumenta la velocidad, se llega a un punto en que la presión del flujo iguala la presión de vapor del agua, momento en que el fluido experimenta un cambio de fase y se vuelve gas: vapor de agua". En otras palabras, cuando la presión del agua ya no es suficiente para mantener juntas las moléculas que componen el líquido elemento, éstas se disocian formando un gas.


Cavitación natural en las puntas de las hélices
 

"Bajo ciertas circunstancias, especialmente en las aristas afiladas, el flujo de agua puede contener cavidades de presión más o menos constante rellenas de vapor de agua y aire en su estela. Es lo que se conoce como cavitación natural," dice Tulin.

"La cavidad depende de la forma del objeto para que se mantengan las condiciones de presión constante en sus alrededores, pero también depende de la presión interna de la cavidad y de la fuerza de la gravedad," nos explica.

Los arquitectos navales y los ingenieros marinos intentan evitar la cavitación a toda costa, puesto que distorsiona el flujo de agua que alimenta las bombas, turbinas y hélices de forma que estos elementos no funcionan correctamente. También puede darse el caso de la formación de violentas ondas de choque, por la rápida compresión de las burbujas de vapor generadas, que erosionan las superficies de metal del casco de las naves.

La supercavitación es la versión extrema de la cavitación en la que se forma una única burbuja de manera que envuelve el objeto en desplazamiento casi completamente.

A velocidades mayores de 50 metros por segundo, los cavitadores de punta roma y los sistemas de inyección de gas producen unas bolsas de gas de baja densidad (conocidas como supercavidades). En objetos largos y asimétricos, las supercavidades toman la forma de elipsoides alargados que comienzan por delante del objeto en movimiento y alcanzan su estela, la longitud de la cual depende de la velocidad del cuerpo.

Las cavidades elípticas resultantes se cierran pronto bajo la presión del agua circundante, por lo que la estela del objeto en movimiento es un área caracterizada por flujos complejos e inestables.

La mayor parte de las dificultades encontradas en el modelado matemático de las supercavidades vienen precisamente de lo que Tulin denomina "the mess at the rear" (el lío de atrás) de las cavidades, conocido como la zona de cierre o de compactación. En realidad, las presiones en las cavidades de gas no son constantes, hecho que complica bastante el análisis.

Una vez modelizados, en cuanto el agua toca el cavitador, los dispositivos supercavitacionales pueden navegar en el interior de alargadas burbujas de gas con un rozamiento mínimo.

 

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Última modificación: 01 de gener 2016 09:35


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