Una mirada más cercana a la tecnología submarina del LIB y AIP
Submarino clase Scorpene (imagen: GWMJ)
La tecnología de propulsión independiente del aire (AIP) con celdas de combustible y las baterías de iones de litio (LIB) representan un avance significativo en la propulsión de submarinos, ofreciendo beneficios operativos sustanciales, aunque también plantean desafíos únicos que requieren una gestión cuidadosa. Actualmente, un número creciente de armadas a nivel mundial implementa estas tecnologías debido a su rendimiento y eficiencia superiores frente a las baterías tradicionales de plomo-ácido. Ambas innovaciones superan las capacidades de los sistemas de propulsión diésel-eléctricos convencionales, y un enfoque híbrido que combina baterías de iones de litio con celdas de combustible optimiza el rendimiento en numerosas situaciones operativas.
Batería submarina de iones de litio (foto: GWMJ)
A. VENTAJAS DE LAS BATERÍAS DE IONES DE LITIO EN SUBMARINOS
1. Mayor densidad energética y eficiencia
Las baterías de iones de litio proporcionan una densidad de energía significativamente superior, lo que permite una mayor autonomía bajo el agua y tiempos de carga más rápidos. Estas características las hacen especialmente adecuadas para misiones prolongadas y para un redespliegue ágil y eficiente.
2. Mantenimiento reducido y vida útil más larga
En
comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías de iones de
litio requieren menos mantenimiento y tienen una vida útil más larga, lo
que las hace más rentables con el tiempo.
3. Seguridad y confiabilidad mejoradas
Los avances recientes en la tecnología de iones de litio, como el empleo de fosfato de litio y hierro (LiFePO4), han mejorado significativamente la seguridad de estas baterías. Estas innovaciones mitigan la susceptibilidad al calor y reducen los riesgos de incendio, una consideración crucial para submarinos que operan en entornos confinados y de alta presión.
B. DESAFÍOS EN LA APLICACIÓN DE BATERÍAS DE IONES DE LITIO (LIB)
Aunque las baterías de iones de litio presentan numerosos beneficios, también plantean desafíos importantes, especialmente en términos de seguridad y en la gestión de operaciones y mantenimiento. Avances en ciencia de materiales, como el uso de cerámicas y revestimientos de carbono duro, contribuyen a mitigar estos riesgos. Además, la integración de baterías de iones de litio con tecnologías de propulsión complementarias, como las celdas de combustible, puede potenciar aún más el rendimiento de los submarinos. En conjunto, la transición a baterías de iones de litio representa un avance tecnológico considerable en el diseño de submarinos y promete una mayor capacidad operativa y eficiencia para las armadas modernas.
Aplicación de la tecnología de baterías de iones de litio para submarinos de clase Scorpene Evolved (imagen: Total Energies)
C. COMPARACIÓN DE BATERÍAS DE IONES DE LITIO (LIB) Y BATERÍAS DE PILA DE COMBUSTIBLE AIP PARA SUBMARINOS
1. BATERÍA DE IONES DE LITIO
a. Densidad y eficiencia energética
1). Alta densidad de energía
Las baterías de iones de litio destacan por su alta densidad de energía, generalmente en el rango de 150-200 Wh/kg, superando ampliamente a las baterías tradicionales de plomo-ácido, que ofrecen alrededor de 30-50 Wh/kg. Esta mayor densidad de energía permite a los submarinos almacenar una cantidad considerable de energía en un volumen compacto, lo cual facilita una mayor autonomía bajo el agua y la capacidad de recorrer distancias más largas. La eficiencia energética superior de las baterías de iones de litio proviene de su reacción química, en la cual los iones de litio se desplazan entre el ánodo y el cátodo, almacenando y liberando energía de forma más efectiva que las baterías de plomo-ácido, que dependen de reacciones químicas con plomo y ácido sulfúrico.
2). Carga rápida
Las baterías de iones de litio ofrecen tiempos de carga más rápidos en comparación con las de plomo-ácido, gracias a sus propiedades electroquímicas. La capa densa de electrolito en el ánodo facilita una transferencia rápida de iones de litio, lo que permite una absorción de energía más eficiente. Esta capacidad de carga rápida es esencial para facilitar un redespliegue ágil y mantener altos niveles de preparación operativa.
b. Mantenimiento y ciclo de vida
1). Menor mantenimiento
Las baterías de iones de litio requieren menos mantenimiento, ya que no experimentan sulfatación, un problema común en las baterías de plomo-ácido que causa la formación de cristales de sulfato en las placas, disminuyendo su capacidad y eficiencia. Esto se debe a las reacciones químicas equilibradas de las baterías de iones de litio y a la ausencia de electrolito líquido susceptible a la degradación. Además, las LIB incorporan un sistema de gestión de batería (BMS) que supervisa y gestiona su estado, reduciendo aún más las necesidades de mantenimiento y mejorando su fiabilidad operativa.
2). Vida útil más larga
Las baterías de iones de litio suelen tener una vida útil más prolongada, generalmente entre 10 y 15 años, en comparación con los 5 a 8 años de las baterías de plomo-ácido. Esta longevidad se debe a su capacidad para soportar entre 500 y más de 2000 ciclos de carga y descarga, dependiendo de la química específica utilizada. La durabilidad superior es el resultado de reacciones electroquímicas estables dentro de la batería, junto con la gestión efectiva proporcionada por el sistema de administración de batería (BMS), que optimiza su rendimiento y prolonga su vida operativa.
La
resistencia de inmersión sin salir a la superficie por parte de submarinos
en la ASEAN, el submarino Scorpene Evolved de la Armada de Indonesia
puede sobrevivir durante 50 a 78 días (imagen: Lancercell)
b. Consideraciones de seguridad
Una de las principales preocupaciones de seguridad en las baterías de iones de litio es la fuga térmica, un fenómeno en el cual las celdas se sobrecalientan, desencadenando una reacción en cadena que puede provocar incendios o explosiones. Esta fuga térmica puede ocurrir debido a un cortocircuito interno, sobrecarga o daño físico. Cuando la temperatura dentro de una celda supera un umbral crítico, el electrolito puede inflamarse, causando un rápido incremento de temperatura y presión.
Avances como la química de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), conocida por su mayor estabilidad y menor susceptibilidad al sobrecalentamiento, han mejorado significativamente la seguridad. Además, el uso de un sistema de gestión de batería (BMS) avanzado y un sistema de control térmico permite monitorear y regular la temperatura, disminuyendo el riesgo de fuga térmica y mejorando la confiabilidad operativa.
d. Beneficios operativos
Las baterías de iones de litio permiten un funcionamiento significativamente más silencioso del submarino en comparación con los motores diésel convencionales, que generan más ruido debido a sus piezas mecánicas en movimiento. Estas baterías suministran energía eléctrica directa a los sistemas de propulsión y a otros sistemas a bordo, eliminando la necesidad de un motor de combustión interna. Al prescindir de componentes mecánicos ruidosos, como pistones, engranajes y sistemas de escape, se reduce la firma acústica del submarino, mejorando su capacidad de sigilo y aumentando su eficacia en misiones que requieren discreción.
2. TECNOLOGÍA AIP (PROPULCIÓN INDEPENDIENTE DEL AIRE) DE PILA DE COMBUSTIBLE
a. Densidad y eficiencia energética
Las pilas de combustible de hidrógeno generan electricidad mediante una reacción química entre hidrógeno y oxígeno, produciendo únicamente agua y calor como subproductos. En las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), el proceso comienza en el ánodo, donde las moléculas de hidrógeno se dividen en protones y electrones. Los electrones recorren un circuito externo, generando energía, mientras que los protones atraviesan una membrana para combinarse con el oxígeno en el cátodo y formar agua. Este proceso permite un suministro continuo de energía siempre que haya combustible disponible, eliminando la necesidad de recargar como ocurre con las baterías convencionales.
En un sistema de propulsión independiente del aire (AIP), las pilas de combustible utilizan oxígeno líquido almacenado u otro oxidante para generar electricidad bajo el agua, evitando la necesidad de salir a la superficie o utilizar un snorkel para obtener oxígeno atmosférico. Esto mejora significativamente la capacidad de permanencia sumergida y reduce la firma de detección del submarino, haciendo que sea más difícil de localizar y rastrear en operaciones furtivas.
El
concepto de utilizar AIP en submarinos eléctricos puede reducir la tasa
de indiscreción/el barco debe salir a la superficie (imagen: GWMJ)
b. Mantenimiento y ciclo de vida
1). Mantenimiento complejo El mantenimiento de los sistemas de pilas de combustible demanda conocimientos e infraestructura especializados para la manipulación y almacenamiento del hidrógeno, lo cual representa un desafío logístico y financiero. La infraestructura necesaria incluye instalaciones para la producción, compresión, almacenamiento y distribución de hidrógeno. Además, los sistemas de pilas de combustible requieren mantenimiento regular para asegurar el funcionamiento óptimo de componentes clave, como membranas, electrodos y catalizadores. La presencia de fugas o contaminación puede comprometer considerablemente el rendimiento y la seguridad del sistema.
2). Requisitos de formación El personal de tripulación y mantenimiento necesita una formación extensa y rigurosa para operar de forma segura las pilas de combustible y los sistemas asociados, incluyendo el almacenamiento y la transferencia de hidrógeno. Dado que el hidrógeno es un gas altamente inflamable, el cumplimiento de estrictos protocolos de seguridad es fundamental para prevenir fugas y explosiones. Además, el manejo y mantenimiento de esta tecnología avanzada requiere conocimientos profundos en procesos electroquímicos y en la integración de sistemas para asegurar una operación segura y eficiente.
b. Consideraciones de seguridad
1). Riesgos del almacenamiento de hidrógeno El almacenamiento y manipulación del hidrógeno conlleva riesgos significativos debido a las características de sus moléculas, que son extremadamente pequeñas y pueden escapar a través de espacios mínimos o sellos, lo que incrementa el riesgo de fugas y explosiones. Esto exige soluciones de almacenamiento robustas, como tanques de alta presión o sistemas criogénicos, para asegurar un confinamiento seguro del hidrógeno. Además, se necesitan materiales y técnicas especializadas para prevenir fugas y asegurar un manejo seguro del gas.
2). Problemas de confiabilidad Las pilas de combustible pueden presentar problemas de confiabilidad, ya que su rendimiento tiende a degradarse con el tiempo y bajo ciertas condiciones operativas debido a la complejidad de la tecnología y la gestión del combustible. Factores como las impurezas en el combustible, la degradación de las membranas y el envenenamiento de los catalizadores afectan la eficiencia y longevidad de las pilas de combustible. Estos desafíos requieren monitoreo constante y mantenimiento preventivo para mantener un rendimiento estable y confiable.
Capacidad de crucero en inmersión/rango de crucero sumergido (gráfico: GWMJ)
d. Beneficios operativos
1). Aumento de la resistencia La tecnología Fuel Cell AIP mejora considerablemente la resistencia de los submarinos, permitiendo operaciones prolongadas y encubiertas. Esto es posible porque las pilas de combustible pueden generar electricidad continuamente mientras haya suministro de combustible. Los submarinos equipados con AIP pueden permanecer sumergidos durante semanas o incluso meses, en contraste con los submarinos diésel-eléctricos convencionales, cuya autonomía es de solo unos días. Esta mayor resistencia amplía la flexibilidad operativa y potencia las capacidades de sigilo del submarino.
2). Reducción de la firma acústica Al igual que las baterías de iones de litio, las pilas de combustible AIP facilitan un funcionamiento silencioso del submarino, reforzando su capacidad de sigilo. La generación de electricidad mediante reacciones químicas en el sistema AIP, que no requiere partes móviles, elimina el ruido asociado a los motores de combustión interna con componentes mecánicos. Esto reduce significativamente la firma acústica del submarino, haciéndolo más difícil de detectar mediante sistemas de sonar.
Submarinos diésel con tecnología AIP vs LIB (gráfico: Estudios de Defensa)
D. CONCLUSIÓN
1. Batería de iones de litio (LIB)
Las baterías de iones de litio ofrecen mayor densidad
de energía, tiempos de carga más rápidos y menor mantenimiento, lo que
las hace altamente eficientes y rentables para los submarinos modernos.
Sin embargo, esto plantea un riesgo de seguridad que debe gestionarse
con cuidado.
2. Pila de combustible AIP
AIP proporciona una mayor resistencia operativa e
independencia del aire de superficie, lo cual es importante para
misiones furtivas y de largo alcance. Dichos equipos requieren un
mantenimiento más complejo e infraestructura especializada, lo que puede
resultar complicado y costoso desde el punto de vista logístico.
E. CONSIDERACIONES
1. Necesidades operativas
La elección entre baterías de iones de litio y pilas
de combustible depende en gran medida de los requisitos operativos
específicos y del perfil de la misión de la flota de submarinos.
2. Costos e infraestructura
Las consideraciones de costo, infraestructura
disponible y protocolos de seguridad juegan un papel importante a la
hora de determinar la tecnología más adecuada. (Capitán de barco (T)
Iqbal)
Explicado: ¡Cómo funciona la propulsión independiente del aire (AIP)!
INTRODUCCIÓN
Desde
que los submarinos se convirtieron en el arma principal de la guerra
naval, los diseñadores se han centrado en hacerlos más silenciosos y
aumentar su resistencia bajo el agua. Los submarinos diésel-eléctricos
tradicionales necesitan salir a la superficie con frecuencia para cargar
sus baterías y tienen una resistencia bajo el agua de sólo unos pocos
días. A medida que mejoró la tecnología de las baterías, la resistencia
de estos submarinos aumentó proporcionalmente. Pero no fue suficiente
para durar más de una semana. La introducción de la propulsión
independiente del aire (AIP) mejoró enormemente la resistencia bajo el
agua de estos submarinos y les dio una clara ventaja.
Esa
es la razón por la que vemos un gran número de armadas haciendo cola
para comprar o construir submarinos con sistemas AIP. La mejor parte es
que la tecnología AIP se puede instalar en submarinos existentes de
generaciones anteriores insertando una nueva sección del casco durante
una modernización. Este artículo abordará el funcionamiento, las
ventajas, las desventajas y la aplicación del AIP en los submarinos
modernos.
Submarinos diésel-eléctricos
Como
su nombre indica, los submarinos diésel-eléctricos funcionan con diésel
y electricidad. Disponen de una amplia red de baterías que se cargan
mediante el generador diésel. Hacen snorkel
, es decir, viajan justo debajo de la superficie del agua con el
periscopio y el tubo de escape del generador diésel por encima de la
superficie del agua. Una vez que cargan sus baterías, se sumergen en el
océano y funcionan silenciosamente con la energía de la batería con los
generadores diésel apagados. Después de funcionar durante unos días bajo
el agua, la batería se agota y estos submarinos tienen que salir a la
superficie nuevamente para recargar sus baterías. Los submarinos
diésel-eléctricos también se conocen como SSK (Sub Surface
Hunter-Killer) por la designación naval de los EE. UU. o popularmente se
les llama diésel. Un submarino diésel-eléctrico emergido
Un submarino diésel-eléctrico para hacer snorkel
¿Por qué necesitamos AIP?
Mientras
están bajo el agua, las baterías a bordo alimentan la hélice y otros
sistemas eléctricos a bordo del submarino. Estas baterías se agotan en
4-5 días y el submarino necesita recargarlas. Esto se hace haciendo snorkel
, lo que los expone a la detección de radares enemigos y los convierte
en un blanco fácil para los activos antisubmarinos hostiles. Aunque los
snorkels modernos están recubiertos con pintura que absorbe los radares y
tienen una forma discreta, siguen siendo detectables por radares de
alta resolución. También hay sensores llamados rastreadores diésel que
pueden detectar las emisiones de escape de los generadores diésel del
submarino mientras se practica snorkel. Un submarino que necesita salir a
la superficie todos los días pierde su elemento sorpresa y aumenta su
vulnerabilidad frente a los activos antisubmarinos hostiles.
Por
lo tanto, necesitamos un sistema que permita a los submarinos
diésel-eléctricos recargar sus baterías sin hacer funcionar sus motores.
Esto les permitirá seguir navegando bajo el agua y conservar el
elemento sorpresa al pasar desapercibidos. El sistema también debería
permitir que los SSK conserven su nivel de ruido extremadamente bajo y
no debería comprometer el rendimiento del submarino. El sistema que
permite todo esto es la Propulsión Independiente del Aire (AIP).
Aunque
los submarinos nucleares ofrecen resistencia y velocidad mucho mejores,
no son adecuados para las aguas litorales poco profundas y la mayoría
de las armadas no pueden permitirse el lujo de construirlos y
mantenerlos porque son muy caros. Además, los submarinos diésel tienen
la ventaja de poder apagar completamente sus motores y permanecer al
acecho, a diferencia de los submarinos nucleares cuyos reactores no se
pueden apagar a voluntad. Esto, combinado con la naturaleza ultra
silenciosa de los submarinos diésel modernos, ha convertido a los
submarinos diésel equipados con AIP en una alternativa muy atractiva
para muchos países. Muchos países están operando submarinos de
propulsión nuclear y diésel por sus respectivas ventajas. Las armadas
que desean operar submarinos no nucleares con carga útil de armas
grandes y de largo alcance ahora tienen la opción de grandes submarinos
diésel equipados con AIP, que brindan la alternativa más cercana a los
submarinos de propulsión nuclear. Algunos ejemplos son la clase Soryu de Japón, el Tipo 216 desarrollado por Alemania y el Shortfin Barracuda de Francia que será operado por Australia.
LABORAL
Antes
de que podamos comprender el funcionamiento de los sistemas AIP,
debemos comprender el significado de algunos términos de ingeniería.
Motor de ciclo cerrado : motor térmico en el que la sustancia de trabajo circula continuamente y no necesita reposición.
Turbina de vapor
: tipo de turbina en la que se utiliza un chorro de vapor de alta
velocidad para hacer girar las palas de la turbina, que a su vez hace
girar el eje. El eje se puede conectar a un alternador para generar
electricidad o a una hélice para mover un barco/submarino.
Fluido de trabajo : Es un gas o fluido presurizado que se utiliza para absorber/transmitir energía en un sistema termodinámico.
Depuración : El proceso de eliminar ciertos gases del escape mediante el uso de productos químicos apropiados en un depurador.
Los tipos de sistemas AIP son
Motores diésel de ciclo cerrado
Turbinas de vapor de ciclo cerrado
Motores de ciclo esterlina
Celdas de combustible
Motores diésel de ciclo cerrado
Esta
tecnología implica almacenar un suministro de oxígeno en el submarino
para hacer funcionar un motor diésel mientras está sumergido. El oxígeno líquido
(LOX) se almacena en tanques a bordo del submarino y se envía al motor
diésel para su combustión. Dado que necesitan simular la concentración
de oxígeno atmosférico para que los motores funcionen de forma segura
sin sufrir daños, el oxígeno se mezcla con un gas inerte (normalmente argón) y luego se envía al motor. Los gases de escape se enfrían y se lavan
para extraer el oxígeno y el argón sobrantes y los gases restantes se
descargan al mar después de mezclarlos con agua de mar. El argón que se
extrae del escape se envía nuevamente al motor diésel después de
mezclarlo con oxígeno.
El principal desafío
de esta tecnología es el almacenamiento seguro de oxígeno líquido a
bordo de los submarinos. Los submarinos soviéticos que utilizaron esta
tecnología durante la década de 1960 descubrieron que eran muy propensos
a sufrir incendios y posteriormente dejaron de utilizarlos. Por lo
tanto, el AIP diésel de ciclo cerrado no es el preferido
para los submarinos modernos, aunque es comparativamente más barato y
simplifica la logística mediante el uso de combustible diésel estándar.
Turbinas de vapor de ciclo cerrado
Las
turbinas de vapor utilizan una fuente de energía para calentar agua y
convertirla en vapor para hacer funcionar la turbina. En los submarinos
de propulsión nuclear, los reactores proporcionan calor para convertir
el agua en vapor. Pero en la propulsión a vapor de ciclo cerrado
convencional, se utiliza una fuente de energía no nuclear para hacer lo
mismo. El MESMA
francés (Module d'Energie Sous-Marine Autonome / Módulo de energía
submarina autónoma) es el único sistema de este tipo disponible y
utiliza etanol y oxígeno como fuentes de energía. La combustión de etanol y oxígeno a alta presión se utiliza para generar vapor . El vapor generado es el fluido de trabajo y se utiliza para hacer funcionar la turbina
. La combustión a alta presión permite expulsar el dióxido de carbono
de escape al mar a cualquier profundidad sin necesidad de utilizar un
compresor.
MESMA AIP
La ventaja de MESMA es su mayor potencia de salida en comparación con las alternativas que permiten mayores velocidades bajo el agua, pero su principal inconveniente es su menor eficiencia
. También se dice que la tasa de consumo de oxígeno es muy alta y estos
sistemas son muy complejos. Estos inconvenientes hacen que varias
armadas opten por alternativas de ciclo de libra esterlina y pilas de
combustible.
Motores de ciclo Sterling
Un motor Sterling es un motor de ciclo cerrado con un fluido de trabajo contenido permanentemente
en el sistema. Se utiliza una fuente de energía para calentar este
fluido de trabajo, que a su vez mueve los pistones y hace funcionar el
motor. El motor está acoplado a un generador, que genera electricidad y
carga la batería. La fuente de energía utilizada aquí suele ser LOX como oxidante y combustible diésel , que se quema para generar calor para el fluido de trabajo. Luego, los gases de escape se lavan y se liberan al agua de mar.
AIP Sterling de Saab Un motor Sterling (derecha) y el módulo de complemento que se adaptará a los subs existentes (izquierda)
La ventaja
de utilizar motores Sterling es la fácil disponibilidad de combustible
diésel y los bajos costes de repostaje en comparación con las pilas de
combustible. También son más silenciosos que MESMA y, por lo tanto, los
prefieren los japoneses para su clase S oryu , Suecia para su clase Gotland y Västergötland y China para su clase Yuan .
El principal inconveniente
es que son relativamente ruidosas en comparación con las pilas de
combustible debido a la presencia de una gran cantidad de piezas
móviles. También son voluminosos en comparación con las pilas de
combustible. La profundidad operativa de un submarino que utiliza
Sterling AIP está limitada a 200 m cuando AIP está activado.
Celdas de combustible
Una pila de combustible es un dispositivo que convierte la energía química en electricidad . Esto se hace usando un combustible y un oxidante. Una pila de combustible típica convierte hidrógeno (combustible) y oxígeno
(oxidante) en electricidad, liberando agua y calor como subproductos.
Esto se realiza mediante una celda electrolítica que consta de dos
electrodos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo), separados por
una barrera electrolítica. La reacción entre el cátodo y el ánodo
produce una corriente eléctrica que se utiliza para cargar las baterías.
Se utiliza un catalizador químico para acelerar las reacciones.
Una pila de combustible PEM de Siemens
Las pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC) y las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) se utilizan actualmente en submarinos. Se dice que Alemania es el
líder mundial en el desarrollo y la implantación de este tipo de AIP, lo
que está respaldado por el gran número de pedidos de exportación que ha
recibido. Francia está desarrollando un AIP de pila de combustible de
nueva generación como sucesor de su MESMA. India es otro país que está
desarrollando un AIP de pila de combustible para integrarlo en sus
submarinos.
Funcionamiento de una pila de combustible PEM
Las pilas de combustible son la tecnología AIP más avanzada y preferida en la actualidad. Esto se debe a las principales ventajas que ofrecen en cuanto a sigilo
y generación de energía. Contribuyen al sigilo del submarino ya que las
pilas de combustible casi no tienen partes móviles, lo que reduce
significativamente la firma acústica del submarino. Las pilas de
combustible pueden alcanzar una eficiencia superior al 80% en
determinadas circunstancias. También se pueden escalar fácilmente a
tamaños grandes o pequeños dependiendo del desplazamiento del submarino.
Esto es más fácil que desarrollar diferentes sistemas para cada clase
de submarino. Las pilas de combustible de hidrógeno también son muy
respetuosas con el medio ambiente, ya que no generan gases de escape, lo
que a su vez elimina la necesidad de contar con maquinaria especial de
eliminación y depuración de gases de escape. El único inconveniente es que son caros y complejos.
VENTAJAS DEL AIP
El
uso de AIP en un submarino diesel-eléctrico aumenta en gran medida su
resistencia bajo el agua, permitiéndoles permanecer sumergidos
continuamente durante semanas sin salir a la superficie. Aunque el
submarino eventualmente necesita salir a la superficie para cargar sus
baterías y su resistencia no está a la par con la de los submarinos de
propulsión nuclear, el gran aumento en la resistencia que ofrece el AIP
les da una ventaja sobre los submarinos diésel-eléctricos que no están
equipados con AIP. Sin embargo, el AIP no ofrece ninguna ventaja más que
una mayor ventaja submarina y no se debe suponer que los submarinos
equipados con AIP siempre derrotarán a sus homólogos que no estén
equipados con AIP.
En abril de 2006, un submarino de la Armada alemana U-32, equipado con una pila de combustible de hidrógeno comprimido AIP con membrana de intercambio de protones (PEM) de Siemens , realizó un viaje submarino ininterrumpido de 2.800 km sin salir a la superficie ni hacer snorkel. Esto contrasta marcadamente con los submarinos que no están equipados con AIP, que pueden cubrir sólo entre 500 y 800 kilómetros
antes de tener que salir a la superficie y recargar sus baterías
haciendo funcionar ruidosos generadores diésel. Comparativamente, ¡un
submarino de propulsión nuclear tiene una resistencia submarina ilimitada!
Unterseeboot U-32 de la Armada Alemana
Nuevamente en 2013 , el U-32 estableció un récord al viajar bajo el agua continuamente durante 18 días
sin salir a la superficie. Comparativamente, un submarino diésel que no
es AIP tiene una resistencia bajo el agua de sólo 4 a 6 días antes de
salir a la superficie. Esto demuestra que los submarinos
diésel-eléctricos equipados con AIP son mucho más capaces que sus
homólogos no equipados con AIP en lo que respecta a la resistencia.
Uso de AIP en todo el mundo
A partir de 2016, los siguientes países han desarrollado sus propios sistemas AIP para instalarlos en submarinos.
Alemania – Pila de combustible
Suecia – Stirling
Japón – Stirling
Francia – MESMA
España – Pila de Combustible
India – Pila de combustible
Rusia – Pila de combustible
República Popular China – Stirling
LIMITACIONES DE AIP
Además
de las pilas de combustible, las tres tecnologías restantes tienen
muchas piezas móviles que generan ruido. Esto no es deseable ya que el
silencio es esencial para todos los submarinos. Entonces, al utilizar
los sistemas Stirling, MESMA y CCD AIP, los submarinos sacrificarán
parte de su sigilo para obtener una resistencia adicional.
Aunque Fuel Cell AIP tiene muchas ventajas, es extremadamente costoso adquirirlas y mantenerlas.
Los submarinos que utilizan AIP necesitan navegar a velocidades inferiores a 10 nudos para lograr una resistencia excepcional de 14 a 18 días, como se anuncia. En comparación, un submarino de propulsión nuclear puede viajar una distancia ilimitada a 30-35 nudos
sin sacrificar la resistencia. Por lo tanto, los submarinos equipados
con AIP no pueden reemplazar a los submarinos nucleares cuando se trata
de aguas azules u operaciones de período prolongado.
ESCENARIO DE COMBATE
La
ventaja que ofrece una mayor resistencia bajo el agua se puede utilizar
para "tender una emboscada" a una flota que se aproxima. En uno de esos
escenarios, un submarino equipado con AIP puede deambular cerca de un
estrecho, esperando que se acerque su objetivo. El submarino funcionará a
velocidades ultra silenciosas de 2 a 4 nudos durante varias semanas y
luego atacará al objetivo cuando aparezca, utilizando sus torpedos.
Aunque un submarino que no esté equipado con AIP puede hacer lo mismo,
su período de espera, que es muy esencial para una emboscada submarina,
es significativamente menor.
En
otro escenario, un submarino equipado con AIP puede vagar cerca del
territorio enemigo durante mucho más tiempo en comparación con un
submarino sin AIP. Así, en esta situación en la que se reúne información
de inteligencia y se realizan misiones de espionaje, AIP da a estos
silenciosos submarinos diésel una ventaja al permitirles merodear
durante semanas sin necesidad de salir a la superficie.
CONCLUSIÓN
Lo
que hay que recordar sobre AIP es que sólo porque un submarino esté
equipado con esa tecnología, no necesariamente la utilizará en cada
despliegue. Durante las patrullas regulares o en territorio amigo, un
submarino equipado con AIP hará snorkel con frecuencia para recargar sus
baterías. Sólo cuando esté desplegado operativamente hará uso del AIP
para aumentar su resistencia bajo el agua. Esto se debe a que la mayoría
de los combustibles, oxidantes y otros consumibles utilizados en AIP
son bastante caros y no sería económico reponerlos mensualmente.
La
capacidad y confiabilidad de las baterías está aumentando debido a las
extensas investigaciones que se están llevando a cabo en ese campo. Las
diversas tecnologías AIP mencionadas también verán mejoras a gran escala
en sus capacidades. Estas dos tecnologías combinadas permitirán que los
submarinos del futuro equipados con AIP permanezcan bajo el agua
durante meses y los conviertan en submarinos pseudonucleares. Esta
tecnología tiene un futuro brillante y veremos armadas más modernas
adoptándola para sus flotas de submarinos diésel-eléctricos.
El CSS David fue el primer barco diseñado explícitamente desde la quilla hacia arriba como un barco torpedero, y el primero en la historia naval en hacer explotar un torpedo contra el costado de un barco enemigo. En esa noche del 5 de octubre de 1863, el USS New Ironsides quedó fuera de combate durante casi dos años.
1864 - CSS HL Hunley
El primer hundimiento exitoso de un barco enemigo por un submarino se llevó a cabo en una noche fría y de luna llena en febrero de 1864. La nave que logró esta hazaña extraordinaria fue el CSS H.L. Hunley. Apenas cinco minutos después de que el torpedo explotara contra su costado, el USS Housatonic, una balandra de guerra a vapor de 1.240 toneladas y 207 pies, descansaba en el fondo del océano. La guerra naval nunca volvería a ser la misma.
1864 - CSS Squib
En la noche del 9 de abril de 1864, el teniente Hunter Davidson, CSN, y una tripulación de seis hombres en una pequeña lancha blindada, atacaron con éxito al USS Minnesota de 265 pies y 47 cañones en Hampton Roads, Virginia. El pequeño torpedo de 53 libras montado en una plataforma elevada golpeó al Minnesota en medio del barco creando caos y desesperación entre la tripulación del Minnesota. Si bien Minnesota no sufrió daños graves, la amenaza de los barcos pequeños y rápidos con su mortífero cargamento de torpedos quedó firmemente establecida.
1864 - USS Spuyten Duyvil
El Spuyten Duyvil era un verdadero buque de guerra blindado a diferencia del CSS David más pequeño, el primer barco torpedero del Sur. Mientras que el David solo podía desplegarse durante varias horas, el Spuyten Duyvil podía funcionar durante ocho días con comida y agua adecuadas para nueve hombres. Podría llevar varios torpedos que le permitieran realizar múltiples ataques. La característica más notable del barco era la capacidad, mediante bombas de motor accionadas por separado, de subir y bajar en el agua. ¿Podría cambiar su borrador por un total de 3? 5-1/2.? Este diseño también aseguró la completa insonorización del barco. La única acción de combate de Spuyten Duyvil fue la batalla de Trent's Reach en los últimos días de la Guerra Civil.
1887 - Barco torpedero SMS S.33
1889 - Barco torpedero HM T.85
1897 - USS Winslow (Torpedo Boat No. 5)
El USS Winslow se construyó en Baltimore, Maryland, y se puso en servicio el 29 de diciembre de 1897 en Norfolk Navy Yard. Fue nombrada en honor a John Ancrum Winslow, capitán del USS Kearsarge durante su batalla con el asaltante confederado Alabama. En 1898 Estados Unidos y España estaban en guerra. El 11 de mayo, Winslow, que patrullaba la costa norte de Cuba, se dirigió a Cárdenas. Allí, el oficial al mando del USS Wilmington llevó su barco, escoltado por Winslow y el cúter de ingresos estadounidenses Hudson, al puerto en busca de cañoneras españolas. Al entrar en el puerto, Winslow estaba investigando un pequeño barco de vapor español cuando un disparo del cañón de proa del enemigo señaló el comienzo del combate. Winslow respondió con sus cañones de 1 libra, pero las baterías enemigas en tierra abrieron fuego. El primer disparo que alcanzó a Winslow destruyó su mecanismo de dirección. Otro disparo dejó fuera de servicio el motor principal de babor. Maniobró con el motor que le quedaba y mantuvo el fuego de respuesta. En este punto, el fuego de Wilmington y Hudson dejó fuera de combate a la cañonera española y silenció las baterías de la costa. Hudson remolcó al discapacitado Winslow fuera de peligro. Uno de los últimos proyectiles españoles que golpeó el barco torpedero mató al alférez Worth Bagley, el primer oficial naval muerto en la Guerra Hispanoamericana. El oficial al mando de Winslow y varios otros miembros de su tripulación resultaron heridos. Winslow fue puesto fuera de servicio en Boston en 1909.
La
impresionante pérdida en Midway de cuatro portaaviones, dos tercios de
la Primera Flota Aérea, conmocionó a las autoridades navales japonesas y
les hizo cambiar radicalmente la política de construcción. La
batalla no solo había demostrado positivamente que el portaaviones era
la nueva arma principal de la guerra marítima, sino que también había
dejado a Japón tristemente privado de esa misma arma crucial. Se
autorizó a nuevos transportistas a sumarse a los que ya se estaban
construyendo, pero pasarían meses o años antes de que apareciera alguno
de estos. Los astilleros
ya estaban abarrotados de embarcaciones que necesitaban reparaciones, y
pronto se sentiría la escasez de materiales y mano de obra. Un
recurso provisional que podría ofrecer plataformas de aeronaves con
relativa rapidez fue la conversión de embarcaciones que ya estaban a
flote o en las existencias, y tales propuestas se adelantaron incluso
antes de fines de junio de 1942.
La
desesperación con la que la IJN se esforzó por reconstruir su fuerza de
portaaviones después del desastre de Midway queda demostrada por la
rapidez con la que se concibió el programa de conversión. A
fines de agosto de 1942, el Departamento Técnico Naval (Kaigun
Kanseihonbu), impulsado enérgicamente por el Departamento de Aviación
Naval (Kaigun Kokuhonbu), había elaborado planes para la conversión del
súper acorazado incompleto Shinano, tercera unidad de la clase Yamato.
en un portaaviones. Otros
barcos destinados a la conversión incluyeron el crucero incompleto
Ibuki, dos de las grandes ofertas de hidroaviones, siete barcos
mercantes y tres buques de guerra existentes que se convertirían en
híbridos: el crucero Mogami y los acorazados Ise y Hyuga.
Hyuga e Ise
reconstruidos durante 1943, con cubierta de aviones y otras
instalaciones de aviación en la popa, catapultas en medio del barco y
conservando cuatro torretas de 14 pulgadas.
Se conservaron la superestructura de popa y el palo mayor. Paralelamente
a ellos había dos catapultas de 85 pies, una en cada viga, elevadas
sobre altos pedestales al nivel de la cubierta del avión. Las
catapultas superpusieron la torreta n.° 4 y las bocas de los cañones de
la torreta n.° 3, lo que restringió severamente los arcos de
entrenamiento de ambas.
El
armamento secundario se revisó radicalmente mediante la eliminación de
los dieciséis cañones de casamatas de 5,5 pulgadas (un número ya
reducido de los veinte originales durante la reconstrucción en la década
de 1930) y su reemplazo por ocho cañones AA más de 5 pulgadas en
monturas gemelas, elevando la batería AA pesada a un dieciséis barriles
respetables. El armamento AA ligero se incrementó a cincuenta y siete cañones de 25 mm en monturas triples.
La conversión de Ise comenzó en Kure el 15 de marzo de 1943 y se completó el 8 de octubre; Hyuga se convirtió en Sasebo entre el 1 de agosto y el 30 de noviembre de 1943.
El rediseño de los Ise implicó la eliminación de un peso superior considerable; las
dos torretas traseras pesaban 864 toneladas cada una, y sus barbetas
representaban una reducción de unas 800 toneladas adicionales más o
menos. Los arquitectos
navales japoneses se habían vuelto particularmente asustadizos con
respecto a la estabilidad como resultado de los problemas anteriores a
la guerra, que culminaron con el naufragio del torpedero Tomodzuru en
1934; en consecuencia, les
preocupaba que la pérdida de tanto peso superior en los Ise aumentara
la altura metacéntrica hasta un punto en el que el balanceo se volviera
demasiado rápido, una cualidad indeseable tanto para las operaciones
aéreas como para la buena artillería. En consecuencia, se agregó una capa de hormigón de 8 pulgadas a la cubierta del avión. Aparentemente,
esto tuvo el efecto deseado, ya que el desplazamiento total de los
barcos se redujo solo en unas 600 toneladas y el calado en 6 pulgadas.
Ise y Hyuga a menudo se han denominado "portaaviones", pero esta no era la intención de los diseñadores. Las
veintidós máquinas originalmente iban a ser aviones bombarderos en
picado Yokosuka D4Y Suisei (Comet) (nombre en clave aliado Judy). El
diseño de la aeronave se basó en un Heinkel He 118V4 alemán importado
en 1938. Comenzó como un avión de reconocimiento de alta velocidad
basado en portaaviones, ya que la IJN finalmente llegó a la conclusión
de que sus portaaviones necesitaban algunos exploradores aéreos propios.
Fue desarrollado, con
varias variantes, en un bombardero en picado para reemplazar al cada vez
más obsoleto Aichi D3A, el bombardero en picado principal desde el
comienzo de la guerra.
La
mayoría de las referencias dan los complementos de los acorazados
híbridos como doce Suiseis y diez Zuiuns, pero el almirante Matsuda les
dijo a los interrogadores estadounidenses durante un interrogatorio de
posguerra que había once de cada tipo por barco, la mitad transportados
en el hangar y la otra mitad en la cubierta, con una mezcla de tipos en
ambos lugares.
Diseño: El Shinano se estableció como un acorazado de la clase Yamato pero se convirtió, a partir de mediados de 1942, en un portaaviones. El
plan original era desplegar el Shinano como un buque de
reabastecimiento y apoyo para las fuerzas especiales de los
portaaviones, pero se modificó para incluir un grupo aéreo operativo de
40 a 50 aviones, además de un gran número de máquinas de
reabastecimiento para otros portaaviones. Había
un solo hangar abierto de 550 pies de largo construido sobre el casco
del acorazado existente y que soportaba una cubierta de vuelo blindada
de 3,1 pulgadas servida por dos ascensores. Se instaló una iteración muy ampliada de la estructura de la isla de Taiho.
Servicio: El Shinano se completó para pruebas el 19 de noviembre de 1944, pero nunca se puso en servicio. Mientras
estaba en tránsito de Yokosuka a Kure para el equipamiento final, fue
golpeado por cuatro torpedos disparados por el submarino Archerfish el
29 de noviembre de 1944. Las puertas estancas para su extensa
subdivisión interna y gran parte de la maquinaria de bombeo aún no se
habían instalado, por lo que se hundió en siete horas debido a una
inundación incontrolada.
Híbrido:
además de la conversión del acorazado incompleto Shinano en un
portaaviones, la IJN estudió esquemas de conversión para los diez
acorazados más antiguos: los cuatro ex-cruceros de batalla de la clase
Kongo y las clases de dos barcos Fuso, Ise y Nagato. Todo
se había completado entre 1913 y 1921, y todo había sido objeto de al
menos una reconstrucción importante y varios reacondicionamientos
extensos. Nadie, excepto
los Kongos, había disparado un tiro con ira desde el comienzo de la
guerra, y con el repentino nuevo dominio del portaaviones, algunos
oficiales dudaron de que alguna vez lo hicieran.
Las
conversiones de acorazados habrían sido radicales: toda la
superestructura, las baterías principales y los cañones secundarios
acasamatados serían reemplazados por cubiertas de vuelo de cuerpo
entero, superestructuras en islas, embudos descentrados y una batería
compuesta exclusivamente por cañones AA. La capacidad de las aeronaves de cada uno se estimó en alrededor de cincuenta y cuatro.
Los Kongos, con sus 30,5 nudos de velocidad, habrían sido la mejor apuesta para tal remodelación. Eran los únicos cascos de acorazados que podían seguir el ritmo de los portaaviones existentes o futuros. Sin
embargo, esa velocidad los hizo valiosos como los únicos escoltas de
transporte de armas grandes, un papel que habían desempeñado desde la
operación Pearl Harbor, y probablemente fue esa cualidad única lo que
los eliminó de la consideración.
La velocidad, o la falta de ella, era el talón de Aquiles de los demás acorazados. Aunque
sus modernizaciones habían elevado su velocidad media a unos 25 nudos,
seguía siendo demasiado lenta para las operaciones de portaaviones. Y
en el caso de los Nagatos, hubo renuencia a privar a la flota de sus
cañones de 16 pulgadas, solo superados por los cañones de 18,1 pulgadas
de los Yamatos en alcance y potencia de impacto. Todavía había una posibilidad persistente, aunque remota, de que se produjera una acción en la línea de batalla.
Después
de una discusión considerable, se autorizó la conversión de Shinano,
pero el resto del proyecto fracasó, principalmente por factores de
tiempo y recursos. Se
estimó que la conversión completa de los barcos más antiguos podría
llevar hasta veinticuatro meses, y la marina necesitaba portaaviones
antes de eso. Además, el
enorme alcance del trabajo desviaría la mano de obra y el material de la
finalización de los transportadores que ya se están construyendo y
pospondría la instalación de otros.
