Cómo funcionan los submarinos
Sumergir y salir a la superficie
Un submarino puede flotar en el agua porque el peso del agua desplazada es igual al peso de la nave. La fuerza ascendente que el agua ejerce sobre la nave se conoce como fuerza de flotación. La clave para controlar la inmersión y la salida a la superficie de un submarino, es controlar la flotabilidad.
Los submarinos están equipados con tanques de lastre y tanques de disparo que pueden llenarse con agua o aire. Para que el submarino esté en la superficie, los tanques de lastre deben estar vacíos; para descender, el aire de los tanques se sustituye por agua. La densidad del submarino es entonces mayor que la del agua y se sumergirá. Hay un suministro de aire comprimido a bordo que se utiliza tanto para el soporte vital como para llenar los tanques de lastre.
La velocidad de descenso se ve favorecida además por un conjunto de planos de inmersión o «alas» en la parte superior del submarino. El ángulo de las alas se controla, influyendo así en el ángulo de descenso.
Para mantener el nivel del submarino a cualquier profundidad, el submarino mantiene un equilibrio de aire y agua en los tanques de viaje, de modo que la densidad general es igual a la del agua circundante. Los planos de inmersión también ayudan a mantener constante la profundidad del submarino. El timón situado en la parte trasera de la nave ayuda a dirigirla.
Suministro de energía
Los submarinos nucleares utilizan reactores nucleares, turbinas de vapor y engranajes reductores para impulsar el eje de la hélice principal. También se utiliza energía eléctrica para el funcionamiento de los equipos, que se obtiene de motores diésel y reactores nucleares. Las baterías también pueden utilizarse para la energía eléctrica, y pueden cargarse utilizando un motor diésel o un reactor nuclear.
Los submarinos nucleares tienen una ventaja sobre los diésel porque pueden permanecer sumergidos durante semanas. Los motores diésel sólo pueden utilizarse mientras el submarino está en la superficie, o al menos utilizando un esnórquel, para recargar las baterías. Una vez cargadas las baterías, el submarino puede descender utilizando energía eléctrica. Como el combustible nuclear dura mucho más que el diésel, los submarinos nucleares pueden permanecer bajo el agua o en el mar durante largos periodos de tiempo, sin tener que bajar a puerto para repostar.
Navegación
Los submarinos navegan utilizando el sistema de posicionamiento global mientras están en la superficie, sin embargo, esto no funciona mientras la nave está sumergida. Bajo el agua, las embarcaciones utilizan sistemas de guiado inercial que siguen el movimiento de la nave desde un punto de partida fijo mediante giroscopios. Estos sistemas son muy complejos y difíciles de usar, y al mismo tiempo muy precisos. Tienen una precisión de hasta 150 horas cada vez.
Para localizar objetivos, los submarinos utilizan un sonar pasivo. Este funciona emitiendo ondas sonoras a través del agua y permitiendo que las ondas sonoras se reflejen en el objetivo y regresen; conociendo la velocidad del sonido en el agua y el tiempo que tardó la onda sonora en regresar, los submarinos pueden calcular la distancia al objetivo. Es la misma técnica que utilizan los murciélagos, los delfines y las ballenas. Estos sistemas también pueden ayudar a recalibrar los sistemas de guiado inercial.
Suministro de aire
El oxígeno se suministra desde tanques comprimidos o desde un generador de oxígeno, que funciona por electrólisis. El oxígeno puede ser liberado en periodos a lo largo del día, o cuando un ordenador detecta que el nivel de oxígeno es bajo. También hay que eliminar el dióxido de carbono del aire. Esto puede hacerse químicamente utilizando cal sodada en «depuradores». El dióxido de carbono se atrapa y se elimina del aire mediante reacciones químicas. La humedad se elimina mediante un deshumidificador, lo que evita la acumulación de condensación dentro de la nave.
Suministro de agua
La mayoría de los submarinos pueden tomar agua de mar y convertirla en agua dulce mediante un proceso de destilación. La planta de destilación de los submarinos puede producir entre 10.000 y 40.000 galones de agua al día. El agua se utiliza principalmente para refrigerar los equipos y para el uso personal de la tripulación.