Diseño de ROV—— control de flotabilidad del lastre

Al diseñar un ROV, es común utilizar componentes livianos para evitar que todo el sumergible exceda el límite de peso deseado, por lo que se utiliza aluminio u otros materiales livianos. El peso del sumergible consta principalmente de los siguientes componentes: componentes del subsistema, cargas y el sistema de flotabilidad utilizado para establecer la gravedad específica operativa deseada.

El procedimiento operativo normal es darle flotabilidad positiva al sumergible para garantizar que pueda moverse libremente en el agua y regresar a la superficie en caso de una falla del sistema de energía. Esta flotabilidad positiva suele ser inferior a 2,3 kg para sumergibles pequeños, de 5 a 6,8 kg para sumergibles más grandes y, en algunos casos, de hasta 22,7 kg. Otra razón es que cuando el sumergible trabaja cerca del fondo, se puede elevar sin potencia de propulsión, lo que agita los sedimentos del fondo y evita la necesidad de invertir continuamente la propulsión. operación, y sumergibles de gran tamaño han soplado tanques de lastre de aire para regular la flotabilidad bajo el agua.

La estabilidad de un sumergible se mide evaluando el momento requerido para cambiar el ángulo de cabeceo del sumergible, el cual se puede representar mediante la siguiente ecuación:

m = (W) BG Sinm = Momento = (w)(d) w = Gravedad d = Brazo de momento W = Peso del sumergible BG = Distancia desde el centro de flotabilidad al centro de gravedad = Ángulo de cabeceo o giro transversal ángulo

Evidentemente, las unidades elegidas deben estar de acuerdo; si W está en libras, BG está en pulgadas y m está en pulgadas-libras. Si el BG es lo suficientemente grande, lo que puede ocurrir fácilmente cuando el peso es pequeño y flotante, el sumergible será muy estable. Las fuerzas externas que actúan sobre el sumergible mientras está sumergido pueden reducir fácilmente el BG. por ejemplo, al impulsar el sumergible hacia abajo, las fuerzas verticales del propulsor actuarán como un peso adicional sobre el sumergible y elevarán el centro de gravedad, por lo que el sumergible se balanceará en las direcciones de cabeceo y giro transversal.

La mayoría de los ROV están diseñados para ser lo más estables posible durante el uso real. Al diseñar un ROV, es común colocar los componentes más pesados, como el motor, lo más bajo posible y colocar el flotador (fibra de vidrio y espuma compuesta) en el extremo superior del submarino para mantener un alto grado de estabilidad.

El lastre se puede clasificar en lastre fijo o lastre ajustable. El lastre fijo puede ser de espuma compuesta, plomo. El lastre ajustable puede ser cámaras abiertas, sopladas llamadas "cámaras blandas" o cámaras selladas que pueden bombearse o soplarse y tienen acceso total a la presión de buceo llamadas "cámaras duras".

Lastre fijo

El lastre fijo (flotabilidad fija positiva) de un sumergible se utiliza para llevar el sumergible al peso específico deseado mediante un tanque flotante con capacidad de presión, espuma compuesta y plomo. La mayoría de los sumergibles colocan un bloque de espuma compuesta encima para lograr una flotabilidad positiva.

Hay dos tipos diferentes de espuma compuesta. Uno es una gran cantidad de partículas de plástico y vidrio unidas entre sí y el otro tiene un solo tipo de partícula. En general, el tipo compuesto sólo se utiliza en aguas poco profundas, el material de partículas individuales es adecuado para aguas más profundas. Evidentemente cuanto más pequeñas sean las partículas mayor será la capacidad de soportar la presión, por lo que a medida que aumenta la densidad de la espuma también aumenta el coste y, por supuesto, la profundidad de trabajo. Por eso es necesario equilibrar el coste, el peso y la resistencia a la presión para conseguir un diseño integral.

Los sumergibles construidos con marcos tubulares sellados para flotabilidad pueden dañarse durante el funcionamiento. Por lo tanto, es común tener múltiples compartimentos en el marco para garantizar que no se pierda una cantidad significativa de flotabilidad en caso de daño. El relleno de espuma del marco también mantiene la flotabilidad en caso de daños.

Dependiendo de los requisitos de profundidad, el uso de un recipiente a presión para proporcionar flotabilidad es una muy buena opción, pero esta técnica rara vez se usa en ROV comerciales y generalmente se usa en AUV, que tienen un recipiente a presión grande como componente principal.

La carga fija en el sumergible suele estar formada por varios bloques de plomo. El equipo se puede ajustar reemplazando estos bloques de plomo sin cambiar la espuma del sumergible.

Lastre ajustable

El lastre ajustable permite que el sumergible agarre objetos y maniobre en el fondo marino sin la necesidad de propulsores que lo empujen hacia abajo, y también permite que el ROV sea lo suficientemente pesado como para permanecer estable en condiciones de alta corriente. Un sistema de lastre blando típico debe consistir en una o más botellas sumergibles de 3000 lb, un regulador de descompresión, una válvula solenoide de control de superficie y un tanque de paredes delgadas con una abertura grande en el fondo. Una desventaja de este lastre blando es que el volumen de aire en el tanque cambia a medida que cambia la profundidad del sumergible.

La carga se puede ajustar inyectando o descargando tanques de flotabilidad. El ajuste mediante la inyección de tanques de flotabilidad dura cuando se libera un peso de un sumergible sumergido es una técnica sencilla y eficaz; La ventilación de los tanques se puede lograr exprimiendo agua a través del aire cuando se abre una válvula o se bombea agua.

La mayoría de los ROV no tienen flotabilidad diferencial, pero los sumergibles híbridos suelen tener flotabilidad diferencial porque deben tener flotabilidad neutra para algunas operaciones y lo suficientemente pesados para algunos trabajos en el fondo marino (por ejemplo, entierros de cables y tuberías, reparaciones, etc.).