Submarinos: como funcionam?

Submarino - é uma embarcação especializada para operar submersa, tendo sido largamente usadas pela primeira vez na Primeira Guerra Mundial, sendo usado por todas as grandes marinhas atualmente. Submarinos civis e submergíveis são usados com fins científicos tanto na água doce quanto salgada para trabalhar em profundidades muitos grandes para mergulhadores humanos. Mas como os submarinos funcionam?

Mergulhando e emergindoUm submarino ou qualquer tipo de embarcação pode flutuar porque o peso da água deslocada é igual ao peso da embarcação. Esse deslocamento de água cria uma força que puxa para cima, chamada força de flutuação, e age em oposição à gravidade que puxa a embarcação para baixo. Ao contrário do navio, o submarino pode controlar a sua flutuação, podendo assim afundar e emergir conforme necessário.
Para controlar a flutuação, o submarino possui tanques de lastro e auxiliares, ou tanques de balanceamento, que podem, alternadamente, serem enchidos com água ou ar. Quando o submarino está na superfície, os tanques de lastro estão cheios de ar e a densidade total do submarino é menor que a da água circundante. Quando o submarino mergulha, os tanques de lastro são preenchidos com água e o ar nestes tanques escapa até que a densidade total seja maior do que a da água. Assim, o submarino começa a afundar (flutuação negativa). Um suprimento de ar comprimido é mantido em tanques a bordo do submarino, para prover as condições de vida e para a utilização nos tanques de lastro. Adicionalmente, o submarino possui um conjunto móvel de curtas "asas" chamadas hidroplanos na popa (parte de trás), que ajudam a controlar o ângulo de mergulho. Os hidroplanos são posicionados de forma a permitir que a água se mova sob a popa, fazendo-a mover-se para cima. Dessa maneira, o submarino desloca-se para baixo.
Para nivelar-se a uma certa profundidade, o submarino mantém o equilíbrio entre água e ar nos tanques, para que a densidade total seja igual à da água circundante (flutuação neutra). Quando o submarino atinge sua profundidade de navegação, os hidroplanos são regulados de maneira que o submarino viaje num nível através da água. A água também é forçada entre os tanques de balanceamento da proa e da popa para manter o sub-nível. O submarino pode se mover na água usando o leme da cauda para virar a estibordo (direita) ou a bombordo (esquerda); e os hidroplanos para controlar o ângulo de proa à popa. Alguns submarinos são equipados com um motor de propulsão secundário retrátil, que pode girar sobre um eixo de 360 graus.
Quando o submarino vem à superfície, o ar comprimido flui dos tanques de ar para os tanques de lastro e a água é forçada a sair, até que sua densidade total seja menor que a da água a sua volta (flutuação positiva). Isso faz o submarino emergir. Os hidroplanos são posicionados de forma que a água se mova sobre a popa, forçando-a para baixo; assim o submarino é angulado para cima. Numa emergência, os tanques de lastro podem ser enchidos rapidamente com ar de alta pressão para fazer com que o submarino vá rapidamente para a superfície.

 

Suporte à vida no interior do submarinoHá três problemas principais quanto às condições de vida no ambiente fechado de um submarino:
•manter a qualidade do ar
•manter o fornecimento de água potável
•manter a temperatura


O ar que respiramos é composto de quantidades significativas de quatro gases:

•nitrogênio (78%)
•oxigênio (21%)
•argônio (0,94%)
•dióxido de carbono (0,04%)

Quando respiramos, nossos corpos consomem o seu oxigênio e o convertem em dióxido de carbono. O ar exalado contém cerca de 4,5% de dióxido de carbono. Os nossos corpos não fazem nada com o nitrogênio ou argônio. Um submarino é um container lacrado, que contém pessoas e um fornecimento de ar limitado. Há três coisas que devem ocorrer para que o ar do submarino seja respirável:
•O oxigênio deve ser completado à medida que for sendo consumido. Se a percentagem do oxigênio ficar muito baixa, as pessoas começam a sufocar.
•O dióxido de carbono deve ser removido do ar. À medida que a sua concentração aumenta, ele se torna tóxico.
•A umidade que exalamos através da respiração deve ser removida.

O oxigênio é fornecido pelos tanques pressurizados, por um gerador de oxigênio (que pode formar oxigênio a partir da eletrólise da água) ou por algum tipo de "reservatório de oxigênio" que o libera através de uma reação química muito quente.

O dióxido de carbono pode ser removido do ar quimicamente, usando-se uma mistura de hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio em dispositivos chamados depuradores de gás.

A umidade pode ser removida através de um desumidificador ou através de produtos químicos.

Mantendo o fornecimento de água potável
Muitos submarinos possuem uma aparelhagem para destilar a água retirada do mar e torná-la potável. A unidade destiladora aquece a água do mar até esta chegar ao ponto de vapor, o que remove os sais, e, em seguida, resfria o vapor de água em um tanque coletor de água potável.

Mantendo a temperatura
A temperatura do oceano em volta do submarino é de 4 ºC. O metal da embarcação conduz o calor interno para a água circundante. Desta forma, os submarinos devem ser aquecidos eletricamente para manter uma temperatura confortável para a tripulação. A energia elétrica para os aquecedores vem do reator nuclear, de um motor a diesel ou de baterias (emergência).

Fonte: Como tudo funciona?