Globo aerostático

Elevarse con aire caliente

Fecha
1783
Época
Era industrial
Etapa
IV Ciencia e industria
Dificultad

Lámina

Leyenda
  1. 1Envoltura
  2. 2Boca abierta
  3. 3Galería de mimbre
  4. 4Brasero
  5. 5Aire caliente ascendente

Anatomía

Fuego del braseroEnvoltura y galería, cortadas por la mitadPorciones de aire: caliente dentro, frío fueraLa boca está abierta, así que el aire de dentro está a la misma presión que el de fuera y, según la ley de los gases, su densidad baja cuando sube su temperatura: al calentarse, parte de él sale por la boca. El empuje útil, (ρ fuera − ρ dentro) × g × V, es el empuje del aire exterior que desplaza la envoltura menos el peso del aire caliente que contiene; el globo sube cuando supera el peso de la carga, m × g. Cada punto representa la misma masa de aire, así que dentro caben menos, en proporción a la densidad. Su agitación, muy ralentizada, representa la de las moléculas, cuya velocidad media crece con la raíz de la temperatura absoluta; la deriva hacia arriba en el centro es el aire caliente que sube del fuego. La figura es una reconstrucción ilustrativa: la envoltura, dibujada con los 23 por 15 m que se citan, contiene 2550 m³, más que los 1700 a 2240 m³ de las fuentes, y la carga m = 680 kg se supone a partir de las 1500 libras que, según la Linda Hall Library, podía levantar un globo así. Con 10 °C en el suelo, el globo se mantiene con el aire de dentro a unos 87 °C; más caliente, sube a la velocidad a la que la resistencia del aire compensa la diferencia, y más arriba el aire, más enrarecido, sostiene menos, así que se estabiliza. El control llega hasta 120 °C. El movimiento va en tiempo real; el fuego se dibuja más grande cuando hace falta más calor. Aire según la atmósfera estándar de la NASA.

Un globo aerostático asciende porque el aire caliente de su envoltura es más ligero que el aire más fresco que lo rodea. Los hermanos Montgolfier, que habían hecho volar un pequeño modelo en una habitación en 1782, mostraron uno en público por primera vez en Francia en 1783, y el 21 de noviembre de ese año su globo llevó a dos hombres sobre París en el primer vuelo humano libre.

Qué es

Un globo aerostático de aire caliente es una gran bolsa ligera, la envoltura, abierta por abajo y llena de aire caliente. El aire caliente es menos denso que el frío, así que la bolsa y lo que cuelga de ella pesan menos que el aire exterior que desplazan, y el conjunto sube. Nada lo impulsa: un globo sube cuando se calienta el aire que contiene, baja cuando ese aire se enfría y deriva con el viento.

El globo de la lámina es el que Joseph y Étienne Montgolfier, fabricantes de papel de Annonay, construyeron para el primer vuelo libre con personas a bordo, el 21 de noviembre de 1783. Los relatos le atribuyen algo más de 20 m de altura. Era de tela, descrita como lino o tafetán, forrada de papel, cubierta con un barniz de alumbre contra el fuego y pintada de azul y oro. Una galería de mimbre en forma de anillo rodeaba la boca abierta y llevaba a los dos aeronautas, y en el centro de la abertura colgaba un brasero de hierro donde ardía paja.

Cómo funciona

A la presión del nivel del mar, un metro cúbico de aire a 20 °C pesa unos 1,2 kg. Calentado a 100 °C, el mismo volumen pesa solo unos 0,95 kg, porque el aire se ha dilatado y parte de él ha salido por la boca abierta. Cada metro cúbico de aire caliente de la envoltura da, por tanto, alrededor de un cuarto de kilo de sustentación, que debe cargar con la envoltura y el equipo antes que con ningún pasajero. Un globo necesita un volumen enorme para llevar algo: la envoltura de los Montgolfier de 1783 contenía más de mil metros cúbicos.

La barquilla de un globo moderno con dos bombonas de propano y un quemador doble que lanza la llama hacia arriba, dentro de la envoltura Un globo moderno: bombonas de propano en una barquilla de mimbre y un quemador bajo la boca abierta de una envoltura de nailon.

El aire caliente sube a la cúpula y empuja la tela. El calor se escapa poco a poco a través del tejido y por la boca, así que hay que calentar el aire una y otra vez. En 1783 los aeronautas echaban paja con horcas en el brasero por unas aberturas de la galería; para subir añadían combustible, para bajar dejaban que el fuego se apagara. La envoltura prendió varias veces durante el primer vuelo, y apagaron los focos con esponjas mojadas.

Un globo moderno funciona igual con mejores materiales. La envoltura es de nailon o poliéster, la barquilla de mimbre, y un quemador de propano lanza llamaradas cortas y potentes a la boca de la envoltura. El piloto sube o baja para buscar vientos que soplen en otras direcciones: es su única forma de dirigirlo.

Cómo construirlo

Una maqueta de papel de seda inflada con el aire caliente de un secador de pelo muestra el principio sin ninguna llama. Tiene que ser grande y ligera, porque el aire de un secador solo está moderadamente caliente.

Cortar los gajos. Haga una plantilla de cartón para un gajo: una hoja larga y puntiaguda de 2 m de largo y 40 cm en su parte más ancha, con el extremo inferior cortado en recto donde mide 8 cm de ancho. Corte ocho gajos del papel de seda más fino que encuentre, uniendo pliegos con barra de pegamento si hace falta.

Pegar la envoltura. Pegue los gajos borde con borde, solapándolos alrededor de 1 cm, de modo que las puntas se junten arriba y los extremos rectos de abajo formen una boca redonda. Cierre la parte de arriba con un pequeño parche redondo. Pegue la boca a un aro de alambre fino o de cartulina ligera de 20 cm de diámetro para que se mantenga abierta.

Una maqueta de globo de ocho gajos de papel de seda flotando sobre una mesa, con una plantilla de gajo al lado Una maqueta de ocho gajos de papel: el aire caliente de un secador puede elevarla si el papel es bastante ligero.

Inflarla. En interior, en una habitación fresca y sin corrientes, pida a alguien que sostenga la envoltura derecha por arriba, con la boca hacia abajo. Sople en la boca durante dos o tres minutos el aire de un secador en su posición más caliente, desde unos 20 cm por debajo, moviéndolo y sin tapar su entrada de aire. Apague el secador y retírelo antes de soltar, para que solo el aire caliente del interior la levante. Si la bolsa tira hacia arriba, subirá hacia el techo y bajará al enfriarse el aire; si no, el aire no está bastante caliente para su peso, y un papel más fino o una envoltura mayor ayudarán.

Seguridad. No caliente nunca un globo de papel con una vela, un quemador o cualquier llama, y no suelte nunca farolillos voladores: caen todavía encendidos y provocan incendios. Mantenga el secador al menos a 20 cm del papel, no tape nunca su entrada de aire y pare enseguida si el papel se oscurece o huele a chamuscado. Los globos de verdad solo los vuelan pilotos con licencia y equipos certificados.

Historia y evolución

Joseph Montgolfier hizo volar un pequeño globo de seda en una habitación en noviembre de 1782 y luego construyó otros mayores con su hermano Étienne. El 4 de junio de 1783, en la plaza del mercado de Annonay, soltaron un globo sin tripulantes, de tela y papel, de unos 11 m de diámetro, que subió muy alto sobre la ciudad y bajó a más de kilómetro y medio al cabo de unos diez minutos.

Una jaula redonda de mimbre con una oveja, un pato y un gallo Los primeros pasajeros, en Versalles en septiembre de 1783: una oveja, un pato y un gallo.

El 19 de septiembre de 1783, en Versalles, ante Luis XVI y María Antonieta, un globo llevó en una cesta una oveja, un pato y un gallo. Dos meses después, el 21 de noviembre, Jean-François Pilâtre de Rozier, profesor de ciencias, y el marqués de Arlandes, oficial del ejército, despegaron de los jardines del castillo de la Muette, junto al Bois de Boulogne, en el oeste de París. Volaron unos 25 minutos, a 900 m de altura como mucho, y aterrizaron en campo abierto cerca de la actual plaza de Italia, a unos 9 km. Diez días después, Jacques Charles y Nicolas-Louis Robert despegaron de las Tullerías en un globo de hidrógeno. Los globos de gas aguantaban mucho más en el aire, y el aire caliente se usó poco a partir de entonces.

El globo de aire caliente volvió a finales de la década de 1950, cuando el estadounidense Ed Yost combinó una envoltura de tejido sintético con un quemador de propano en bombona. Su vuelo desde Bruning, en Nebraska, el 22 de octubre de 1960, se considera el primero de un globo moderno de aire caliente, y desde 1961 su empresa, Raven Industries, vendió globos para uso deportivo.


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