Podrás ver unas vistas impresionantes si vuelas en un globo aerostático. Si realmente necesitas llegar a algún lugar, un globo aerostático es un vehículo bastante poco práctico. No se puede conducir realmente, y solo viaja tan rápido como sopla el viento. Pero si simplemente quieres disfrutar de la experiencia de volar, no hay nada igual. Mucha gente describe volar en globo aerostático como uno de los más serenos, actividades agradables que hayan experimentado.
Los globos aerostáticos también son una aplicación ingeniosa de principios científicos básicos. En este articulo, veremos qué hace que estos globos se eleven en el aire, y también descubriremos cómo el diseño del globo permite al piloto controlar la altitud y la velocidad vertical. Te sorprenderá la hermosa simplicidad de estas primeras máquinas voladoras.
Los globos de aire caliente se basan en un principio científico muy básico:el aire más cálido se eleva en el aire más frío. Esencialmente, el aire caliente es más ligero que el aire frío, porque tiene menos masa por unidad de volumen. Un pie cúbico de aire pesa aproximadamente 28 gramos (aproximadamente una onza). Si calienta ese aire a 100 grados F, pesa unos 7 gramos menos. Por lo tanto, cada pie cúbico de aire contenido en un globo de aire caliente puede levantar alrededor de 7 gramos. Eso no es mucho, y esta es la razón por la que los globos aerostáticos son tan grandes:para levantar 1, 000 libras, necesitas unos 65, 000 pies cúbicos de aire caliente.
En la siguiente sección, veremos los diferentes componentes de los globos aerostáticos para descubrir cómo calientan el aire.
Contenido
Un globo de aire caliente tiene tres partes esenciales:el quemador, que calienta el aire; el sobre del globo, que contiene el aire; y la canasta, que lleva a los pasajeros. Para mantener el globo elevándose necesitas una forma de recalentar el aire. Los globos de aire caliente hacen esto con un quemador colocado debajo de un abierto sobre de globo . A medida que el aire del globo se enfría, el piloto puede recalentarlo encendiendo el quemador.
Los globos aerostáticos modernos calientan el aire al quemar propano , la misma sustancia que se usa comúnmente en las parrillas para cocinar al aire libre. El propano se almacena en forma líquida comprimida, en cilindros ligeros colocados en la canasta del globo. La manguera de entrada baja hasta la parte inferior del cilindro, para que pueda extraer el líquido.
Debido a que el propano está muy comprimido en los cilindros, fluye rápidamente a través de las mangueras hasta la bobina de calentamiento. La bobina de calentamiento es simplemente un tramo de tubería de acero dispuesta en una bobina alrededor del quemador. Cuando el aeronáutico enciende el quemador, el propano fluye en forma líquida y es encendido por un luz piloto . Mientras la llama arde, calienta el metal de la tubería circundante. Cuando el tubo se calienta, calienta el propano que fluye a través de él. Esto cambia el propano de líquido a gas, antes de que se encienda. Este gas produce una llama más potente y un consumo de combustible más eficiente.
En la mayoría de los globos aerostáticos modernos, el sobre está hecho de nailon largo corneadores , reforzado con correas cosidas. Las cornetas, que se extienden desde la base del sobre hasta el corona , se componen de una serie de pequeños paneles . El nailon funciona muy bien en globos porque es ligero, pero también es bastante resistente y tiene una temperatura de fusión alta. los falda , el nailon en la base del sobre, está revestido con un material especial resistente al fuego, para evitar que la llama encienda el globo.
La canasta sostiene a los pasajeros, tanques de propano y equipo de navegación. El aire caliente no escapará del orificio en la parte inferior del sobre porque la flotabilidad lo mantiene en movimiento hacia arriba. Si el piloto dispara continuamente los chorros de combustible, el globo seguirá subiendo. Hay un límite de altitud superior, sin embargo, ya que eventualmente el aire se vuelve tan delgado que la fuerza de flotación es demasiado débil para levantar el globo. La fuerza de flotación es igual al peso del aire desplazado por el globo, por lo que una envoltura de globo más grande generalmente tendrá un límite de altitud superior más alto que un globo más pequeño.
La mayoría de los globos aerostáticos utilizan una cesta de mimbre para el habitáculo. El mimbre funciona muy bien porque es resistente, flexible y relativamente ligero. La flexibilidad ayuda con los aterrizajes de globos:en una canasta hecha de material más rígido, los pasajeros sentirían la peor parte de la fuerza del impacto. El material de mimbre se flexiona un poco, absorbiendo algo de la energía.
Para hacer estallar el quemador, el piloto abre la válvula de propano. Pilotar un globo requiere habilidad, pero los controles son realmente muy simples. Para levantar el globo el piloto mueve un control que abre la válvula de propano. Esta palanca funciona como las perillas de una parrilla o estufa de gas:al girarla, el flujo de gas aumenta, así la llama aumenta de tamaño. El piloto puede aumentar la velocidad vertical encendiendo una llama más grande para calentar el aire más rápidamente.
Adicionalmente, muchos globos de aire caliente tienen un control que abre una segunda válvula de propano. Esta válvula envía propano a través de una manguera que pasa por alto las bobinas de calentamiento. Esto permite que el piloto queme propano líquido, en lugar de propano en forma de gas. La quema de propano líquido produce un efecto menos eficiente, llama más débil, pero es mucho más silencioso que la quema de gas. Los pilotos a menudo usan esta segunda válvula en granjas ganaderas, para no asustar a los animales.
La válvula de paracaídas, desde el interior del globo. Un cordón de Kevlar sale de la válvula en la parte superior del globo, hasta la canasta, a través del centro del sobre. Los globos aerostáticos también tienen un cordón para abrir el válvula de paracaídas en la parte superior del sobre. Cuando el piloto tira del cable adjunto, algo de aire caliente puede escapar del sobre, Disminuir la temperatura del aire interior. Esto hace que el globo ralentice su ascenso. Si el piloto mantiene la válvula abierta el tiempo suficiente, el globo se hundirá.
Esencialmente, Estos son los únicos controles:calor para hacer que el globo se eleve y ventilación para que se hunda. Esto plantea una pregunta interesante:si los pilotos solo pueden mover globos aerostáticos hacia arriba y hacia abajo, ¿Cómo llevan el globo de un lugar a otro? Como resulta, los pilotos pueden maniobrar horizontalmente cambiando su posición vertical, porque el viento sopla en diferentes direcciones a diferentes altitudes. Para moverse en una dirección particular, un piloto asciende y desciende al nivel apropiado, y cabalga con el viento. Dado que la velocidad del viento generalmente aumenta a medida que se asciende en la atmósfera, Los pilotos también pueden controlar la velocidad horizontal cambiando la altitud.
Por supuesto, incluso el piloto más experimentado no tiene un control completo sobre la trayectoria de vuelo del globo. Generalmente, las condiciones del viento dan al piloto muy pocas opciones. Como consecuencia, realmente no se puede pilotar un globo aerostático a lo largo de un rumbo exacto. Y es muy raro que puedas pilotar el globo de regreso a tu punto de partida. Entonces, a diferencia de volar un avión, el pilotaje de globos aerostáticos se improvisa en gran medida, momento a momento. Por esta razón, algunos miembros de la tripulación de un globo aerostático tienen que permanecer en tierra, siguiendo el globo en coche para ver dónde aterriza. Luego, pueden estar allí para recoger a los pasajeros y el equipo.
Gran parte del trabajo en globos aerostáticos se produce al principio y al final del vuelo, cuando la tripulación infla y desinfla el globo. Para el espectador este es un espectáculo mucho más espectacular que el vuelo en globo real.
Una vez que la tripulación haya encontrado un punto de lanzamiento adecuado, fijan el sistema de quemador a la canasta. Luego colocan el sobre del globo y comienzan a colocarlo en el suelo.
Una vez que el sobre esté dispuesto, la tripulación comienza a inflarlo, utilizando un potente ventilador en la base del sobre.
Cuando haya suficiente aire en el globo, la tripulación dispara la llama del quemador en la boca del sobre. Esto calienta el aire aumentando la presión hasta que el globo se infla por completo y comienza a levantarse del suelo.
Los miembros de la tripulación de tierra sostienen la canasta hasta que la tripulación de lanzamiento está a bordo. La canasta de globos también está sujeta al vehículo de la tripulación de tierra hasta el último minuto, para que el globo no se vuele antes de que esté listo para lanzarse. Cuando todo está listo, el personal de tierra suelta el globo y el piloto dispara una llama constante desde el quemador. Mientras el aire se calienta el globo se eleva directamente del suelo.
Asombrosamente, todo este proceso solo toma 10 o 15 minutos. El proceso de aterrizaje combinado con desinflar y volver a empaquetar el sobre del globo, tarda un poco más.
Cuando el piloto esté listo para aterrizar, él o ella discute posibles lugares de aterrizaje con el personal de tierra (a través de una radio a bordo). Necesitan encontrar un amplio espacio abierto, donde no hay líneas eléctricas y mucho espacio para colocar el globo. Tan pronto como el globo esté en el aire, el piloto busca constantemente lugares de aterrizaje adecuados, en caso de emergencia.
El aterrizaje del globo puede ser un poco brusco, pero un piloto experimentado chocará contra el suelo para detener el globo gradualmente, minimizando el impacto. Si el personal de tierra ha llegado al lugar de aterrizaje, sujetarán la canasta una vez que haya aterrizado. Si el globo no está en una buena posición, la tripulación lo arrastra por el suelo hasta un lugar mejor.
El personal de tierra coloca una lona de tierra, para proteger el globo del desgaste. Entonces el piloto abre la válvula del paracaídas por completo, para que el aire pueda escapar por la parte superior del globo. El personal de tierra agarra una cuerda atada a la parte superior del globo, y coloca el sobre sobre la lona.
Una vez que el sobre del globo esté en el suelo, la tripulación comienza a expulsar el aire. Cuando el globo se aplana, la tripulación lo empaqueta en un saco de cosas. Todo este proceso se parece mucho a empacar un saco de dormir gigante.
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El piloto lanza una bola llena de helio para mira en qué dirección sopla el viento. Antes del lanzamiento, los pilotos llamarán a un servicio meteorológico para informarse sobre las condiciones climáticas y del viento en un área. Los pilotos cautelosos solo vuelan cuando el clima es cercano al ideal, cuando el cielo está despejado y las condiciones del viento son normales. Las tormentas son extremadamente peligrosas para los globos aerostáticos, debido al peligro de un rayo. Incluso la lluvia es un problema porque disminuye la visibilidad y daña el material del globo (por supuesto, De todos modos, no es muy divertido volar en un clima húmedo). Y si bien necesitas una buena corriente de viento para tener un buen vuelo, los vientos muy fuertes podrían arruinar fácilmente el globo.
Los pilotos también llaman al servicio meteorológico para tener una idea aproximada de en qué dirección viajará el globo. y cómo deben maniobrar una vez que estén en el aire. Adicionalmente, un piloto puede enviar un piball (abreviatura de globo piloto). Un piball es solo un globo lleno de helio que el piloto lanza para ver la dirección exacta del viento en un posible sitio de lanzamiento. Si parece que el viento llevaría el globo a un espacio aéreo prohibido, la tripulación necesita encontrar un nuevo lugar de lanzamiento.
El piloto lleva varios instrumentos a bordo del globo. En el aire, el piloto usará un a bordo altímetro , variómetro y sus propias observaciones para encontrar la altitud correcta. Alcanzar la altitud correcta es bastante complicado porque hay un retraso de al menos 30 segundos entre el encendido de los quemadores y el levantamiento del globo. Los pilotos de globos tienen que operar los controles apropiados solo un poco antes de querer elevarse, y apáguelos un poco antes de que quieran dejar de subir. Los pilotos sin experiencia a menudo se sobrepasan, subiendo demasiado alto antes de nivelarse. La operación controlada viene solo con muchas horas de experiencia en globo.
Ahora que hemos visto cómo un globo aerostático vuela por el aire, echemos un vistazo a las fuerzas que lo hacen posible. Como resulta, Los globos de aire caliente son una demostración notable de algunas de las fuerzas más fundamentales de la Tierra.
Una cosa asombrosa de vivir en la tierra es que andamos constantemente en una situación de alta presión. líquido - una sustancia con masa y sin forma. El aire que nos rodea está compuesto por varios elementos diferentes en estado gaseoso. En este gas los átomos y moléculas de los elementos vuelan libremente, chocando entre sí y todo lo demás. Cuando estas partículas chocan contra un objeto, cada uno de ellos empuja con una pequeña cantidad de energía. Debido a que hay tantas partículas en el aire, esta energía se suma a una considerable presión level (al nivel del mar, aproximadamente 14,7 libras de presión por pulgada cuadrada (psi), o 1 kg por centímetro cuadrado (kg / cm 2 !).
La fuerza de la presión del aire depende de dos cosas:
Estos factores están determinados por la cantidad de partículas de aire que hay en un área y la rapidez con que se mueven. Si hay más partículas, o si viajan más rápido, habrá más colisiones, y así mayor presión. El aumento de la velocidad de las partículas también aumenta la fuerza del impacto de las partículas.
La mayoría de las veces no notamos la presión del aire porque hay aire a nuestro alrededor. Todas las cosas por igual, las partículas de aire se dispersarán uniformemente en un área de modo que haya la misma densidad de aire en todos los puntos. Sin ninguna otra fuerza en el trabajo, esto se traduce en la misma presión de aire en todos los puntos. Esta presión no nos empuja porque las fuerzas de todos los lados se equilibran entre sí. Por ejemplo, 14,7 psi es ciertamente suficiente para derribar una silla, o aplastarlo desde arriba, pero debido a que el aire aplica aproximadamente la misma presión desde la derecha, izquierda, cima, inferior y todos los demás ángulos, cada fuerza sobre la silla se equilibra con una fuerza igual que va en la dirección opuesta. La silla no siente una presión sustancialmente mayor desde ningún ángulo en particular.
Entonces, sin otras fuerzas en el trabajo, todo estaría completamente equilibrado en una masa de aire, con igual presión desde todos los lados. Pero en la Tierra hay otras fuerzas a considerar, principalmente la gravedad. Si bien las partículas de aire son extremadamente pequeñas, tienen misa, y así son atraídos hacia la Tierra. En cualquier nivel particular de la atmósfera terrestre, este tirón es muy leve:las partículas de aire parecen moverse en línea recta, sin caer perceptiblemente hacia el suelo. Entonces, la presión está bastante equilibrada a pequeña escala. En general, sin embargo, la gravedad tira de las partículas hacia abajo, lo que provoca un aumento gradual de la presión a medida que avanza hacia la superficie de la tierra.
En la siguiente sección, exploraremos cómo funciona esto.
Todas las partículas de aire en la atmósfera son atraídas por la fuerza descendente de la gravedad. Pero la presión en el aire crea una fuerza ascendente que actúa en contra de la fuerza de la gravedad. La densidad del aire aumenta a cualquier nivel que equilibre la fuerza de gravedad, porque en este punto la gravedad no es lo suficientemente fuerte como para derribar un mayor número de partículas.
Este nivel de presión es el más alto justo en la superficie de la Tierra porque el aire en este nivel está soportando el peso de todo el aire por encima de él; más peso por encima significa una mayor fuerza gravitacional hacia abajo. A medida que asciende por los niveles de la atmósfera, el aire tiene menos masa de aire por encima, y así la presión de equilibrio disminuye. Esta es la razón por la que la presión cae a medida que aumenta la altitud.
Esta diferencia en la presión del aire provoca una fuerza de flotación ascendente en el aire que nos rodea. Esencialmente, la presión del aire es mayor debajo de las cosas que sobre las cosas, por lo que el aire empuja más hacia arriba de lo que empuja hacia abajo. Pero esta fuerza de flotación es débil en comparación con la fuerza de la gravedad:es tan fuerte como el peso del aire desplazado por un objeto. Obviamente, la mayoría de los objetos sólidos serán más pesados que el aire que desplazan, por lo que la fuerza flotante no lo mueve en absoluto. La fuerza de flotación solo puede mover cosas que son más livianas que el aire que las rodea.
Para que la flotabilidad empuje algo en el aire, la cosa tiene que ser más liviana que un volumen igual de aire a su alrededor. Lo más obvio que es más ligero que el aire es nada en absoluto. Un vacío puede tener volumen pero no masa, y entonces, parecería, un globo con una aspiradora en el interior debe ser levantado por la flotabilidad del aire que lo rodea. Esto no funciona sin embargo, debido a la fuerza de la presión del aire circundante. La presión del aire no aplasta un globo inflado, porque el aire dentro del globo empuja hacia afuera con la misma fuerza que el aire exterior empuja hacia adentro. Un vacío, por otra parte, no tiene ninguna presión exterior, ya que no tiene partículas rebotando contra nada. Sin igual presión que lo equilibre, la presión del aire exterior aplastará fácilmente el globo. Y cualquier recipiente lo suficientemente fuerte como para soportar la presión del aire en la superficie de la tierra será demasiado pesado para ser levantado por la fuerza de flotación.
Otra opción sería llenar el globo con aire menos denso que el aire circundante. Debido a que el aire en el globo tiene menos masa por unidad de volumen que el aire en la atmósfera, sería más ligero que el aire que estaba desplazando, por lo que la fuerza de flotación levantaría el globo. Pero otra vez, menos partículas de aire por volumen significan una presión de aire más baja, por lo que la presión del aire circundante apretaría el globo hasta que la densidad del aire en el interior fuera igual a la densidad del aire en el exterior.
Hay menos partículas de aire por unidad de volumen dentro del globo, pero debido a que esas partículas se mueven más rápido, la presión del aire interior y exterior es la misma. Todo esto asumiendo que el aire en el globo y el aire fuera del globo existen exactamente en las mismas condiciones. Si cambiamos las condiciones del aire dentro del globo, podemos disminuir la densidad, manteniendo la misma presión de aire. Como vimos en la última sección, la fuerza de la presión del aire sobre un objeto depende de la frecuencia con la que las partículas de aire chocan con ese objeto, así como la fuerza de cada colisión. Vimos que podemos aumentar la presión general de dos maneras:
Entonces, para reducir la densidad del aire en un globo sin perder presión de aire, simplemente necesita aumentar la velocidad de las partículas de aire. Puede hacer esto muy fácilmente calentando el aire. Las partículas de aire absorben la energía térmica y se excitan más. Esto los hace moverse más rápido lo que significa que chocan con una superficie más a menudo, y con mayor fuerza.
Por esta razón, el aire caliente ejerce una mayor presión de aire por partícula que el aire frío, por lo que no necesita tantas partículas de aire para acumular el mismo nivel de presión. Entonces, un globo de aire caliente se eleva porque está lleno de calor, aire menos denso y está rodeado de más frío, aire más denso.
La idea básica detrás de los globos aerostáticos existe desde hace mucho tiempo. Archemedes, uno de los más grandes matemáticos de la Antigua Grecia, descubrió el principio de flotabilidad Más de 2, 000 años atrás, y puede haber concebido máquinas voladoras levantadas por la fuerza. En el siglo XIII, el científico inglés Roger Bacon y el filósofo alemán Albertus Magnus propusieron máquinas voladoras hipotéticas basadas en el principio.
Pero nada realmente despegó hasta el verano de 1783, cuando los hermanos Montgolfier enviaron una oveja, un pato y un pollo en un vuelo de ocho minutos sobre Francia. Los dos hermanos, Joseph y Etienne, trabajaba para la prestigiosa empresa papelera de su familia. Como proyecto paralelo, comenzaron a experimentar con recipientes de papel elevados por aire caliente. En el transcurso de un par de años, desarrollaron un globo de aire caliente muy similar en diseño a los que se usan hoy en día. Pero en lugar de usar propano, alimentaron su modelo quemando paja, estiércol y otros materiales en un pozo de fuego adjunto.
La oveja, pato y pollo se convirtieron en los primeros pasajeros en globo el 19 de septiembre, 1783, en el primer vuelo de demostración de los Montgolfier para el rey Luis XVI. Todos sobrevivieron al viaje dándole al Rey alguna seguridad de que los seres humanos podrían respirar la atmósfera en la elevación más alta. Dos meses despues, el marqués Francois d'Arlandes, un mayor en la infantería, y Pilatre de Rozier, un profesor de física, se convirtió en el primer ser humano en volar.
Siguieron otros diseños de globos aerostáticos y vuelos ambiciosos, pero para 1800, el globo de aire caliente había sido eclipsado en gran medida por globos de gas. Un factor de esta disminución de la popularidad fue la muerte de Pilatre de Rozier en un intento de vuelo sobre el Canal de la Mancha. El nuevo globo que construyó para el vuelo incluía un globo de hidrógeno más pequeño además de la envoltura del globo de aire caliente. El fuego encendió el hidrógeno al principio del vuelo, y todo el globo estalló en llamas.
Pero la razón principal por la que los globos aerostáticos pasaron de moda fue ese nuevo globo de gas dirigible Los diseños eran superiores en varias formas, principalmente, tenían tiempos de vuelo más largos y podían ser dirigidos.
Otro tipo de globo popular fue el globo de humo . Estos globos fueron levantados por un fuego en el suelo, y no tenía ninguna fuente de calor adjunta. Simplemente se dispararon en el aire, y luego se hundió de nuevo al suelo. Su uso principal fue como atracción en ferias itinerantes en los Estados Unidos a fines del siglo XIX y principios del XX. El aeronáutico se pondría un paracaídas y se sujetaría a un globo de lona. Luego, varios asistentes sostenían el globo sobre un pozo de fuego, haciendo que el aire se caliente cada vez más, y así aumentando la fuerza ascendente. Cuando la fuerza era lo suficientemente grande, y si el globo no se había incendiado, los asistentes lo soltaban y el globo se lanzaba al aire. Cuando el globo alcanzó su punto más alto, el globo se despegaba y se lanzaba en paracaídas al suelo.
Desde la década de 1960, los tradicionales globos aerostáticos han disfrutado de un renacimiento, debido en parte a un hombre llamado Ed Yost y su compañía, Raven Industries. Yost y sus socios fundaron Raven Industries en 1956 para diseñar y construir globos aerostáticos para la Oficina de Investigación Naval (ONR) de la Marina de los Estados Unidos. La ONR quería los globos para el transporte de pequeñas cargas a corta distancia. Yost y su equipo tomaron el concepto básico del globo de los hermanos Montgolfier y lo expandieron, agregando el sistema de quemador de propano, nuevo material de envolvente, un nuevo sistema de inflado y muchas características de seguridad importantes.
También se les ocurrió lo moderno, forma de sobre estilo bombilla. Yost primero diseñó grandes globos esféricos. Estos globos funcionaron bien pero tenía un patrón de inflación extraño:cuando el aire se calentaba, la parte superior del globo se llenó, pero la parte inferior se mantuvo inflada. Por eficiencia, Yost acaba de deshacerse de la tela extra en la parte inferior, desarrollando la conocida forma de globo "natural" que vemos hoy.
A principios de la década de 1960, la ONR había perdido interés en los globos aerostáticos, entonces Yost comenzó a vender sus globos como equipamiento deportivo. Pronto surgieron otras empresas, a medida que más y más personas se involucraban en los globos aerostáticos. A través de los años, los diseñadores han seguido modificando los globos aerostáticos, agregar nuevos materiales y características de seguridad, así como desarrollar formas creativas de envolvente. Algunos fabricantes también han aumentado el tamaño de la cesta y la capacidad de carga, ¡Construyendo globos con capacidad para 20 pasajeros!
Pero el diseño básico sigue siendo la versión modificada de Yost del concepto original de los hermanos Montgolfier. Esta extraordinaria tecnología ha cautivado a personas de todo el mundo. Los viajes en globo son un negocio multimillonario, y las carreras de globos y otros eventos continúan atrayendo multitudes de espectadores y participantes. Incluso se ha puesto de moda (entre los multimillonarios) construir globos de alta tecnología para viajes alrededor del mundo. Realmente dice mucho sobre los globos aerostáticos que sigan siendo tan populares, incluso en la era de los aviones a reacción, helicópteros y transbordadores espaciales.
Para obtener más información sobre globos aerostáticos y temas relacionados, echa un vistazo a los enlaces que siguen.
Soplando en el vientoEntonces, ¿Cómo es viajar en globo aerostático? Es un notable sereno, experiencia pacífica. Dado que el globo se mueve con el viento, no sientes nada de brisa. Sin los fuertes vientos que normalmente asocia con las grandes altitudes, la experiencia de volar parece muy segura y relajante:simplemente te levantas del suelo y te mueves con el aire de la atmósfera.
Publicado originalmente:16 de febrero de 2001
