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¿Cómo se gestiona la calidad del aire respirable en un submarino convencional?

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Durante períodos aislados del exterior, ¿qué sucede con la calidad del aire interior donde puede haber 43 personas viviendo en ese espacio cerrado?

Cómo se gestiona la calidad del aire respirable en un submarino diésel

Como ya hemos comentado en artículos anteriores sobre los submarinos de la Armada de Portugal de la Clase Tridente, estos barcos tienen una gran autonomía para permanecer en el mar, lo que está condicionado, sobre todo, por la capacidad de almacenamiento de sus alimentos.

En cambio, en el mar, el tiempo que los submarinos pueden permanecer aislados de la atmósfera exterior puede ser de 15 días o más y depende de su autonomía energética, es decir, el tiempo que pueden permanecer sin recurrir al aire exterior para cargar sus baterías. ¿Cómo se realiza la gestión de la calidad del aire en un submarino?

La tecnología para gestionar la calidad del aire de un submarino ...

Durante los períodos aislados del exterior, ¿qué sucede con la calidad del aire interior sabiendo que puede haber 43 personas viviendo en ese espacio cerrado? La tecnología utilizada para mantener la calidad de esta atmósfera interior puede no ser extraordinaria, pero ciertamente es de extrema importancia para el funcionamiento del submarino y la supervivencia de su guarnición.

Como es posible que los submarinos de la Clase Tridente permanezcan durante 15 días o más aislados de la atmósfera exterior utilizando el sistema Fuel Cell como fuente de energía, el monitoreo y control de la calidad del aire interior es permanente y es también una de las mayores preocupaciones de la tripulación.

Con un máximo de 43 personas viviendo en un ambiente cerrado, la gestión de la calidad del aire que respiran se lleva a cabo mediante procesos químicos conocidos desde hace tiempo y apoyados en una tecnología que, aunque no de vanguardia, es sin duda fundamental para la supervivencia de la guarnición.

La gran ventaja de un submarino, en comparación con otro barco, es su capacidad de "ver sin ser visto". Sin embargo, en el caso de los submarinos convencionales, un factor que determina la capacidad de no ser detectados es la necesidad de cargar su principal fuente de energía: su batería. Dependiendo de su consumo, puede aumentar o disminuir los ciclos de carga y descarga, condicionando así la discreción de estos barcos.

En medio del mar, la batería se carga mediante grupos electrógenos (el conjunto de un motor de combustión asociado a un generador eléctrico) que naturalmente necesitan aire exterior para su funcionamiento. Para recogerlo se utiliza un mástil, denominado mástil de snorkel, que, cuando es necesario elevarlo por encima de la línea de flotación, reduce en consecuencia la discreción del submarino, aumentando así la posibilidad de que el submarino sea detectado visualmente por radar (en tierra, a bordo). buque de superficie o aeronave) o incluso por satélite.

La duración de estos ciclos de carga y descarga depende de numerosos factores. Pero cuando el submarino navega utilizando únicamente la energía almacenada en las baterías, quedando aislado del exterior, normalmente no lo hace durante un período suficientemente largo lo que representa un problema para la gestión de la calidad del aire interior. Su renovación se realiza en el siguiente período de carga de la batería mediante la admisión del aire necesario para el funcionamiento de los motores de combustión por el mástil de snorkel.

Cómo se gestiona la calidad del aire respirable en un submarino diésel

Gestión de la calidad del aire en un submarino

Por otro lado, cuando los submarinos de la Clase Tridente están operando utilizando el sistema Fuel Cell, pueden estar aislados del exterior durante 15 o más días, ya que no necesitan recurrir a grupos electrógenos para cargar la batería. Es en esta circunstancia que, cuando la tripulación esta "consumiendo" oxígeno y "produciendo" dióxido de carbono durante un largo período, la gestión de la calidad del aire interior necesita una mayor atención.

Si la tecnología que permite esta autonomía de la atmósfera exterior es extraordinaria, que permite mantener una atmósfera respirable, pasa por recurrir a procesos más sencillos, utilizando “solo” la tecnología para su monitorización.

Brevemente, los gases monitoreados a bordo de nuestros submarinos se resumen a continuación:

  • El oxígeno (O2), del que depende naturalmente la actividad humana, es consumido por las personas de forma permanente, y los seres humanos son muy susceptibles a una pequeña reducción de su concentración;
  • El dióxido de carbono (CO2), producto de la respiración humana, puede causar la muerte en altas concentraciones;
  • El monóxido de carbono (CO), aunque no es el resultado directo de la actividad humana, es bastante nocivo incluso a bajas concentraciones y puede surgir en grandes cantidades en caso de incendio.
  • Hidrógeno (H2), liberado por el grupo de baterías en determinadas condiciones, considerando el alto riesgo de explosión incluso a bajas concentraciones, su control es fundamental.

La monitorización de estos gases está integrada en el denominado sistema de control de plataforma, que, recibiendo de varios sensores repartidos por el barco, registra y proporciona diferentes niveles de alarmas. Este sistema se opera permanentemente, garantizando la ejecución inmediata de los trámites necesarios.

El sistema de control de la plataforma
El sistema de control de la plataforma


Además de monitorear los gases antes mencionados, y antes de recurrir a sistemas de emergencia en caso de necesidad, existe la capacidad de controlar algunos de estos gases.

OXÍGENO

El oxígeno es consumido de manera regular por las personas a bordo, siendo su reemplazo la solución viable para su control. Dado que estos submarinos están equipados con el sistema Fuel Cell, que utiliza oxígeno e hidrógeno como combustibles, el depósito de oxígeno, que es muy similar al que existe en los hospitales, también se utiliza para la liberación de oxígeno en la atmósfera interior.

Con esta facilidad, al calcular el consumo de oxígeno, se puede regular un flujo constante de su liberación a la atmósfera, permitiendo así el mantenimiento de un porcentaje adecuado.

Esquema de un tanque de oxígeno líquido.
Esquema de un tanque de oxígeno líquido.


DIÓXIDO DE CARBONO

Como el oxígeno, pero con una evolución en la dirección opuesta, el dióxido de carbono aumenta constantemente como resultado de la actividad humana a bordo. La reducción de su concentración se logra fácilmente mediante un sencillo proceso de filtración / retención de aire.

Al alcanzar el porcentaje límite definido, el sistema de ventilación que hace circular el aire interior, se dispone para dirigir la circulación de ventilación a través de un granulado de cal-soda que asegura la absorción de dióxido de carbono. Para este proceso, solo es necesario asegurarse de que haya una cantidad suficiente de cal sodada a bordo adecuada para la duración de la misión.

MONÓXIDO DE CARBONO

El monóxido de carbono, si tenemos en cuenta la limitada capacidad de eliminarlo sin recurrir a la atmósfera exterior, es un gas más delicado de gestionar. Al ser inodoro, incoloro y tóxico en bajas concentraciones, este gas representa un alto peligro y su vigilancia permanente es fundamental. Considerando que la fuente más probable de CO debe ser un incendio, la renovación del aire interior es, naturalmente, un procedimiento posterior a adoptar, siendo ésta la única solución para su eliminación. Solo consideraciones operativas pueden posponer la adopción de esta medida de inmediato.

HIDRÓGENO

Finalmente, un gas altamente inflamable que arde en concentraciones superiores al 4%, el hidrógeno es un riesgo real y permanente a bordo de un submarino. Dado que las baterías de plomo y ácido sulfúrico, su proceso de carga puede provocar la liberación de hidrógeno. Este fenómeno requiere un seguimiento centrado en los sótanos de las baterías donde, con mayor facilidad, se pueden formar "bolsas" de mayor concentración de hidrógeno.

Para evitar esta concentración localizada, el esquema de ventilación a bordo se diseñó para hacer circular el aire de las bodegas de la batería al resto del barco. Esta circulación es más frecuente durante el proceso de carga de la batería en el que el aire circula desde estas bodegas directamente al compartimiento del motor diesel, de donde extraen aire para la combustión.

Adicionalmente, dispersos por el interior, se encuentran recombinaciones de hidrógeno con el objetivo de capturar hidrógeno y recombinarlo con oxígeno formando vapor de agua.

EN CASO DE EMERGENCIA

Dado que los submarinos se construyen con una filosofía centrada en mantener la capacidad de regresar a la superficie, lo cierto es que, si esto resulta completamente imposible, existe alguna capacidad para sobrevivir a su tripulación en condiciones más precarias, con el control de la calidad del aire es aún más urgente.

Este tema de la capacidad para sobrevivir a un accidente se puede abordar en un artículo futuro, dentro del ámbito del control de la calidad de la atmósfera interior, existen algunos equipos que permiten la monitorización alternativa de la calidad de la atmósfera, siendo ANALOX uno de los más completos. Este equipo portátil es capaz de medir oxígeno, dióxido de carbono y presión atmosférica, con un rango de 7 días en funcionamiento continuo.

Equipo ANALOX

Para una supervivencia inmediata, también hay un sistema de respiración autónomo, con tapones esparcidos por todo el barco. Este circuito permite que todos los tripulantes a bordo, en pocos segundos, comiencen a respirar desde un circuito de aire comprimido que garantiza la autonomía en caso de que la atmósfera interior se contamine.

Por todo lo anterior, podemos concluir con seguridad que la calidad del aire que se respira a bordo de los submarinos de la Clase Tridente es de una calidad mucho mejor que la que se respira en el centro de cualquier gran ciudad.

Fuente: Pedro Pinto. 02 JUL 2020. A gestão da qualidade do ar de um submarino! Saiba como é em termos de tecnologia. https://pplware.sapo.pt/-

Pplware agradece al  Comandante Paulo García por escribir este fantástico artículo

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¿Cómo se gestiona la calidad del aire respirable en un submarino convencional?
Durante períodos aislados del exterior, ¿qué sucede con la calidad del aire interior donde puede haber 43 personas viviendo en ese espacio cerrado?
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