El Yamato-1 de 1992, el primer barco a propulsión magnetohidrodinámica

La velocidad de cualquier buque propulsado por una hélice está limitada por un fenómeno denominado cavitación. Si la hélice gira demasiado rápido delante de las palas se forma un área de baja presión que causa que el agua se vaporice formando burbujas. Estas burbujas pasan de la zona de baja presión donde se han creado a zonas donde la presión es normal y allí acaban implosionando, generando ruido y vibraciones que además de reducir la eficiencia de la hélice, pueden llegar a destruirla.

Utilizando una propulsión sin hélices podríamos aumentar la velocidad sin enfrentarnos a la cavitación, desplazándonos a alta velocidad prácticamente sin vibraciones ni ruidos, en silencio. Esta es la clave del guión de la película La Caza del Octubre Rojo, basada en el best seller de Tom Clancy, en la cual el novedoso sistema de propulsión silencioso de un submarino soviético le permitiría en plena Guerra Fría alcanzar las costas de EE.UU. y lanzar sus misiles nucleares sin ser detectado por el sonar de los buques y submarinos americanos.

La búsqueda en el mundo real de submarinos indetectables empujó durante la segunda mitad del siglo XX la investigación de la propulsión magnetohidrodinámica, basada en una ley fundamental del electromagnetismo: cuando un campo magnético y una corriente eléctrica se cruzan en un fluido conductor eléctrico, su interacción repele el fluido en una dirección perpendicular al campo y la corriente. Así, la fuerza con la que sale repelido el fluido puede emplearse para empujar una embarcación. Sin partes móviles. Sin diferencias de presión. Sin cavitación. Sin ruido.

Los primeros estudios e intentos de aplicar la magnetohidrodinámica en el campo de la propulsión marina se remontan a los años 50 del siglo pasado. Stewart Way, empleado de la Westinghouse Electric y profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de California, publicó en 1958 un primer estudio sobre el tema, y ocho años después, en 1966, diseñó y construyó el EMS-1, un pequeño prototipo submarino de 3 metros de eslora equipado con un rudimentario sistema magnetohidrodinámico alimentado por baterías, capaz de generar un campo magnético de 0,015 teslas y propulsar el submarino a 0,4 metros por segundo (unos 0,78 nudos o 1,44 kilómetros por hora).

Los trabajos de Way llegaron en 1968 a las manos de Yoschiro Saji, de la Universidad Marina Mercante de Kobe, en Japón. Saji llevaba un tiempo buscando cómo aplicar su especialidad, la criogenia, a la ingeniería naval. El japonés había trabajado con helio líquido y conocía su papel como refrigerante. Con un punto de fusión de -269ºC, el helio líquido se utiliza para enfriar materiales superconductores hasta la temperatura en que la resistencia eléctrica desaparece.

Way había utilizado en su prototipo electroimanes convencionales. Saji creía que podía aumentar la intensidad del campo magnético utilizando imanes superconductores refrigerados criogénicamente. Tras varios años de estudio, Saji presentó en 1976 el SEMD-1, un pequeño prototipo de un metro de longitud propulsado magnetohidrodinámicamente, y en 1978 el ST-500, un nuevo prototipo de 3,6 metros de eslora capaz de alcanzar los 0,6 metros por segundo (unos 1,67 nudos o 2,16 kilómetros por hora). Cinco años después, en 1983, mejoró la marca hasta los 0,8 metros por segundo (unos 1,48 nudos o 2,74 kilómetros por hora).

Saji con sus prototipos SEMD-1 (arriba) y ST-500 (abajo) (imagen: SPF)

La Japan Foundation for Shipbuilding Advancement, fundada en 1975, renombrada en 1990 como la Ship and Ocean Foundation, y hoy en día conocida como The Ocean Policy Research Institute, The Sasakawa Peace Foundation, había tomado como objetivo en los años 80 revitalizar la industria de la construcción naval japonesa, en retroceso desde la mitad de los años 70, tanto en número de empleos como en su importancia en la contribución a la economía del país.

Para ello en 1985 puso los fondos (40 millones de dólares de la época), atrajo a las principales empresas (Toshiba, Kobe Steel, Sumitomo Electric o Mitsubishi Heavy Industries) y reclutó a los mejores investigadores para el desarrollo de la propulsión magnetohidrodinámica. Así fue como Saji se unió a un proyecto que tenía como objetivos construir barcos de carga más rápidos que redujeran a la mitad el viaje entre EE.UU. y Japón, o submarinos que trasladasen rápidamente y con comodidad a pasajeros entre las islas del país nipón.

Entre 1985 y 1988 los investigadores de la Ship and Ocean Foundation se dedicaron a ampliar su conocimiento sobre los imanes superconductores y la tecnología criogénica, y cómo aplicarlo en el diseño de un propulsor magnetohidrodinámico para barcos. En 1989 ya estaban listos para construir una embarcación sobre la que instalar su propulsor y realizar sus pruebas. El astillero de Kobe de la Mitsubishi Heavy Industries fue elegido para la fabricación del Yamato-1.

El Yamato-1 (imagen: SPF)

El prototipo, de 30 metros de eslora, estaba configurado como un monocasco de aluminio de líneas futuristas. De proa a popa, el Yamato-1 se dividía en tres espacios separados por mamparos transversales: a proa el puente de mando, con capacidad para tres tripulantes y siete pasajeros; en el centro la sala de generación de energía eléctrica; y a popa la sala de máquinas. Bajo el casco, dos apéndices, uno en cada banda, alojaban los propulsores. Las formas del barco dirigían el agua hacia estos apéndices para que pasara a través de los propulsores magnetohidrodinámicos.

Disposición general del Yamato-1 (haz click o toca la imagen para verla ampliada) (imagen: SPF)

Dentro de cada propulsor, el agua de mar circulaba por seis tubos idénticos de 25 centímetros de diámetros colocados en círculo, como el tambor de un revólver. Cada tubo estaba envuelto por una bobina superconductora de una aleación de cables de filamentos de niobio-titanio con núcleo y envoltorio de cobre, y las bobinas estaban colocadas dentro de contenedores de acero inoxidable rellenos de helio líquido. Una instalación en tierra generaba la energía necesaria para enfriar el helio líquido hasta los -269ºC y llevar a las bobinas a su estado de superconducción, estado que podía mantenerse durante la navegación gracias a los equipos de generación de energía instalados a bordo. Cuando la electricidad pasaba entre un par de electrodos a través de las bobinas generaba un poderoso campo magnético dentro del tubo que hacía que el agua saliese disparada hacia atrás, empujando la embarcación hacia delante.

Detalle del propulsor magnetohidrodinámico del Yamato-1 (haz click o toca la imagen para verla ampliada) (imagen: NASA)

El 16 de junio de 1992 el Yamato-1 operó por primera vez en el puerto de Kobe, transportando con éxito a diez personas. A pesar de que los visionarios anticipaban buques capaces de alcanzar 100 nudos, los propios investigadores del proyecto veían esta cifra con escepticismo, y la realidad es que con un campo magnético de 3 teslas, el Yamato-1 alcanzó los 6,6 nudos de velocidad (unos 12 kilómetros por hora). Aunque no llegó a probarse, se extrapoló que para un campo magnético de 4 teslas, el Yamato-1 podría alcanzar los 8 nudos (unos 15 kilómetros por hora). Muy lejos de los 26 nudos a los que el Octubre Rojo cruzaba los Thor’s Twins al mando del capitán Ramius.

El Yamato-1 (imagen: SPF)

Durante las tres últimas décadas el campo militar ha continuado estudiando la aplicación de la propulsión magnetohidrodinámica para torpedos de alta velocidad, vehículos autónomos submarinos o incluso submarinos, pero el coste y el volumen ocupado por los sistemas de criogenización de las bobinas superconductoras que generan los campos magnéticos hacen que cualquier otro sistema, desde los motores eléctricos alimentados por generadores diésel, baterías o los reactores nucleares sea más barato y eficiente. Quizá con el desarrollo de la tecnología en los próximos años veamos nuevas embarcaciones propulsadas magnetohidrodinámicamente. Mientras tanto, el Yamato-1 permanece como una pieza de museo parte de la historia de la ingeniería naval en el Museo Marítimo de Kobe.

Para saber más:

The superconducting MHD-propelled ship YAMATO-1, en NASA.gov

Yamato-1, WorldS First Superconducting Magnetohydrodynamic Propulsion Ship, en pdf

Status of MHD Ship Propulsion, de Jean-Paul Thibault, en pdf

Propulsión Magneto Hidro Dinamica, en elsnorkel.com

Superconductivity goes to sea, en la revista Popular Science, páginas 80 a 85
Características principales
Eslora: 30,00 metros
Manga: 10,39 metros
Puntal: 2,50 metros
Calado: 1,50 metros
Desplazamiento: 185 toneladas
Capacidad: 10 personas (3 tripulantes y 7 pasajeros)
Velocidad máxima: 8 nudos

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Juan A Oliveira es el responsable de las Áreas de Ingeniería Naval Aplicada y Estructuras en CT Ingenieros. Desde 2013 edita y coordina el blog de temática naval vadebarcos.net. Puedes conectar con él a través de Twitter o LinkedIn.

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