La velocidad a la que debe girar una hélice para que comienze a cavitar se denomina Velocidad crítica y es propia de cada hélice. A mayor profundidad, mayor velocidad es precisa para que exista cavitación.
Fuentes intermitentes
- Biológicas: Es el ruido producido por organismos y animales marinos.
El ruido conocido como impulso de 20 Hz es de este tipo, fue detectado por primera vez en los años 50 por la primera red hidrofónica de defensa en la costa estadounidense (SOSUS). Son unos impulsos centrados en 20 Hz, que duran unos pocos segundos y se repiten durante horas. Estos impulsos eran tan misteriosos que tuvieron la clasificación de secreto durante 10 años. Posteriormente ha sido identificado con total seguridad su origen, que no es otro que la ballena "Phisalus", y pueden deberse a los latidos de su corazón o a resonancias en sus pulmones.
- No biológicas:
- Lluvia: El nivel de ruido aportado por este fenómeno es función directa de la velocidad de impacto de las gotas de lluvia y del tamaño de las mismas. El espectro que produce es casi plano en la banda de 200 Hz a 20 KHz.
- Terremotos, volcanes y explosiones: Se daen el fondo marino por efectos naturales o en las proximidades de explotaciones petrolíficas y otras actividades industriales.
- Rompientes: Se produce al romper las olas en la playa y costas escarpadas.
Clasificación del ruido.
Toda plataforma que se mueva en el seno del agua precisa de un "motor". Esta acción motora genera siempre una perturbación que llega al medio y se transmite a través de él como una señal sonora. El conjunto de señales sonoras generadas así es como una "huella" capaz de identificar a la plataforma que la produce. La posibilidad de escuchar a otros buques y permanecer no detectado es de gran importancia.
Ruido propio: El que interfiere con el propio sonar detector.
Ruido radiado: El producido por un buque que permite su detección.
Los diversos componentes del ruido que afectan al comportamiento de un equipo sonar son:
Ruido radiado
- Ruido de maquinaria: Su espectro es de tres tipos.
- Componentes lineales con frecuencias definidas relacionadas con las partes rotatorias y su velocidad. La frecuencia generada es proporcional a la frecuencia de la rotación. Los producen los generadores, motores, ventiladores, etc. Su frecuencia cambia con la velocidad rotacional.
- Componentes lineales con frecuencias no relacionadas con el giro. Son producidas por vibraciones de las piezas de la maquinaria o del soporte de la misma, por lo que su frecuencia no cambia.
- Componentes aleatorios o ruido "random". Puede ser continuo como el producido por cojinetes o los cilindros de un motor o intermitente cuando se produce por maquinaria en funcionamiento discontinuo.
- Ruido de hélices: Las hélices pueden producir tres tipos de ruido: batido, cavitación y canto.
- Cavitación: Produce un espectro continuo entre 1 y 3 KHz. con una caida de -6 dB/octava en altas frecuencias y un ascenso a +9 dB/octava a bajas frecuencias. La frecuencia de este fenómeno viene dada por la siguiente fórmula.
Donde A0 es el radio máximo de las burbujas generadas, Pa la presión de colapso de las burbujas y d la densidad del agua. La curva representativa de nivel y frecuencia es similar a la de la figura:
A medida que la velocidad crece el pico de la curva se desplaza a la zona de bajas frecuencias porque A0 aumenta. Por el contrario cuando la profundidad aumenta el pico se desplaza a la zona de altas frecuencias porque Pa aumenta.
Una forma de parametrizar esta medida es el coeficiente adimensional K, propio de cada hélice, que mide el estado del flujo en relación a la cavitación. Se define como:Con P0 la presión estática de la hélice, Pv la presión del vapor de agua, d la densidad del agua y Ub la velocidad tangencial de la hélice en mts./seg.
Cuanto mayor es K menor es la probabilidad de que aparezca la cavitación.
- Canto: Especie de sonido metálico que genera la hélice.
- Batido: Se debe a que cuando la hélice gira, también lo hace el campo de presión que genera. Cuando este campo pasa próximo al casco o a cualquier apéndice se aplica una fuerza local sobre la estructura cada vez que se produce el paso de una pala. La estructura de la plataforma puede vibrar también a esta frecuencia. Este efecto cuando la frecuencia generada es audible, permite contar las revoluciones a las que gira la hélice.
Reverberación
Reverberación: Es la combinación de todos los ecos producidos cuando las numerosas inhomogeneidades del medio son "iluminadas" por el impulso radiado al agua que espera detectarse en el receptor.
Es un componente del ruido de fondo. Para un operador sonar, consiste en un pitido oscilante que aparece inmediatamente después de finalizar la transmisión.
- Existe la reverberación de superficie: Los núcleos dispersores del sonido estan localizados cerca de la superficie marina.
Su principal causa son las burbujas de aire que se forman cerca de la superficie, debidas al viento, al oleaje y como caso especial a las estelas dejadas por el paso de otros barcos. - Reverberación en el seno del mar: Los núcleos dispersores del sonido estan localizados en el volumen.
Se produce por efecto de pequeñas partículas en suspensión en el mar y la presencia biológica. El nivel es poco variable con la frecuencia especialmente si es mayor a 20 KHz. - Reverberación en el fondo: Los núcleos dispersores del sonido estan localizados en el fondo.
los agentes productores en este caso son la rugosidad y la composición del fondo.
Si los rayos se inclinan hacia zonas de poca profundidad el tipo predominante será la reverberación de volumen.
La existencia de la reverberación permite a un operador de sonar activo apreciar el efecto "doppler" cuando detecta un contacto. Durante el tiempo en que el sonar activo emite el pulso o "ping" el receptor se encuentra bloqueado, comenzando la recepción en el momento en el que la transmisión de dicho pulso ha finalizado. En ese mismo instante el operador comienza a oir los ecos devueltos por el fenómeno de reverberación cuya frecuencia variará con un ancho de banda de 1/t siendo t el tiempo de transmisión. Este sonido oscilante permanece a la escucha durante un corto periodo de tiempo ya que se va atenuando con la distancia. Cuando el eco del blanco llega a oidos del operador, apreciará si es más grave, agudo o similar al de la reverberación lo que permite asignar a dicho eco una clasificación como "doppler bajo", "alto" o "sin doppler" respectivamente en relación al devuelto por la reverberación. Interpretando adecuadamente este fenómeno puede dar una idea del movimiento relativo del blanco respecto a nosotros.
Efecto Doppler
Cuando la fuente de ondas y el receptor están en movimiento relativo respecto al medio material en el que se propaga la onda la frecuencia de las ondas recibidas es distinta de las emitidas por la fuente.
Todos hemos observado este efecto cuando parados en una carretera oimos un coche acercarse y la sensación sonora es más grave cuando está lejano y se hace más aguda (de mayor frecuencia) conforme se acerca. Este fenómeno recibe el nombre de efecto doppler en honor al físico C. J. Doppler.
Suponiendo que hay una fuente sonora moviéndose hacia la derecha, como en la figura, con velocidad Vs a través de un medio en reposo y observando la fuente en distintas posiciones, 1, 2, 3 y 4, se puede apreciar que después de un tiempo T, contado a partir de la posición 1, las ondas emitidas en las sucesivas posiciones ocupan las esferas 1, 2, 3 y 4, que no son concéntricas. La separación entre las ondas es menor en el sentido en el que la fuente se mueve. Para un receptor a uno u otro lado, corresponde a una menor o mayor longitud de onda, y por tanto, a una mayor o menor frecuencia.
La relación entre la frecuencia emitida por la fuente y la recibida por el receptor, suponiendo que el medio está inmóvil, y cuando el receptor está en la dirección de propagación, viene dada por la fórmula:
Fr: Frecuencia recibida.
Fe: Frecuencia emitida.
Ver: Velocidad del receptor respecto a la fuente.
En el caso de que el receptor no se encuentre en la dirección de propagación la fórmula se convierte en:ß: Angulo entre el receptor y la dirección de propagación.
Reducción del ruido
Con el objetivo de reducir la capacidad de que otras naves detecten la nuestra y aumentar a su vez la capacidad de detección de la propia nave se tratará de disminuir el ruido propio y el ruido radiado.
Las investigaciones sobre el ruido existente en la mar se remontan a la segunda guerra mundial, cuando el físico V.O. Knudsen realizó medidas experimentales en la cercanía de las costas de Florida, California y aguas templadas superficiales del Pacífico.
Hay tres fuentes principales de ruido en el mar:
- Los biológicos.
- Los producidos por el viento y las olas.
- Los debidos al tráfico marítimo y otras fuentes artificiales.
Al ser frecuencias bajas se pueden propagar a grandes distancias pues la atenuación por absorción es practicamente nula. Para evitar ser detectados debemos reducir el ruido centrandonos en sus principales fuentes:
- Reducciones y engranajes.
- Instalaciones auxiliares.
- Planta propulsora.
- Resonancias y efectos.
- Máquinas eléctricas.
- Línea de ejes. En especial la cavitación.
- Ruidos hidrodinámicos.
Para reducir el ruido radiado también pueden usarse la lubricación adecuada de elemntos móviles y la disposición de elementos antivibratorios en equipos o el situar las cajas de engranajes en cajones insonorizados.
Para reducir el ruido propio pueden usarse filtros y estabilizadores en las fuentes de alimentación de los equipos, eliminar los malos contactos y apantallar los cables eléctricos.