sábado, 31 de julio de 2010

Fabricación del batiscafo Trieste


La construcción del Ictíneo III me ha recordado la historia del Trieste, el batiscafo construido por Auguste Picard en 1953. El documento se ha extraído del libro “Sobre las nubes bajo las olas“, Auguste Picard, Editorial Labor, Barcelona, 1966.



Después de la entrega de la cabina del FNRS 2 efectuada por el Fondo Nacional Belga de la Investigación Científica a la Marina francesa, nos dirigimos a Terni para hacer construir una nueva.
Terni, a 100 kilómetros al norte de Roma, es un centro industrial a orillas del Mármora, afluente del Tiber. En su origen, antes de la Era de la electricidad, la cascada del Mármora daba su energía a una forja. Ésta fue desarrollándose, hasta convertirse en una de las mayores empresas industriales de Italia, la Societá per l'Industria e l'Eletricitá, que explota actualmente en su centro inicial una vasta fabricación de acero, de instalación moderna.

Esta fábrica ha puesto todos sus recursos en movimiento para la construcción de una cabina verdaderamente impecable (Estimaría testimoniar aqui la expresión de mi máxima gratitud, muy especialmente al ingeniero Flagiello, director de la Escuela Profesional de Terni, que ha dedicado toda su energía y todo su arte a la fabricación de esta pieza.).



La primera, la del FNRS 2 y el FNRS 3 es de acero fundido. Pero para la del Trieste, desde el primer momento, fue decidido hacerla de hierro forjado, más maleable y más resistente.

En efecto, todo sólido que se somete a un esfuerzo se deforma. Si el esfuerzo no ha rebasado el «límite de elasticidad», la pieza recobra su forma inicial en cuanto se suprime la carga. Si este límite fue ultrapasado, la pieza, después de la descarga, conserva cierta deformación, llamada «deformación permanente». Un esfuerzo aún mayor produce la rotura. En ciertas materias, como el vidrio, el límite de rotura es prácticamente idéntico al límite de elasticidad; el vidrio no sufre sin rotura la deformación permanente. Otras materias soportan una deformación permanente muy grande antes de romperse: se llaman maleables. Entre los metales usuales, el plomo es el que presenta la mayor maleabilidad.

Si, por accidente, una construcción se rompe, no suele ser debido a que la carga haya rebasado la que la sección rota podía soportar; la causa está, con frecuencia, en que los esfuerzos no estaban repartidos de una manera homogénea en toda la sección. Cuando se rompe una parte sobrecargada, su carga pasa enteramente a las partes vecinas; éstas, sobrecargadas, ceden a su vez. Así, gradualmente, toda una pieza puede ceder, por más que el cálculo aproximado haya hecho creer que era bastante sólida. No obstante, si la materia presenta suficiente maleabilidad, la parte recargada puede alargarse más allá del límite de elasticidad; por consiguiente, continúa contribuyendo a la solidez del conjunto.

De una manera general, los metales forjados toleran mayor deformación permanente que los metales fundidos; aquéllos son más maleables. Éste es el caso del acero.

Estuvimos contentos cuando Terni nos declaró poseer una prensa bastante poderosa para forjar los dos hemisferios de nuestra cabina. Además de la superioridad de la materia prima, este procedimiento de fabricación reunía otras ventajas.



En un lingote de fundición, la parte superficial fácilmente resulta de peor calidad. Con frecuencia se encuentran en ella ranuras y alvéolos procedentes de desprendimientos gaseosos. La materia prima de cada hemisferio formaba un lingote de fundición en posición vertical de 3,85 metros de largo y un diámetro medio de 1,05 metros; este lingote pesaba 24 toneladas. Por consiguiente, a primera vista, antes de comenzar el trabajo de la forja se podía sacrificar toda la parte superior del cilindro, para no utilizar más que la parte inferior que debía ser de mucha mejor calidad. Esta parte sería seguidamente aplastada por medio de la prensa, de manera que tomara la forma de un disco. De este disco, por embutimiento se formaría la semiesfera. De este modo, todo alvéolo quedaría aplastado y formaría finalmente una delgada lente con plano normal al radio de la esfera. La teoría elemental de resistencia de materiales muestra que en estas condiciones un defectillo inicial no disminuiría prácticamente la solidez de la esfera.

Henos en el inmenso vestíbulo de la forja de Terni. Se levanta la puerta de uno de los grandes hornos. De primera intención se siente tal deslumbramiento que apenas se percibe nada en el interior. Sin embargo, por medio de un vidrio azul, se distingue el bloque incandescente. Un instrumento gigantesco, suspendido del puente móvil, lo atrapa, y transporta esta masa irradiante a través del vestíbulo y la coloca sobre el zócalo de la prensa. Imaginemos ahora esta prensa de 12.000 toneladas, probablemente la más poderosa de Europa y tal vez del mundo, cuyo pilón accionado por tres prensas hidráulicas desciende lentamente; bajo su presión, el cilindro se comprime y ensancha. En contacto con el aire, se forma una capa de óxido sobre el bloque de metal; menos caliente que el interior del lingote, se resquebraja y reduce a polvo bajo la acción de la prensa y el acero deslumbrante aparece de nuevo antes de volverse a oxidar.

El trabajo no se hace en una sola vez. El bloque vuelve repetidamente al horno y cada vez permanece varias horas dentro de él, antes de que se prosiga la operación. Aparece ahora tan alto como ancho, después mucho más ancho que alto, tan ancho que la fuerza de la prensa no sería suficiente para aplastarlo en toda su superficie. Se recurre entonces a otro medio: la acción de una gran maza horizontal que sube y baja, presionando el bloque en cada descenso, mientras éste gira durante la ascensión de aquélla. De este modo, poco a poco, toda la superficie sale aplastada y la pieza toma la forma de una galleta de 3,25 metros de diámetro. Su espesor del centro a los bordes varía de unos 30 centímetros a 17 centímetros.

El espectáculo es impresionante. Todo este trabajo parece no exigir esfuerzo humano alguno. Apenas si se distingue al contramaestre que, sin decir una palabra, con algunos signos hechos con la mano, o solamente con un dedo, dirige a su equipo; cada hombre se encuentra en su sitio en el momento oportuno y efectúa la manipulación correspondiente. De un color blanco deslumbrante, el bloque desprende un calor intenso y los hombres deben proteger su rostro.

Se trata ahora de dar la forma semiesférica a esta galleta plana: es el embutimiento o embutido. Debajo de la prensa, sobre cuatro yunques, se coloca un anillo de acero de 2,25 metros de diámetro interior. Sobre él se deposita el disco incandescente. Una matriz maciza semiesférica, de 1,90 metros de diámetro, movida por la prensa, desciende lentamente, toca al disco en su punto central y continuando su camino le obliga a atravesar el anillo; aquél, de platillo se convierte en tazón. Al mismo tiempo, con la ayuda de un chorro de agua, se enfrian las partes de la pieza que han tomado la forma deseada, con el fin de que el esfuerzo de deformación actúe sobre las demás partes. Una vez que ha pasado toda ella por el anillo, la pieza cae sobre la plataforma de la prensa.



Esta última fase representa la operación más delicada y la más impresionante de toda la fabricación. Los directores de la acerería, los ingenieros y los obreros momentáneamente libres van llegando para asistir a la escena; no todos los días, aunque nos hallemos en Terni, se asiste a un trabajo como éste, simultáneamente tan potente y tan delicado.

El trabajo de forja ha terminado. Cada uno de los hemisferios tiene 10,8 toneladas de peso, de las cuales más de la mitad serán suprimidas al tornear la pieza. Pero antes de esto ha de sufrir un tratamiento térmico que le dará el grado de dureza deseado y la homogeneidad requerida, y que sobre todo eliminará las tensiones internas producidas por la forja.

Por esto, la pieza vuelve al horno, donde adquiere una temperatura determinada, en la zona del rojo sombra y uniformemente distribuida. Entonces se inmerge lentamente en un baño de aceite calentado; después de esto, vuelve al horno, donde se hace bajar la temperatura progresivamente según un programa bien establecido. Esta operación debe dar al acero, no su dureza definitiva, sino un grado de maleabilidad que facilitará el torneado, pues éste ha de sacar 5 toneladas de materia de cada semiesfera bajo la forma de virutas. Después del acabado y pulimento a la muela se procede a un nuevo tratamiento térmico, con nuevo temple, que dará al acero exactamente el grado de dureza que exige su empleo (las láminas XII a XIV ilustran el trabajo en la forja).

Por más que el metal utilizado y su modo de fabricación hiciesen prever una calidad perfecta, la prudencia exigía aún que nos aseguráramos de ella mediante pruebas muy minuciosas. Durante la fabricación recogimos muestras que fueron seguidamente examinadas en el laboratorio. Todos los resultados fueron muy satisfactorios. La cabina terminada, después de pasar por la muela y ser pulimentada, brilla como una campanilla de plata. El más mínimo defecto superficial sería en ella sorprendente. Acerca de esto, ninguna inquietud. Pero su dureza en toda su extensión ¿es la que ha sido prevista por el tratamiento térmico? Aquí interviene el ensayo Brinell. Antes del último paso por la muela, se pulimenta cuidadosamente un pequeño trozo de la pieza y se pone sobre él una bola de acero templado que se hace penetrar ligeramente, con fuerza bien determinada, en el acero. Se retira la bola y se mide en el campo del microscopio el diámetro de la huella que ha dejado; si es demasiado grande, le falta dureza; si es demasiado pequeña, el acero es demasiado duro; si los bordes son irregulares, el metal es quebradizo. La prueba se repite sobre numerosos puntos repartidos por toda la superficie de la cabina. Es satisfactoria. Desde ahora sabemos que la superficie interna y externa de nuestra cabina son de un metal que responde a nuestras exigencias. Pero, ¿ocurrirá lo mismo en el interior de la masa? Sobre este punto de vista seremos tranquilizados por pruebas radiográficas y ultrasónicas (de ellas hablaremos más adelante en la Cuarta parte, página 245).



¿Cuál es la profundidad que nuestra cabina podrá resistir sin peligro?

De los cálculos y de los ensayos efectuados sobre maquetas se deduce que probablemente sería aplastada hacia los 15.000 o los 16.000 metros. Esto no quiere decir, naturalmente, que resistiera a profundidades de 14.000 metros, si existieran. Es sabido, en efecto, que cualquier pieza de metal, a causa de una falta de homogeneidad o de una tensión interna, siempre puede ceder a esfuerzos inferiores al límite de rotura calculado. Corresponde al ingeniero, y solamente a él, indicar cuál es la carga que puede ser soportada sin riesgos anormales. Por mi parte, estimo que en la práctica se pueden alcanzar profundidades de 3.000 a 4.000 metros, sin peligro alguno, con nuestra cabina de acero forjado de primera calidad. Mucho menos categórico sería en el caso de tratarse de una cabina de fundición de acero.

Para descender más abajo sería preciso efectuar previamente ensayos sin tripulación, es decir, dotar al Trieste de un piloto automático como habíamos hecho para el FNRS 2. Poseemos ya los instrumentos necesarios. En el momento en que el batiscafo alcance la profundidad prevista, dos manómetros —independientes uno de otro— cortarán la corriente de alimentación de las válvulas magnéticas, y así provocarán automáticamente la vuelta a la superficie. Si por cualquier razón el batiscafo se posa antes de haber alcanzado la profundidad prevista, dos relojes, independientes entre sí, cortarían la corriente eléctrica después de transcurrir un tiempo determinado.

Finalmente, si se produce un escape y el agua salada penetra en la cabina, se cerrará un circuito eléctrico, el cual, por la mediación de relais, es susceptible de cortar la corriente de las bobinas.
Estos ensayos a vacío aumentarían mucho la seguridad. La industria moderna, que recurre a ellos con frecuencia, los efectúa con sobrecargas del 50 %. No conozco más que un caso en que el ensayo a vacío sea impracticable: es el de las presas de las grandes fábricas hidroeléctricas. Aunque fuese posible, exigiría la evacuación de cientos de miles y, en ciertos casos, de millones de habitantes. De hecho, generalmente, los submarinos militares no son sometidos a estos ensayos sin tripulación. Sin embargo, sería fácil fijar debajo del casco, en la inmersión de ensayo, lastre a liberar por un autómata.
¿Cuál es la profundidad que el Trieste podría alcanzar después de haber efectuado inmersiones en vacío? Es imposible decirlo de una manera precisa; esto depende también de la finalidad de la inmersión y, sobre todo, del riesgo que la tripulación esté dispuesta a aceptar. Por mi parte, bajaría sin ningún temor hasta 6.000 metros no para alcanzar una marca, sino para efectuar observaciones cuyo interés científico se hubiera reconocido con antelación.

Si se quisiera explorar sistemáticamente todas las grandes profundidades, sería del caso construir una cabina más resistente, es decir, más pesada (y, por consiguiente, con flotador más grande), o de diámetro reducido.

Nuestra cabina tiene las mismas dimensiones que la del FNRS 2 y del FNRS 3: diámetro interior, 2 metros; espesor de la pared, 9 centímetros, elevada a 15 alrededor de la ventana y de la puerta. El alojamiento cónico de las ventanas tiene 10 por el lado interior de la cabina y 40 por el lado exterior. La ventana es un cono de plexiglás de la dimensión exacta de este alvéolo. La puerta, para el paso de los tripulantes, tiene 43 centímetros de diámetro en el lado interior y se ensancha a 55 centímetros hacia el exterior. Una trampa troncocónica de acero, la puerta, asegura el cierre hermético. En el centro de esta puerta se encuentra la segunda ventana de plexiglás idéntica a las precedentes ( Estas ventanas son idénticas a las del FNRS 2 y del FNRS 3. Se encontrarán en los «Complementos» los detalles relativos a su estudio.).



La figura 3 muestra una sección de la cabina (sin los ajustes). Se ven en ella dos hemisferios; en el centro de uno de ellos se encuentra la ventana principal de observación; en el centro del otro la puerta con la segunda ventana. El eje de simetría que pasa por el centro de estas dos aberturas forma un ángulo de 18º con la horizontal. La puerta se abre oblicuamente hacia arriba en la antecámara y la ventana principal mira oblicuamente hacia abajo. Doce agujeros perforados en la pared alrededor de la ventana principal aseguran el paso de los conductores (cables, hilos), de los cuales hablaremos seguidamente.

La puerta, de la cual acabamos de dar las dimensiones, pesa 160 kilogramos y su maniobra plantea un problema delicado. En un principio concebí un sistema de corredera, con mando hidráulico (tipo puerta del metro; véase figura), sistema un poco complicado en nuestro caso. El ingeniero Flagiello a continuación propuso una charnela de eje horizontal que permitía a la puerta abrirse hacia abajo. Esta solución no me satisfizo por completo, por lo cual me decidí a colocar la charnela lateralmente, con su eje formando un ángulo de 18° con la vertical. Con este dispositivo, la puerta se abre hacia un lado, estorba menos para pasar que si se abriera hacia abajo, y se maniobra más fácilmente. Yo temia en los comienzos que la charnela impidiera a la puerta cerrada alojarse con la precisión necesaria en su alvéolo cónico, pero un ligero juego en la charnela ha remediado este inconveniente. La fuerza que la puerta opone a la maniobra es nula cuando la puerta está abierta, siendo máxima cuando está cerrada y este máximo es un tercio del máximo que exigiría una puerta con el eje horizontal (seno del ángulo de 18° = 0,30902). Incluso reducida a un tercio, esta fuerza sería demasiado grande para permitir abrir la puerta con una sola mano. Por esta razón hemos colocado un resorte a torsión alrededor de la charnela. En los «Complementos» explico el principio de este resorte que permite en definitiva abrir y cerrar la puerta fácilmente, con una sola mano.

Un anillo de caucho que se aplica automáticamente sobre la juntura de la puerta tan pronto como se clausura, asegura el cierre hermético (autoclave).

Para que la puerta quede bien cerrada, aunque el empuje exterior del agua sea todavía débil, un tornillito colocado enfrente de la charnela la mantiene en posición.
Este método de cierre nos ha dado satisfacción completa. Permite operar muy rápidamente y no exige el enorme esfuerzo que es necesario para cerrar la puerta del FNRS 3. Además, para pasar los tripulantes por la escotilla, es utilizable toda la abertura de la cabina, cuyo diámetro es de 43 centímetros, mientras que en la cabina del FNRS 2 y del FNRS 3, por lo general, ha de dejarse en su lugar el anillo de cierre cuyo diámetro interior es de sólo 37 centímetros, lo cual, para ciertas personas, hace el paso mucho más difícil.

Después de la inmersión puede ocurrir que la puerta se adhiera a las paredes engrasadas. Se despega fácilmente por medio de otro tornillito colocado al lado del antes citado.



La figura 10 muestra cómo los dos hemisferios a y b se aplican uno sobre otro. En el borde de cada uno de ellos se encuentra a modo de una brida; las dos bridas se aprietan una sobre otra por medio de dos anillos g y h que están a su vez remachados y soldados entre sí. El centraje de precisión está asegurado por un pasador / circular que penetra en las ranuras excavadas en las bridas. Una cinta de caucho c, protegida térmicamente por una capa de amianto d colocada con poca tensión alrededor de los dos hemisferios y aplicándose a caballo sobre ellos, ejerciendo función de autoclave, asegura un cierre hermético perfecto ( Desde muchos puntos de vista, hubiese sido mucho más sencillo dar mayor anchura a las bridas, para poder fijarlas directamente, por medio de tornillos y remaches. No obstante, por razones de fabricación, hemos renunciado a esta solución, que por lo demás, hacía necesaria una acumulación de materia con perjuicio de la distribución uniforme de las tensiones.).

Como medida de precaución, en el lado interior de los anillos, se ha rellenado con plomo la hendidura entre el anillo y la superficie esférica de la cabina. Este ajuste se ha revelado ser perfectamente estanco.

El paso de los cables y de los tubos a través de la cabina promueve arduos problemas.

Numerosos hilos de cobre, muy delgados, deben conducir la corriente eléctrica a diversos instrumentos colocados en el exterior de la cabina: válvula magnética y electroimán (lastre), teléfono, radio, taquímetro y algunas lámparas pequeñas. Los proyectores, los motores y, en el proyecto inicial, los acumuladores, necesitan conductores de sección bastante mayor. Además, hace falta un tubo para comunicar a los manómetros la presión del agua y otro para el aire comprimido que servirá para expulsar el agua de la chimenea de acceso. Finalmente, dos tuberías «schnorkel» de amplia sección, que servirán para la ventilación de la cabina, cuando el batiscafo se encuentre en la superficie. Estas perforaciones deben obedecer a dos exigencias: primeramente, se precisa que la presión no pueda en ningún caso empujar las conducciones hacia el interior de la esfera: a 4.000 metros de profundidad, el agua brotaría a la velocidad de 280 m/seg, con un gasto de 60 l/seg; la tripulación, si no quedaba aplastada por el chorro de agua, sucumbiría en menos de 70 segundos. En segundo lugar, deben ser perfectamente estancas, sobre todo cuando se trata de conducciones eléctricas, debiéndose evitar en absoluto todo cortocircuito; éste, es tanto más temible, puesto que bajo el efecto de la presión, el agua del mar tiende siempre a penetrar en los aisladores.



Todos estos problemas se complicaban todavía más por ser limitado el número y el diámetro de los agujeros que atraviesan la pared, para mayor solidez de la cabina. Hemos podido perforar doce agujeros alrededor de la ventana, allí donde el espesor de la pared es de 15 centímetros; tal como indica la figura 3, el diámetro de un agujero b, en su parte exterior, es de 50 milímetros en una longitud de 40 milímetros, para pasar a 20 milímetros en su parte interior, estando efectuada la unión de ambos calibres por una parte cónica de transición. Para cada una de estas perforaciones ha sido necesaria una construcción especial con ensayo sobre la maqueta en el laboratorio.

Los detalles técnicos complementarios se dan al final del volumen.

Esta nueva construcción de las conducciones nos ha permitido llevar directamente a la cabina hasta los gruesos cables «pyrotenax» de 16 milímetros de diámetro exterior, con alma de 11 milímetros de diámetro, susceptible de transportar nuestras corrientes más intensas. De este modo, hemos podido suprimir los relais, los cuales, colocados en el exterior de la cabina en cajas llenas de aceite, han causado ciertas dificultades al FNRS 2 y al FNRS 3.







4 comentarios:

Nelson Lombardo dijo...

Una lectura que atrapa...

Nelson Lombardo dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
william piña dijo...

La ciencia me ha gustado desde que tengo memoria y esta historia del aparato tripulado con el record de inmersión me gustado mucho: Ha y una pregunta Porque no esta el vídeo?

Cándido dijo...

Hola William.

He vuelto a poner un par de vídeos, ya que el anterior fue eliminado de Youtube.

Cándido