Una guía para garantizar la flotabilidad neutra de tus equipos subacuáticos
Una de las incógnitas que surgen cuando se está diseñando instrumentos para la realización de operaciones dentro del agua es, si al sumergir el instrumento, ¿éste flotará o se irá derecho al fondo como una roca? Y si se hunde, ¿cómo calcular la fuerza necesaria para estabilizar la flotabilidad?
¿Qué significa tener flotabilidad neutra, positiva o negativa?
Particularmente cuando se diseñan equipos subacuáticos, los cuales se espera que “leviten” (tengan flotabilidad neutra) a determinada profundidad, es necesario realizar un cálculo juiciosos del “peso en el agua” del instrumento, y esto para cuantificar la magnitud de la fuerza de flotación (o peso según el caso) que se debe sumar al peso en el agua para que el instrumento diseñado realmente “levite”.
Pero, antes de continuar aclaremos algunos términos:
Volumen desplazado:
Se entiende como el volumen de agua que es desplazado por un objeto cuando este es sumergido.
En términos prácticos (ver Figura 1), si sumerges un cilindro rígido en un tanque con agua, el volumen desplazado corresponde al volumen del cilindro. Ahora bien, si el cilindro es hueco, y permite el ingreso de agua a su interior, el volumen desplazado será igual al volumen que ocupa el cilindro, menos el volumen de agua en su interior.
Figura 1. Volumen desplazado por un cilindro rígido (izq.) y un cilindro hueco (der.)
Peso en el aire:
Nos referimos al peso del instrumento, equipo o dispositivo cuando se encuentra fuera del agua. Indicado en las Figuras 1 y 2 como wis que representa el peso del “Instrumento subacuático”.
Fuerza de flotación:
Nos referimos a la fuerza ejercida por el agua a cualquier objeto que se encuentra sumergido en ella. Indicada en la Figura 2 como Ff.
De acuerdo al principio de Arquímedes, esta fuerza está dada por el volumen de agua que desplaza el objeto al ser sumergido. En la Figura 1, es el volumen indicado como Vis.
Peso en el agua:
Este parámetro es el que indica si un cuerpo se hunde, flota o levita cuando se encuentra sumergido. Es el resultado de la suma de la Fuerza de flotación y el Peso en el aire.
WisH2O= Ff + (-wis)
En un marco de referencia donde el eje vertical es positivo, la fuerza de flotación se suma y el peso se resta.
Los equipos que sumergen en algún cuerpo de agua para tomar datos, imágenes, muestras y demás, están fabricados con materiales densos como aluminio, acero, o polímeros de alto peso molecular, por lo que el resultado del peso en el agua es generalmente negativo, es decir estos instrumentos tienden a hundirse.
En resumen
Basta con conocer el peso y el volumen de agua que desplaza un dispositivo al sumergirse para conocer la fuerza de flotación necesaria para lograr una flotabilidad neutra.
¿Cómo obtener una flotabilidad neutra?
Los módulos de flotabilidad son componentes que se agregan a instrumentos, equipos, vehículos o en general a las tecnologías subacuáticas para que éstas “leviten” bajo el agua, es decir, para que tengan flotabilidad neutra.
Estos módulos de flotabilidad se fabrican a partir de materiales de baja densidad (comparada con la de los materiales de los instrumentos), como por ejemplo el poliuretano, el cual tiene buenas propiedades mecánicas, es fácilmente modificable y puede ser pintado o recubierto con diferentes resinas.
En DeepCo desarrollamos una herramienta simple para que puedas determinar la cantidad de módulos de flotabilidad y el tipo de espuma que debes usar, según las especificaciones de tu instrumento o equipo sumergible.
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