Balão de gás

Este artigo é um rascunho para uma aeronave .

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Um balão de gás é um não-motorizados balão inflado com um gás mais leve que o ar , geralmente di-hidrogenofosfato de (forma gasosa de hidrogénio ), gás de iluminação ou hélio , ao contrário de um balão de ar quente , cujo envelope é insuflado com ar quente. Trata-se de um aeróstato , ou seja, de uma aeronave que se sustenta graças ao impulso de Arquimedes .

Pode ser:

História

Em 1670, Francesco Lana de Terzi , jesuíta de Brescia , confiante no impulso de Arquimedes aplicado ao ar, lançou o projeto de construção de um navio com velas e remos que deveria viajar no ar. Esta nave aérea consistia em quatro esferas ocas de 6 metros de diâmetro, que deveriam estar completamente vazias de ar. Mas o modo de produzir o vácuo ali era defeituoso e a execução quase impossível, eles deveriam ser feitos de cobre e ter apenas cerca de um décimo de milímetro de espessura. Em uma situação teoricamente perfeita com esferas sem peso, um "balão a vácuo" seria 7% mais leve do que um balão cheio de hidrogênio e 16% mais leve do que o hélio. No entanto, como as paredes do balão devem ser capazes de permanecer rígidas sem implosão, o balão não pode ser construído com nenhum material conhecido. Isso não passou despercebido por Leibniz, Hooke e Borelli, além da impossibilidade de evacuá-lo pelo processo indicado por Lana. Apesar disso, ainda há muito o que se discutir sobre o assunto hoje.

As idéias desse tipo começaram a surgir a partir do meio do XVII th  século. A prova disso é uma passagem de De motu animalium (1680) de Giovanni Alfonso Borelli , médico e físico de Nápoles, que informa que várias pessoas recentemente o imaginaram imitando a maneira como os peixes se sustentam na água (segundo Arquimedes ' impulsionado com sua bexiga natatória ), o corpo humano poderia ser colocado em equilíbrio com o ar empregando uma grande bexiga vazia ou cheia de ar muito raro e tornando-a de tal magnitude que poderia manter um homem suspenso no fluido de ar. Mas Borelli, longe de adotar essas idéias que assimilavam o ar à água, procurou, ao contrário, refutá-las.

a 19 de abril de 1709, a patente de "máquina voadora" foi depositada por Bartolomeu Lourenço de Gusmão e experimentou ao mesmo tempo.

Joseph Galien  (in) que uniu o conhecimento da teologia com o da física publicou em 1755 em Avignon um panfleto em 12 intitulado: “  Memória tocando a natureza e a formação do granizo e de outros meteoros que tenham relação com ela, com outra consequência da possibilidade de navegar [sic] no ar na altura da região do granizo.  Diversão física e geométrica ”, reimpresso em Avignon em 1757. Aqui estão alguns trechos deste folheto que foi considerado a obra de um louco quando apareceu pela primeira vez:“ Estamos construindo nossa embarcação para navegar no ar com telas boas e resistentes . forrado bem encerado ou alcatroado coberto com pele e fortificado de longe a distância com boas cordas ou mesmo cabos nos locais que irão necessitar dentro ou fora de forma a avaliar o peso de todo o corpo desta embarcação independentemente da sua carga é cerca de dois quintais por cabeça de gordo quadrado ”. Depois de se estender sobre o tamanho de sua embarcação, Galeno continua o seguinte: “Então, aqui estamos nós embarcados no ar com uma embarcação de peso terrível. Como ele poderá se sustentar ali e transportar toda a parafernália de guerra para o país mais distante? É isso que vamos examinar. A gravidade do ar da região em que estabelecemos nossa navegação sendo considerada a da água como 1 a 1000 e a cabeça cúbica da água pesando 15.120 libras, segue-se que uma cabeça gordo cúbica deste ar pesará cerca de 15 libras e 2 onças e o da região superior sendo a metade da luz, a medida cúbica pesará apenas cerca de 7 libras e 9 onças; será esse ar que preencherá a capacidade do navio. É por isso que o chamaremos de ar interior, que na verdade pesará no fundo do navio a uma taxa de 7 libras e 9 onças por metro cúbico. Mas o ar na região inferior vai resistir com o dobro da força de forma que só vai consumir metade da força para contrabalançar e ainda terá a metade para contrabalançar e sustentar o navio com qualquer carga ... Quanto à forma que deveria ser dado a esses vasos, sem dúvida seria muito diferente daquele de que acabamos de falar. Haveria muitas coisas a acrescentar ou reformar para torná-los convenientes e muitas precauções a serem tomadas para evitar os inconvenientes; mas essas são coisas que deixamos para as reflexões sábias de nossos hábeis maquinistas. "

Os irmãos Montgolfier realizaram seus primeiros experimentos com balões de ar quente em 1782. O27 de agosto de 1783, o físico Jacques Charles e os irmãos Robert pilotam um balão inflado com hidrogênio no Champ de Mars em Paris, o "charlière".

Ao contrário da invenção dos irmãos Montgolfier, muito empírica, o balão de Charles foi fechado e constituiu uma ferramenta científica que nada deveu ao acaso.

a 1 ° de dezembro de 1783, ele sobrevoou os jardins das Tulherias em Paris com um dos dois irmãos Robert que o ajudaram a fazer o baile. Eles pousaram em Nesles-la-Vallée . Desde o primeiro vôo, o balão de gás Jacques Charles possui todos os instrumentos utilizados até hoje neste tipo de máquina (caixa envernizada, rede, cesta de vime, válvula, lastro e âncora). As melhorias que serão feitas posteriormente irão aumentar a segurança, em particular no pouso: guidope (inventado pelo inglês Green), painel de rasgo .

Ele também trouxe vários instrumentos científicos.

a 7 de janeiro de 1785, Jean-Pierre Blanchard e seu amigo e patrono americano John Jeffries cruzam o canal de Dover a Guînes em 2 horas e 25 minutos, a bordo de um balão inflado com hidrogênio. Esse feito repercutiu por toda a Europa e Blanchard viajou por diversos países, até os Estados Unidos , para realizar demonstrações de voo em balão.

Em 1804, Louis Joseph Gay-Lussac atingiu 7.016 metros.

Em 1867, Henri Giffard fez decolar um balão cativo de 5000  m 3 no marco da exposição universal, balão que lamentavelmente encerrará sua carreira nas linhas prussianas em 1870. Se repetirá em 1878 com um gigante de 25000  m 3 .

Durante o cerco de Paris pelo exército prussiano em 1870/71, balões de gás, chamados na época balão montados porque transportavam passageiros, asseguravam as comunicações na direção de Paris para a província com algumas vezes alguns passageiros desejando fugir de Paris (um destes passageiros foi Léon Gambetta ). No sentido da província rumo a Paris, era impossível fazer a viagem de balão (muita incerteza devido à não dirigibilidade dos balões), apesar das tentativas dos irmãos Albert Tissandier (1839 - 1906) e Gaston Tissandier ( 1843 - 1899).

Em 1875, o Zenith voará às 23h40, antes de matar dois de seus pilotos Sivel e Joseph Croce-Spinelli durante um segundo vôo a 8.600 metros.

Em 1897, a Expedição Polar de SA Andrée tentou sobrevoar o Pólo Norte e terminou em fiasco.

Em 1900, as corridas de balão foram organizadas em Paris : as corridas de balão se tornaram um esporte da moda e até constituíram o "Evento" dos Jogos Olímpicos de Verão de 1900 e mais particularmente dos esportes da Exposição Universal de Paris . A comissão organizadora deseja dar grande importância a estes eventos, em memória do papel desempenhado pelos balões durante o cerco de Paris em 1871, e construiu um enorme hangar metálico. Uma grande multidão aglomerou-se em Vincennes perto do novo velódromo, ao longo da avenida de Charenton, para participar dos 15 eventos organizados do17 de junho para 9 de outubro, envolvendo 46 balões para 156 voos no total. Entre os destaques durante os julgamentos, uma tempestade17 de junhoà noite, quase custou a vida a vários aeronautas. a23 de setembro, na competição de altitude sem handicap, Jacques Balsan consegue a façanha de atingir 8.558 metros de altitude. Se foi30 de setembrona corrida de distância livre de deficiências, levada pelos ventos de oeste, Henry de La Vaulx pousou na Polônia perto de Varsóvia . Mas, no final de uma terceira corrida de distância, Henry de La Vaulx ainda consegue acertar a bola no10 de outubroperto de Kiev : ele cobriu 1.925 km em um balão em dois dias  .

Marie Marvingt se torna a primeira mulher a cruzar o Canal em 26 de outubro de 1909 a bordo do Shooting Star.

Audouin Dollfus executará o22 de abril de 1959um vôo pilotado em uma cápsula pressurizada, para o estudo do vapor d'água da Lua com um balão cluster. Atinge uma altitude de 14.000 metros.

Técnica de construção

No balonismo, o princípio da construção é torná-lo o mais leve possível para oferecer a máxima carga oferecida. Carga oferecida = Gas lift - carga útil (construção).

Regularmente, as equipes modernizam seus balões utilizando materiais cada vez mais leves, mantendo as características mecânicas que garantem a segurança do vôo.

Isso permitiu aos pilotos passar de 22 horas de vôo em 1906 para mais de 92 horas de vôo em 1995 para um balão de igual volume (1000m3) cujo desempenho pode ser admirado durante a famosa e prestigiosa copa aeronáutica Gordon Bennett .

Construção

Existem vários tipos de construção. O balão consiste em uma bolha de tecido impermeável, presa em uma rede, da qual fica suspensa uma cesta. É possível fazer bolas sem rede, o desenho do tecido escolhido permite distribuir as forças necessárias para carregar a bola. Os balões de corda apareceram na década de 1990.

conjunto

A montagem das larguras (corte de tiras de tecido) é feita por costura, ou por colagem ou termossoldagem dependendo da escolha técnica do tecido.

Plataforma

Construído historicamente em vime, este material natural está sendo gradualmente substituído por materiais compostos. Fibras de carbono para peças estruturais como o círculo de carga, aramida pelo seu aspecto não rasgável cada vez mais utilizadas para substituir cabos de aço e alumínio. Existem diferentes tipos de tecido que são usados ​​para envolver a alcofa, como a cordura, por sua resistência ao rasgo.

Fabricação de aeróstatos militares no castelo de Meudon, na França:

Pilotagem

Pilotar um balão de gás é simples e complexo. As duas únicas ações possíveis do piloto são, por um lado, liberar o lastro e, por outro, liberar o gás (evacuação do gás pela parte superior do balão). O princípio da pilotagem reside na ação do piloto em fazer a sustentação para buscar os ventos (que possuem valores de força e direção diferentes de acordo com a altitude) a fim de tentar da melhor maneira possível perseguir uma trajetória desejada. A antecipação da pilotagem é necessária para avaliar as possíveis trajetórias a serem alcançadas de acordo com os dados meteorológicos. Apenas o ponto de decolagem é conhecido.

Aprendendo

O treinamento do piloto de balão a gás é transmitido principalmente através de um treinamento de piloto de balão de ar quente (mais barato que o balão de gás para apreender vôo aerostático do que pela realização de vôo com pilotos experientes em balão de gás. Existem apenas dois instrutores na França em 2019 para balões de gás. O piloto obterá uma licença de balão gratuita BL . Existem poucos manuais de treinamento de pilotos. Na França Sébastien Seguineau vai escrever um manual sobre a Teoria do balão de gás em 2005. O aeronauta Vincent Leys , vencedor de 9 competições de a famosa corrida de balões de gás, a Gordon Bennett Cup, participa ativamente do treinamento e da transmissão de conhecimento.

O conhecimento físico necessário para a compreensão do vôo é dominar as leis sobre os gases, o impulso de Arquimedes e um perfeito conhecimento de meteorologia. A isso se somará o entendimento da navegação aérea , as regras do ar, as radiocomunicações, as responsabilidades do piloto.

Princípio de gerenciamento de vôo e gás

O balão de gás é um balão com o chamado volume constante (um dirigível é um balão com uma massa constante de gás). O piloto gerencia um volume inicial de gás sabendo que este volume de gás estará sujeito a variações de temperatura externa, pressão atmosférica e diferentes radiações (infravermelho). Ele pilota o gás durante todo o vôo, antecipando tanto quanto possível os efeitos da força de inércia do impulso de Arquimedes para limitar velocidades de subida excessivas que tornariam a pilotagem incontrolável.

O apêndice do balão está sempre aberto para manter um volume e pressão constantes, de forma que não possa haver sobrepressão do gás além da própria sobrepressão do gás em seu recipiente (envelope).

A direção, portanto, consiste em uma ação suave, cuidadosa e sem pressa.

Inflação e pesagem

A inflação e a pesagem são elementos essenciais que vão determinar o perfil do possível voo. A altitude de partida (Altitude de Pressão), a escolha da altitude de plenitude e as condições meteorológicas que atuarão sobre o gás como temperatura do ar, radiação infravermelha e vento (o balão no solo está sujeito ao atrito do vento, o vento por exemplo, o resfriamento da temperatura interna do gás por troca convectiva com a pele do invólucro), determinará a quantidade de gás que o invólucro receberá durante a inflação. Esses parâmetros de inflação atuarão sobre a quantidade de lastro a ser carregada de forma a obter saldo zero para a decolagem.

A precisão da pilotagem será alcançada pelo conhecimento bem-sucedido dos vários parâmetros de voo, que estão em constante mudança ao longo do tempo.

Ascensão

Para subir, é necessário soltar o lastro, geralmente areia, que é transportado para dentro ou ao redor da nacele antes da decolagem. O uso de areia como lastro é importante, os balões de gás podem voar em grandes altitudes e rapidamente atingir temperaturas negativas, o uso de lastro de água é perigoso sob o risco de congelamento da água. o piloto não seria mais capaz de voar com seu balão morro abaixo. No entanto, os pilotos sempre carregam água em lastro para garantir o derramamento de carga sobre aeroportos ou locais sensíveis. Durante a subida, o gás se expande (dependendo da pressão atmosférica e temperatura), e o excesso de gás deve ser permitido escapar (uma válvula entupida é uma causa de acidente grave, a sobrepressão do gás no (envelope irá rasgar o envelope) ele é a função do apêndice localizado na parte inferior do balão, que está sempre aberto, o que manterá uma pressão constante do gás no envelope.

Para descer, é necessário abrir uma válvula para liberar o gás. À medida que o gás é recomprimido, a sustentação do balão diminui à medida que o balão desce, o que acelera perigosamente a descida. O piloto deve, portanto, liberar lastro para controlar a razão de descida.

Na base do envelope, um apêndice garante a inflação e evacuação do gás quando se expande ao ganhar altitude. Um sistema de evacuação de gás rápido é fornecido para pousos com ventos fortes para evitar ser arrastado por grandes distâncias (painel de rasgo).

Exceção à pilotagem: caso de altitude plena

A altitude de plenitude é a altitude em que o gás ocupa todo o volume possível do envelope sem que o gás escape pelo apêndice. A altitude de plenitude é uma altitude variável do balão para uma força ascendente nula. O balão vai subir ou descer não pela ação do piloto ou do impulso de Arquimedes, mas pela ação dos parâmetros meteorológicos.

Quanto mais alto o piloto deseja subir em altitude, mais lastro será necessário para garantir a descida. De fato, não só durante a subida parte da massa de gás será evacuada pelo apêndice, mas além de iniciar a descida, o piloto terá que aliviar e evacuar voluntariamente uma massa adicional de gás. Nesta altitude, o piloto terá o volume de gás do balão, mas uma massa de gás reduzida (o balão evacuou uma massa de gás durante sua subida para manter seu volume e pressão constantes), isso fará com que durante a descida um volume de gás que será reduzido para uma massa de gás que permanecerá constante; a única forma de agir para evitar a descida rápida será controlar a velocidade de descida com lastro.

Para realizar voos de longa distância, é necessário que o piloto ajuste seu balão a uma altitude de plenitude para evitar escorregar ou lançar o lastro e assim se deixar levar pelo vento o mais longe possível.

Durante um vôo em altitude total ou um vôo estabilizado em altitude, a ação da radiação é sentida. Na verdade, o balão se move no leito do vento a velocidade zero do ar em vôo estabilizado, enquanto sua velocidade no solo pode ser significativa. O fato de o balão não sofrer atrito com o ar sobre o envelope, o gás se aquecerá sob a ação do sol ou se resfriará sob a ação da noite ou de uma nuvem, modificando assim sua densidade altitude .

O vôo a plena altitude é uma forma de pilotagem automática em que o piloto não precisa mais atuar, sendo o balão transportado de acordo com os parâmetros meteorológicos. O piloto será capaz de quebrar esse equilíbrio do empuxo arquimediano para atingir uma altitude escolhida a fim de encontrar um vento com uma direção que o piloto terá escolhido.

Exemplo de uma calculadora para estimar a altitude de plenitude de um volume de gás hélio (aplicação para dirigível): Calculadora de altitude de plenitude de Marcel Délèze e Stéphane Rousson .

O paradoxo do lastro

É fácil fazer um balão subir no céu, a arte do piloto será derrubá-lo com segurança. A gestão do lastro é um ponto crucial do voo. O lastro é usado tanto para levantar o balão quanto para abaixá-lo. Quanto mais o balão subir de altitude, mais lastro o piloto precisará para administrar as diferentes fases de seu vôo.

Piloto de balão parcialmente inflado

Durante o vôo, tendo o piloto que liberar seu gás de acordo com o perfil de vôo escolhido, o balão vai perdendo gradativamente uma quantidade de gás portador. Terá assim uma nova altitude de plenitude. Se o piloto desejar subir mais alto, deverá lançar o lastro provocando a eliminação do gás que será evacuado pelo apêndice.

Navegação

O piloto deve gerenciar três velocidades de voo: a velocidade de subida (ou velocidade vertical), a velocidade do ar e a velocidade do solo . A taxa de subida terá um impacto no volume do gás, o balão irá resfriar por troca convectiva com a fricção do ar na pele do envelope, em particular durante a descida ou descida rápida a que o piloto presta particular atenção.

Durante a navegação, o piloto fará a gestão da meteorologia antecipando as subidas que poderá encontrar e os diversos parâmetros que irão influenciar o seu equilíbrio de voo, como humidade do ar, chuva, temperatura, variação da pressão atmosférica e radiação.

Pousar

O pouso é feito por uma descida gradual e controlada, atuando na válvula (para liberação do gás) e no lastro. O piloto possui uma corda-guia ( corda longa e pesada) necessária para garantir o pouso. Este guia de corda terá como objetivo liberar a carga eletrostática acumulada no envelope do balão durante o vôo, a fim de limitar o risco de ignição do gás hidrogênio. Por outro lado, o cabo-guia atuará por sua força de atrito no solo (de acordo com seu comprimento desenrolado no solo), o que permite reduzir a velocidade do balão. À medida que a corda toca o solo, sua massa que cai no solo causa uma tendência para o balão subir, então o piloto terá que agir em sua válvula de acordo; a arte do piloto será, portanto, antecipar essa tendência de subir para evitar uma subida repentina do balão e vice-versa.

Os primeiros aeronautas usavam uma âncora para tentar se pendurar no chão, ou em árvores com uma garra, a técnica foi rapidamente abandonada após muitos acidentes, na verdade a âncora quicou e voltou para a nacela. Abandonada a garra, os aeronautas porém mantiveram a corda alongando-a e tornando-a mais pesada, o efeito obtido foi criar o máximo de fricção da corda no solo: nasceu a corda-guia .

Aterrissando com vento forte

Se o vento no solo for forte, recomenda-se ao piloto pousar nas árvores; isso pode parecer surpreendente, mas a técnica ganhou terreno. Com efeito, ao aterrar nas árvores, o cesto desliza ao longo dos ramos, o que permite parar o balão. O risco para os pilotos é baixo, a recomendação é enrolar-se na nacela para evitar que os ramos varram a superfície da nacela.

Em ventos fortes, se o piloto tentar esvaziar seu balão acima de um campo, por exemplo, a corda guia não vai desacelerar o balão o suficiente e o vento vai soprar no envelope, transformando o balão em um verdadeiro cervo. A ação no painel de rasgo é então necessária para evacuar o gás de arraste o mais rápido possível. O piloto deve ter em mente que mesmo liberado de seu gás, o envelope ainda pode levar o vento e carregar o balão.

Gás usado

Os gases portadores ( Lifting gas  (en) ) usados ​​serão hidrogênio, gás de carvão (mistura de hidrogênio, metano e monóxido de carbono) e hélio. O gás mais eficiente é o hidrogênio , que é fácil de produzir, mas terrivelmente combustível. O gás de carvão , mais barato, é produzido em massa nas usinas a gás , mas também é altamente combustível.

Nos tempos modernos, sabemos como produzir hélio com bastante facilidade , absolutamente incombustível, mas um pouco menos portador que o hidrogênio e muito mais caro.

  • A densidade do ar é de 1,293  g / L (o ar é composto por aproximadamente 1/5 de oxigênio (massa molar 32) e 4/5 de nitrogênio (massa molar 28), uma média de d 'cerca de 29.)
  • A densidade do hidrogênio (massa molar de 2) é 0,08988  g / L , que é 14 vezes menor que a densidade do ar.
  • A densidade do gás de iluminação (massa molar aproximada de 11,2) é de aproximadamente 0,5  g / L , que é 2,6 vezes menor que a densidade do ar.
  • A densidade do hélio (massa molar de 4) é 0,178 5  g / L , que é 7 vezes menor que a densidade do ar.

Hidrogênio

Em 1783 , Jacques Alexandre César Charles fez voar seu balão com dihidrogênio , cujo processo de produção por reação do ácido sulfúrico sobre o ferro era conhecido há muito tempo, mas principalmente a partir dos experimentos de Henry Cavendish por volta de 1766 . O "ar inflamável", como é chamado, foi denominado hidrogênio por Antoine Lavoisier em 1783 .

As propriedades do hidrogênio podem ser afirmadas por meio de alguns experimentos realizados em 1865 nas aulas de física: se bolhas de sabão são infladas com hidrogênio, essas bolhas, em vez de cair, sobem rapidamente no ar e pegam fogo ao se aproximarem de um corpo em chamas. A grande leveza do hidrogênio confere a ele a propriedade de passar por pequenas aberturas e membranas com muito mais facilidade do que outros gases, pois as velocidades com que dois gases passam por um pequeno orifício de uma membrana estão na razão inversa à raiz quadrada de seus densidade. Esta propriedade endosmótica notável é demonstrada colocando-se um balão de borracha cheio de ar em um sino cheio de hidrogênio, o balão foi enrolado em arame que é aplicado frouxamente nele. Depois de um dia, o fio desaparece sob os dois hemisférios que se formam (como resultado do aumento de volume, e muitas vezes o balão acaba estourando). Assim, ele deve ter entrado no balão 3,5 vezes mais hidrogênio do que no ar, já que o primeiro desses gases pesa 14 vezes menos que o segundo.

Assim, em 1865, a grande leveza do hidrogênio fez com que fosse usado para encher balões; mas as propriedades que são consequência dessa leveza fizeram com que renunciassem a esse uso porque a "  endosmose  " do gás foi feita muito rapidamente. Também o gás de iluminação , que além do mais é mais barato, é geralmente substituído por ele.

Henri Giffard em 1852 usará hidrogênio para otimizar a sustentação. Vai melhorar a técnica de produção de hidrogênio e a qualidade do envelope:

“O material do balão é composto por duas lonas unidas por uma solução de borracha e revestidas externamente com verniz de óleo de linhaça. Todas as costuras foram recobertas com uma tira do mesmo tecido aplicada por meio de dissolução de borracha e revestida com verniz de óleo de linhaça. Este revestimento parece ter resolvido amplamente o problema muito procurado da conservação do gás hidrogênio em um aeróstato. Enquanto na maioria dos aeróstatos construídos até hoje, o gás hidrogênio passa com extraordinária velocidade pelo material de seda envernizado do balão, o aeróstato do Sr. Henry Giffard é dotado de uma propriedade de conservação notável. Não foi necessário renovar, por dois meses, o suprimento de gás no balão, uma vez inflado, sob a condição de substituir, a cada dois ou três dias, os 40 ou 50 metros cúbicos de gás perdidos neste balão. Intervalo, por seus passagem através do envelope. "

Hidrogênio quase puro é produzido por uma reação de gás com água : vapor de água jogado em brasas incandescentes:

“O sistema empregado por M. Giffard para a preparação do gás hidrogênio por meio da decomposição da água é baseado em parte em princípios conhecidos, em parte em novas disposições. Consiste em operar a decomposição do vapor d'água pelo carvão, passando primeiro por uma lareira carregada de coque incandescente, por uma corrente de vapor d'água, que produz, por reação com o carvão vermelho, hidrogênio carbonáceo e monóxido de carbono. Para trazer o hidrogênio carbonáceo de volta ao estado de hidrogênio puro, o monóxido de carbono ao estado de ácido carbônico, uma nova corrente de vapor d'água é trazida para a outra extremidade da fornalha. Este vapor produz hidrogênio puro e ácido carbônico, ao reagir, com seu oxigênio, sobre os dois gases que preenchem o recinto da fornalha. Essa mistura de ácido carbônico e hidrogênio é então direcionada por um purificador cheio de cal, semelhante ao usado nas fábricas de gás. O hidrogênio se livra do ácido carbônico; para que também se obtenha hidrogênio puro, que se dirige para dentro do balão, assim que sai do purificador de cal. "

Os balões dirigíveis e outros Zeppelins usam principalmente dihidrogênio.

O hidrogênio é terrivelmente combustível. Entre os desastres que ocorreram, citemos a morte de Jean-François Pilâtre de Rozier (seu balão combinado de hidrogênio / ar quente queimou), a de Sophie Blanchard e o desastre de Hindenburg .

Gás de iluminação

A pesquisa em balões de gás levou à descoberta do gás de iluminação em 1784 . Isso porque, naquela época, a questão dos dirigíveis e dos balões de Montgolfier (1783) ocupava a mente dos cientistas. O Limburger , Jan Pieter Minckelers (1748-1824), professor da Universidade de Lovaina , experimenta, em operações de destilação (na verdade de pirólise), em um barril de rifle aquecido em uma forja, os gases destinados à aeronáutica. Louis Engelbert , sexto duque de Arenberg e promotor da ciência e da arte, contrata um comitê para examinar a questão do melhor gás para uso em balões de gás. Minckelers que está neste comitê, depois de muitos experimentos, publicou em 1784 uma obra intitulada Memórias sobre o ar inflamável extraído de várias substâncias .

No apêndice a este brief, há uma tabela de “gravidades específicas das diferentes espécies de ar”, produzida por TF Thysbaert, membro do comitê. O relatório destaca as qualidades de carga do gás de carvão  : "Vários experimentos realizados comprovam a bondade do ar de carvão em comparação com as máquinas aerostáticas, o primeiro foi feito com um pequeno balão balão, que SA lançou em seu castelo de Heverlé no dia 21 de no mês de novembro passado, que rompido o cordão que o segurava, foi tão longe quanto a vista pode ver acima das nuvens, vários outros balões de vários tamanhos, lançados em vôo, demonstram o mesmo, principalmente os lançados em 24 de fevereiro em Louvain; a capacidade de um era menos de um pé cúbico, & a do outro era de cerca de cinco pés, eles escalaram com grande rapidez a ponto de não ser mais possível distingui-los; cinco minutos após a partida, os dois foram encontrados perto de Sichem, a seis léguas de Louvain  ” .

O título do livro mostra que Minckelers encontrou uma aplicação melhor para os gases que está experimentando: iluminação . Se Minckelers for considerado um dos descobridores do gás de iluminação, ele não dará seguimento industrial à sua descoberta, e é aos esforços combinados do francês Philippe Lebon , do inglês William Murdoch e do alemão Frédéric-Albert Winsor que nós terá o surgimento de gás de iluminação (e gases manufaturados ) por volta de 1810 . O gás de iluminação ou gás manufaturado será essencialmente gás de carvão contendo hidrogênio (50%), metano e monóxido de carbono .

O gás de iluminação será usado como gás em balões de gás. Seu preço razoável, suas propriedades osmóticas mais interessantes o farão preferir por muito tempo ao hidrogênio.

Em uma obra escrita por James Glaisher , Wilfrid de Fonvielle , Camille Flammarion , Gaston Tissandier em 1870  :

“A inflação de aeróstatos geralmente é feita por hidrogênio carbonáceo, ou gás de iluminação, cuja densidade média é a metade da do ar. Embora muito mais pesado que o hidrogênio puro, é muito mais fácil de usar, pois em vez de fabricá-lo com grandes despesas, especialmente para uma subida, basta trazê-lo de uma fábrica ou de um tubo. Quando uma subida deve ser realizada em um estabelecimento científico, pode-se facilmente trazer o gás iluminador dos canos mais próximos e limitar-se a tirar exatamente a quantidade de gás igual à capacidade do aeróstato.

Se, pelo contrário, tivéssemos que inchar com hidrogênio puro, teríamos que organizar uma laboriosa e longa instalação, composta de algumas centenas de garrafões de ácido sulfúrico e vários milhares de quilos de aparas de ferro, para encher uma série de barris unidos com ácido sulfúrico e água, conduzir o gás assim obtido em um tanque onde é lavado, secar com cal e resfriar com um jato de água, e só finalmente conduzi-lo ao aeróstato por um longo tubo. Além disso, o hidrogênio puro é, de todos os gases, aquele que apresenta os fenômenos mais intensos de endosmose: atravessa todas as membranas, vegetais ou animais, com a facilidade mais singular. Um jato de hidrogênio que atinge uma folha de papel perpendicularmente à sua direção, atravessa essa folha mais ou menos como se não tivesse encontrado nenhum obstáculo em seu caminho. As quantidades de gás que passam por qualquer envelope estão na razão inversa das raízes quadradas de suas densidades. Agora, a densidade do hidrogênio puro sendo catorze vezes e meia menor que a do ar, entendemos que ele terá que passar cerca de quatro vezes mais hidrogênio no ar do que o ar no hidrogênio. Essa perda contínua, extremamente difícil de remediar, é uma segunda razão para a substituição do gás de iluminação por hidrogênio puro para a inflação dos aeróstatos. "

Hélio

Embora o hidrogênio (com uma gravidade específica de 0,069 em relação ao ar) tenha uma capacidade de carga aproximadamente 7% maior do que a do hélio (com uma gravidade específica de 0,139), este último tem a vantagem de ser incombustível (e até mesmo retardante de chamas) .

Por sugestão de Sir Richard Threlfall , a Marinha dos Estados Unidos subsidiou três pequenas fábricas experimentais de produção de hélio durante a Primeira Guerra Mundial . O objetivo é abastecer os balões de barragem com este gás não inflamável, mais leve que o ar. Um total de 5.700  m 3 de 92% de hélio é produzido por este programa, apesar do fato de que anteriormente eram produzidos menos de 100  L no total. Parte desse gás é usado para o primeiro dirigível cheio de hélio do mundo, o US Navy C-7, inaugurado em sua viagem inaugural de Hampton Roads, na Virgínia, para Bolling Field, em Washington, em1 st dezembro 1921.

Embora o processo de liquefação de gás em baixa temperatura não tenha sido desenvolvido cedo o suficiente para desempenhar um papel significativo durante a Primeira Guerra Mundial, a produção continuará. O hélio é usado principalmente para encher balões .

A exploração da atmosfera, em particular para a meteorologia, é feita com balões, na maioria das vezes insuflados com hélio.

Usos

Balões de gás são usados ​​em meteorologia para explorar a estratosfera .

Para explorar a alta estratosfera, falamos de um balão estratosférico .

Eventos de aviação

O Gordon Bennett reúne vários balões em torno de uma corrida que visa cobrir a maior distância.

Durante o Balloon Fiesta em Albuquerque , nos EUA, um dos dois maiores eventos de balão do mundo, é organizada uma corrida de balão a gás.

Registros

Um voo de balão de gás pode durar vários dias, então o 17 de agosto de 1978, o balão a gás Double Eagle II , pilotado pelos americanos Anderson, Abruzzo e Newman, fez a primeira travessia do Atlântico em balão ao pousar em Miserey (Eure) na França após um vôo de 5.022  km em 5 dias, 17 horas, 5 minutos e 50 segundos.

Altitude:

Na cultura popular

Filmes

Livros

Notas e referências

  1. agosto Riedinger, Ballonfabrik Augsburg Gmbh , Meisenbach Riffarth e co Munique, 162  p. , página 27: Inutilidade da âncora
  2. Jean-Chrétien-Ferdinand Hœfer . História da física e da química desde os tempos mais antigos até os dias atuais. Hachette, 1872. Hachette, 1872. Leia online
  3. Sean A. Barton. Departamento de Física, Florida State University. Outubro de 2009. Análise de estabilidade de uma câmara de vácuo inflável em arxiv.org
  4. Jean Chrétien Ferdinand Hoefer. História da física e da química desde os tempos mais antigos até os dias atuais. Hachette, 1872. Hachette, 1872. Leia online
  5. Jean C. Baudet, As maiores invenções , Primento,2015, p.  47
  6. "  Lavoisier, a jornada de um cientista revolucionário - CNRS sagascience  " , em www.cnrs.fr (acessado em 3 de março de 2019 )
  7. É Louis Nicolas Robert ou outra pessoa?
  8. "  Pilotos de balão grátis  " , no Ministério da Transição Ecológica e Inclusiva (acessado em 19 de setembro de 2019 )
  9. Sébastien Seguineau, Teoria do balão de gás , França, Livro Branco,8 de outubro de 2005, 19  p. ( leia online )
  10. "  FAQs: Gas Ballooning  " , em balloonfiesta.com (acessado em 6 de outubro de 2019 )
  11. "  Controlando a bola com areia e água  " (acessado em 21 de setembro de 2019 )
  12. "  Un ballon à gaz  " , em frchallenge.ch (acessado em 21 de setembro de 2019 ).
  13. Scientific Review, Volume 2. 1865 ( Google e-book )
  14. Louis Figuier , Émile Gautier. The Scientific and Industrial Year, Volume 13 ( Google e-book )
  15. Jan Pieter Minckelers Memoir no ar inflamável elaborado a partir de substâncias diferentes, Falcon faculdade 1784 ( Google e-Livro )
  16. James Glaisher, Camille Flammarion, W. De Fonvielle, Gaston Tissandier. Viagem aérea. 1870 ( Google e-Livro )
  17. (in) Albert Stwertka, Guide to the Elements: Revised Edition , Oxford University Press, New York, 1998 ( ISBN  0-19-512708-0 ) , p. 24
  18. (em) A Enciclopédia dos Elementos Químicos , op. cit. , p. 261.
  19. (em) Eugene M. Emme Aeronáutica e Astronáutica: Uma Cronologia Americana de Ciência e Tecnologia na Exploração do Espaço, 1915-1960 , Washington, DC, NASA ,1961( leia online ) , "Aeronautics and Astronautics Chronology, 1920–1924"
  20. "  Festa do Balão | Event Schedule  ” , em balloonfiesta.com (acessado em 6 de outubro de 2019 )
  21. (em) "  Research on Balloon Float over to 50km Altitude  " , Institute of Space and Astronautical Science, JAXA (acessado em 29 de setembro de 2011 )

Veja também

Artigos relacionados

links externos