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Supercavitación, la tecnología que nos permitirá volar bajo el mar

Posted by jonkepa en agosto 27, 2014

submarinoImagine que va usted a la playa y decide correr un rato. Según su costumbre y forma física, esto le costará más o menos esfuerzo. Imagine que se recupera de la carrerita y prueba a correr otra vez, pero en lugar de hacerlo por la orilla lo hace sumergido en el agua hasta el cuello. Aquí el esfuerzo será mayor, da igual lo buena que sea su forma física. El agua es un medio más denso que el aire, y por tanto al desplazarse por ella el rozamiento será mayor y hará falta más energía para alcanzar a la misma velocidad.

Este es el problema con el que trabajan a diario los ingenieros navales al diseñar los cascos de los submarinos: encontrar la fórmula perfecta que reduzca al máximo el rozamiento con el agua para alcanzar la máxima velocidad con el mínimo consumo.

Es aquí donde entra en juego la supercavitación, que se ponía de actualidad este lunes ante el anuncio de científicos del Instituto de Tecnología de Harbin, en China, de que han logrado tras años de investigaciones dar un paso hacia el control de este fenómeno con la idea de aplicarlo en un futuro próximo para construir submarinos que alcancen la velocidad del sonido. Estos transportes supersónicos podrían moverse a 5.800 km/h (la velocidad media del sonido en el agua), cubriendo los 9.873 kilómetros que separan Shangai de San Francisco (si trazamos una línea recta entre ambas ciudades) en menos de dos horas.

La noticia despertó un inmediato interés entre los lectores de Teknautas. La posibilidad de recorrer miles de kilómetros en unos minutos es más que atractiva para cualquiera que haya pasado horas metido en un avión cruzando el océano. Pero la supercavitación no es una idea ni mucho menos nueva. Como tantas otras, surgió en los años de la Guerra Fría, en otro de los intentos de una superpotencia por superar a otra en la conquista por el mundo.

Cavitación y supercavitación, dos caras de un fenómeno

Pero empecemos por lo básico: qué es la cavitación y su derivada, la supercavitación. Ambas están relacionadas con el llamado principio de Bernoulli, que describe cómo se comporta un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua.

Según ese principio, cuando un objeto se mueve a alta velocidad en un líquido, la presión disminuye tras él. Si esta disminuye lo suficiente, las moléculas de agua no tienen nada que las mantenga unidas, pudiendo alcanzar niveles tan bajos que se alcance el punto de ebullición. En ese caso, ocurrirá lo mismo que cuando ponemos agua al fuego en una cacerola: pasará del estado líquido al gaseoso convirtiéndose en vapor, creándose al paso del objeto una estela de burbujas.

supercavitaciónComo explica el ingeniero naval Andrés Molina, la cavitación no es deseable ni benigna para los barcos. “Es como una viruela para las hélices”, comenta, ya que esas burbujas picotean el metal, acortando su vida útil si no están fabricadas teniendo este fenómeno en cuenta.

Pero llevar este fenómeno al extremo sí podría ser útil. Si la velocidad del objeto en el agua es suficientemente alta, la burbuja de vapor puede llegar a envolverlo, de forma que ya no navega, sino que vuela. Puesto que el rozamiento en un gas es mucho menor que en un líquido, esto permitiría alcanzar velocidades mucho más altas. En teoría, un objeto supercavitante puede llegar a alcanzar la velocidad del sonido en el agua, unos 5.800 km/h.

Esto se ha convertido en un objetivo más que deseable, puesto que las investigaciones en este punto llevan varios años estancadas. “La fuerza de rozamiento aumenta con la velocidad, lo que quiere decir que, llegados a un punto, por mucho que aumentes la energía bajo el agua apenas aceleras”, explica Germán Fernández, físico y divulgador. En un mundo en el que pedimos más y más velocidad, a los submarinos tradicionales apenas les queda margen de mejora.

Un fenómeno difícil de controlar

La supercavitación podría solucionar este punto, pero no es una técnica fácil de dominar. Un cuerpo que quiera producirla tiene que alcanzar velocidades de unos 100 km/h para generar y mantener esa burbuja. Además, una vez en ella, el objeto no puede ser dirigido de ninguna forma, ya que no está en contacto con el líquido. Por eso hasta ahora sólo se ha ensayado con objetos no tripulados, como misiles, que además había que lanzar siempre en línea recta.

Como decíamos al principio, fue en los años 70, durante la Guerra Fría, cuando se comenzó a estudiar este fenómeno. En 1977 la Unión Soviética desarrollaba el VA-111 Shkval, un tipo de torpedo revolucionario que podía alcanzar velocidades de hasta 370 km/h gracias a la supercavitación, lo que lo hacía hasta cuatro veces más rápido que un torpedo convencional. Sin embargo, tenía algunos inconvenientes, como un alcance bastante limitado o la imposibilidad de dirigirlo a distancia.

La cabeza del torpedo Shkval, diseñada para utilizar la supercavitación

La cabeza del torpedo Shkval, diseñada para utilizar la supercavitación

El Shkval no llevaba hélices para propulsarse, sino un cohete. Esto tenía un doble motivo. Por un lado, la idea era que el torpedo viajase volando, envuelto en gas, de forma que las hélices no servían de nada. Por otro, los propios gases de la combustión eran en parte redirigidos hacia el morro del proyectil, de forma que ayudaban a crear esa burbuja envolvente.

Un paso hacia la solución: membranas líquidas

Desde entonces, se tiene noticia de versiones tanto alemanas como iraníes similares a la del torpedo soviético, y algunas empresas buscan cómo adaptar la idea a supersubmarinos. En EEUU se ha ensayado el uso de balas que, aprovechando la supercavitación, mantienen su velocidad durante varios metros tras entrar en el agua, y las emplean para detonar controladamente minas submarinas.

Pero las limitaciones de la supercavitación son difíciles de resolver. Por eso, el anuncio de los científicos chinos ha despertado gran interés y sorpresa. El profesor Li Fengchen asegura haber encontrado la forma de superar algunos de los principales obstáculos.

Su idea es lanzar el objeto y que, una vez en contacto con el agua, este comience a autorrociarse con una membrana líquida especial que reducirá el rozamiento con el agua, facilitando alcanzar las altas velocidades necesarias para entrar en el estado de supercavitación. Una vez en ella, un control muy preciso en la cantidad de líquido rociado sobre la cápsula ayudará a crear distintos niveles de rozamiento y, de esta manera, a dirigirla en una u otra dirección.

Aunque orgullosos de su logro y seguros de haber superado varias dificultades técnicas decisivas, Li y su equipo reconocen que aún quedan muchos problemas que resolver antes de que los viajes submarinos supersónicos sean una realidad.

Seguridad y eficacia, aún por resolver

Fernández coincide en que hay muchas cuestiones a tener en cuenta todavía. “Habría que ver si el consumo de energía para crear esa burbuja compensa. Tendrías que expulsar el gas con mucha fuerza, porque tiene que compensar la presión del agua, que será mayor cuanto más profundo navegues”.

También habría que considerar la seguridad de un medio de transporte de estas características. Para empezar, la imposibilidad de maniobrar supone un riesgo en caso de toparse con un obstáculo, ya sea un animal, una roca o un objeto fabricado por el hombre. Por otro, si la burbuja de gas que envolviese al submarino desapareciese de pronto, le caería de golpe toda la presión del agua sobre él. “Por hacerse una idea, es como si un avión chocase contra el mar”.

Como explica Molina, existe una variación de esta tecnología que se usa hoy en día de forma más o menos habitual, y es que no son pocos los barcos que inyectan aire a presión alrededor de su casco, de forma que el rozamiento con el agua se reduce, necesitando así menos energía para alcanzar la misma velocidad.

Él también tiene sus reservas en cuanto a emplear esta técnica en submarinos, empezando por la cantidad de gas necesaria para crear este efecto. “Necesitarías una cantidad de aire estratosférica, proporcional a la presión, es decir, unas 50 o 100 veces más aire que a poca profundidad”. El gas, señala, no es tan fácil de conseguir a esos niveles cuando estás bajo el agua.

Es posible que atravesar el Pacífico en poco más de una hora y media no sea una realidad tan inmediata como los más entusiastas querrían pensar. Pero lo cierto es que la comunidad científica parecía llevar décadas sin dar con un nuevo enfoque para esta técnica, y el avance de los ingenieros de Harbin propone un paso en una dirección distinta. Puede que volar por el océano esté, al menos, un paso más cerca.

Rocío P. Benavente en El Confidencial

 

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Una respuesta to “Supercavitación, la tecnología que nos permitirá volar bajo el mar”

  1. Información Bitacoras.com

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