Enseñanzas Náuticas

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La supercavitación marina podría ser una invitación al desastre

Posted by jonkepa en agosto 27, 2014

supercavitación2El interés sobre la supercavitación está bien despierto en Teknautas desde que hace unos días conocíamos que científicos chinos aseguran estar un paso más cerca de dominar este efecto con intención de aplicarlo en el futuro al transporte bajo el mar. La idea de atravesar el océano Pacífico en 100 minutos parecía de inmediato una atractiva promesa que todos querríamos tener la oportunidad de disfrutar.

De ahí a preguntarse qué es la supercavitación y qué ventajas e inconvenientes tendría, solo hay un paso. Se trata de un fenómeno relacionado con la mecánica de fluidos en el que un objeto, que se desplaza dentro del agua, es envuelto por una burbuja de aire de forma que se reduce la fuerza de rozamiento que ejerce el líquido permitiendo alcanzar velocidades muy superiores. Sobre el papel, sería posible alcanzar la velocidad del sonido bajo el agua,

Sin embargo, se trata de una promesa aún muy lejana, si es que puede llegar a ser una realidad algún día. Por un lado, porque el consumo de energía para provocar y aprovechar este fenómeno sería considerable y quizá no resultase eficaz ni rentable. Por otro, porque las posibilidades de controlar un transporte equipado con este sistema sería limitado, lo que supone un evidente problema de seguridad.

Pero existen otras cuestiones que han levantado preguntas entre los lectores de Teknautas al leer sobre este tema. ¿Qué efecto tendría sobre el entorno y la fauna que hubiese submarinos desplazándose a cientos o miles de kilómetros por hora bajo el mar? ¿Y sobre los seres humanos que viajasen dentro? En este artículo vamos a tratar de dar respuesta a estas preguntas.

El efecto sobre el entorno y la fauna marina

Ante la interrogación más directa de qué pasaría en caso de toparse con un animal (pensamos en una ballena pero lo mismo ocurriría con una especie más pequeña) caben pocas dudas: sería un desastre inmediato. Hasta el momento la supercavitación no permite ninguna forma de dirección, por lo que no habría modo de evitar el choque. La colisión causaría sin remedio la muerte del animal, así como la de los pasajeros a causa del fuerte impacto, pero además, detenida la nave, la burbuja de aire que la envuelve desaparecería, cayendo de golpe sobre ella el peso de la columna de agua que tuviese por encima y causando su aplastamiento.

Sobre su efecto indirecto sobre el entorno, hay que tener en cuenta algunas nociones sobre mecánica de fluidos.

Ondas de presión

Cuando un cuerpo se mueve dentro de un fluido, ya sea un renacuajo en un río o un submarino en el fondo del mar, lo que hace es desplazar el equivalente de su volumen de ese fluido de un sitio a otro y sustituirlo con su propio cuerpo. Esta acción genera una serie de ondas de presión.

En el fondo del mar, esas ondas de presión son muy débiles, porque el agua es un fluido muy denso y moverla cuesta mucho esfuerzo. “El agua tiene una densidad mil veces mayor que la del aire, es muy difícil que un submarino se mueva a más de 40 o 50 kilómetros por hora. Las ondas de presión que generan no afectan significativamente a los peces”, explica Ángel Velázquez, profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid.

Pero al aumentar la velocidad de navegación, aumentaría la fuerza de esas ondas de presión, pudiendo resultar dañinas para la fauna y la flora marinas, además de alterar el paisaje del fondo de forma catastrófica cada vez que un submarino pasase por un lugar determinado. Imaginen cómo se ondulan las algas al nadar un pez a su alrededor. Ahora imaginen ese efecto miles de veces más fuerte, dependiendo del volumen y la velocidad del submarino. Lo arrasaría todo a su paso.

Ruido y temperatura

Tampoco el ruido que generan los submarinos tradicionales es demasiado problemático, no porque sean silenciosos, sino porque son escasos. En caso de empezar a utilizar esta forma de transporte a escala masiva, esto sí podría ser problema, pero no lo es de momento.

Poner a un submarino a desplazarse a la velocidad del sonido provocaría un estruendo considerable bajo el agua. “Las hélices y turbinas de los aviones también son enormes y ruidosas, pero se mueven por encima de las nubes, donde no hay un ecosistema. Bajo el agua viven miles de especies, y sobrepasar un determinado umbral podría romper las membranas de los oídos de los cetáceos y afectar al crecimiento de los peces”, explica Santiago Alfonso, físico y estudiante de Arquitectura Naval.

Además, el sonido bajo el agua se transmite mucho más rápido que en el aire (la velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 340 m/s y en el agua de unos 1.500 m/s). Esto quiere decir que afectaría a especies a kilómetros a la redonda de donde pasase el submarino, y cuanto más intenso, más lejos llegará.

Por último, habría que tener en cuenta la temperatura. Los submarinos tradicionales también generan calor, sobre todo las hélices y las turbinas, pero se disipa fácilmente porque no es mucho y el agua lo absorbe rápidamente.

Con un submarino supercavitante no sería una cuestión tan sencilla de resolver porque la temperatura alcanzada sería mucho más alta, al estar involucrada más energía para lograr más velocidad. “Habría una zona del océano constantemente sometida a altas variaciones de temperatura, afectando a todo el fondo marino y a las especies en las proximidades”.

Alfonso concluye con escepticismo: “Establecer una ruta comercial implicaría eliminar ecosistemas enteros para poder transportar gente que ni siquiera puede estar segura de que va a llegar a su destino sin que toneladas de agua marina le aplasten”.

El efecto sobre los viajeros

Otra cuestión comentada por los lectores en torno al sistema de la supercavitación es si el ser humano está fisiológicamente preparado para soportar el movimiento a esa velocidad sin sufrir alteraciones en su cuerpo. El problema en este caso no es la velocidad, sino la aceleración.

“Las personas pueden soportar velocidades altísimas. Un avión de Madrid a Barcelona ya alcanza los 900 km/h y tú vas dentro tranquilamente, escuchando la radio o comiendo aceitunas. Pero la aceleración no nos sienta tan bien”, señala Velázquez.

Lo que pasa es que la sangre de nuestro cuerpo tiene inercia, y la aceleración afecta a su movimiento. Es lo que ocurre cuando sube en un ascensor y siente cierto mareo: la aceleración en vertical hacia arriba hace que se le acumule la sangre en la parte inferior del cuerpo. Al bajar, ocurre lo contrario, se le sube la sangre a la cabeza. Con aceleraciones suaves esto no es un problema, pero si la aceleración es muy fuerte, solo podemos resistirla durante unos pocos segundos. Las alteraciones en nuestra circulación sanguínea pueden causarnos fallos de visión, pérdida de consciencia y daños cerebrales.

Nueve horas para alcanzar la velocidad del sonido

El cuerpo humano está mejor preparado para soportar la aceleración cuando el movimiento es en horizontal que en vertical, aumentando la resistencia cuando vamos hacia delante y no hacia arriba. Según estudios de la NASA, podemos llegar a aguantar aceleraciones durante un tiempo más o menos prolongado de hasta 17G.

John Stapp, oficial del ejército estadounidense, durante un experimento en el que llegó a soportar una aceleración de 46,2 G

John Stapp, oficial del ejército estadounidense, durante un experimento en el que llegó a soportar una aceleración de 46,2 G

Si una aceleración de 1G (equivalente a la que ejerce la gravedad medida al nivel del mar) significa que por cada segundo la velocidad aumenta 9,8 metros, esto equivale a que el máximo que podríamos resistir de forma sostenida, y de momento solo probado en condiciones experimentales, sería una aceleración (ojo, no velocidad) de 166 m/s^2. Habría que tener en cuenta la trayectoria (que fuese completamente recta o ligeramente curvada), así como la masa y condición física de cada persona, pero los pasajeros podrían sufrir molestias para alcanzar las velocidades prometidas.

También Velázquez analiza con marcada desconfianza este supuesto logro de los científicos chinos, no solo por una cuestión de seguridad, sino porque duda que esos niveles de aceleración sean realmente posibles. “Se trata de un balance energético de lo más sencillo. La potencia que utiliza un coche pequeño para moverse en una carretera horizontal a 100 km/h es del orden de 10 kilowatios. Para moverse a esa velocidad en el agua necesitaría 10.000 kilowatios (la potencia escala con la densidad del fluido y el agua es mil veces más densa que el aire). Moverse con el mismo coche a 1.000 km/h necesitaría mil veces más potencia, 10.000.000 kilowatios (o 10 gigawatios) ya que la potencia para moverse en el interior de un fluido escala con el cubo de la velocidad (si la velocidad es diez veces mayor, la potencia requerida es mil veces mayor)”.

En resumen, parece que si la supercavitación llega efectivamente a ser una realidad algún día, algo que muchos ponen en duda, todavía estamos muy lejos de ese momento, puesto que los problemas que plantea están muy lejos de estar resueltos y superan a las ventajas que podría proporcionarnos. Este fenómeno sigue siendo por tanto competencia de la investigación científica, y más cercana a la ingeniería militar que a la civil, como lleva ocurriendo desde los años de la Guerra Fría.

Rocío P. Benavente en El Confidencial

 

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