Como funcionam os balões de ar quente

Autor: 
Tom Harris

Se você realmente precisa chegar rápido a algum lugar, um balão de ar quente é sem dúvida o veículo menos indicado. Efetivamente você não pode manobrá-lo, e ele viaja na velocidade que o vento sopra. Mas se simplesmente quer apreciar a experiência de voar, não há nada igual. Muitas pessoas descrevem a experiência de voar em um balão de ar quente como uma das atividades mais serenas, agradáveis que elas já experimentaram.

Balões de ar quente também são uma aplicação engenhosa de princípios científicos básicos. Neste artigo, veremos o que faz estes balões subirem no ar, e como o desenho dos balões permite ao piloto controlar a altitude e velocidade verticais. Você ficará fascinado pela bela simplicidade destas primeiras máquinas de voar!


Um balão de ar quente da CargoLifter para 4 passageiros


Agradecimento especial a CargoLifter por nos ajudar com este artigo.

Balões de ar quente são baseados em um princípio científico muito básico: o ar mais quente sobe mais que o ar frio. Essencialmente, o ar quente é mais leve que o ar frio, porque ele tem menos massa por unidade de volume. Um pé cúbico de ar pesa aproximadamente 28 gr. Se você aquecer este ar a 37,8ºC, ele pesa em torno de 7 gr a menos. Portanto, cada pé cúbico de ar contido em um balão de ar quente pode suspender em torno de 7 gr. Isso não é muito, e este é o porquê dos balões de ar quente serem tão enormes - para suspender 453,6 kg, você precisa de aproximadamente 1840,8 m³de ar quente!

Para manter o balão subindo, você precisa de uma maneira para reaquecer o ar. Balões de ar quente fazem isto com um queimador posicionado sob o envelope do balão, quando o ar no balão esfria, o piloto pode reaquecê-lo acionando o queimador.


Um balão de ar quente tem três partes essenciais: o queimador, que aquece o ar; o envelope de balão, que segura o ar; e o cesto, que carrega os passageiros.

Balões de ar quente modernos aquecem o ar queimando propano, a mesma substância comumente usada em churrasqueiras ao ar livre (em inglês). O propano é armazenado em forma líquida comprimida, em cilindros leves posicionados na cesta do balão. A mangueira de entrada desce ao fundo do cilindro para que ele possa expelir o líquido.


A chama do queimador aquece o ar no envelope do balão

Devido ao fato do propano ser altamente comprimido nos cilindros, ele corre rapidamente através das mangueiras para a serpentina de aquecimento. A serpentina de aquecimento é simplesmente um tubo de aço disposto na forma de uma mola ao redor do queimador. Quando o balonista liga o queimador, o propano flui inicialmente na forma líquida, e é aceso por uma luz piloto. Como a chama queima, ela aquece o metal da tubulação. Quando o tubo aquece, ele aquece o propano que flui através dele. Isto muda o propano de líquido para gás, antes que seja aceso. Este gás cria uma chama mais poderosa e mais eficiente no consumo de combustível.

Na maioria dos balões de ar quente modernos, o envelope é feito de longos gomos de náilon tratado, reforçado com costura em forma de teia. Os tecidos de náilon, que se estendem da base do envelope ao topo, são feitos de um número de painéis menores. O náilon funciona muito bem em balões porque é leve e bastante resistente, e tem uma alta temperatura de derretimento. A saia (o náilon na base do envelope) é coberta com material especial à prova de fogo, para evitar que a chama inflame o balão.

O ar quente não escapará do buraco no fundo do envelope porque a flutuabilidade o mantém subindo. Se o piloto continuamente acender os jatos de combustível, o balão continuará a subir. Há uma altitude limite superior, já que eventualmente o ar se torna tão rarefeito que o empuxo(força de flutuação) fica fraco demais para suspender o balão. O empuxo é igual ao peso do ar deslocado pelo balão, assim um balão com envelope maior geralmente terá um limite de altitude superior ao de um balão menor.


Componentes do queimador


A cesta segura os passageiros, os tanques de propano e o equipamento de navegação

A maioria dos balões de ar quente usam uma cesta de vime para o compartimento dos passageiros. O vime funciona muito bem porque é resistente, flexível e relativamente leve. A flexibilidade ajuda nos pousos do balão. Em uma cesta feita de um material mais rígido, os passageiros iriam sentir-se afetados pela força do impacto. O material de vime flexiona um pouco, absorvendo parte da energia.

Pilotagem
Pilotar um balão precisa de habilidade, mas os controles são muito simples. Para suspender o balão, o piloto move um controle que abre a válvula de propano. Esta alavanca funciona como o botão de uma grelha ou fogão a gás. Quando você a liga, o fluxo de gás aumenta, então a chama cresce em tamanho. O piloto pode aumentar a velocidade vertical aumentando a chama para aquecer o ar mais rapidamente.


Para aumentar o queimador, o piloto abre a válvula de propano

Adicionalmente, muitos balões de ar quente têm um controle que abre uma segunda válvula de propano. Esta válvula envia propano através de uma mangueira que passa em volta da serpentina aquecida. Isto permite que o piloto queime propano líquido ao invés de propano em forma de gás. A queima de propano líquido é menos eficiente, tem chama mais fraca, porém é mais silencioso que o gás queimando. Os pilotos freqüentemente usam esta segunda válvula sobre as fazendas de gado, para não assustar os animais.

Os balões de ar quente também têm uma corda para abrir a válvula do pára-quedas no topo do envelope. Quando o piloto puxa a corda presa, um pouco de ar quente pode escapar do envelope, diminuindo a temperatura do ar interno. Isto faz com que o balão atrase sua subida. Se o piloto mantiver a válvula aberta por um longo tempo, o balão cairá.

 


A válvula do pára-quedas, de dentro do balão. Uma corda Kevlar corre da válvula no topo do balão, para baixo na cesta, através do centro do envelope.

Essencialmente, estes são os únicos controles - aquecer para fazer o balão subir e dar vazão ao ar para fazer o balão cair. Isto levanta uma pergunta interessante: se os pilotos podem somente mover os balões de ar quente para cima e para baixo, como eles levam o balão de um lugar a outro? Como podemos notar, os pilotos podem manobrar horizontalmente mudando sua posição vertical, porque o vento sopra em diferentes direções e altitudes. Para mover em uma direção em particular, um piloto sobe e desce ao nível apropriado, e pilota com o vento. Como a velocidade do vento geralmente aumenta quando você sobe em altitude na atmosfera, os pilotos também podem controlar a velocidade horizontal mudando de altitude.

Para manobrar o balão horizontalmente, o piloto sobe ou desce de altitude, pegando diferentes correntes de vento

É claro, até mesmo o piloto mais experiente não tem controle completo sobre a rota de vôo do balão. Normalmente, as condições de vento dão ao piloto muito poucas opções. Conseqüentemente, você não pode pilotar um balão de ar quente seguindo um curso exato. E é muito raro que você seja capaz de pilotar um balão de volta ao seu ponto de patida. Então, diferentemente de pilotar um avião, pilotar um balão de ar quente é altamente improvisado de momento a momento. Por esta razão, alguns membros da tripulação de um balão de ar quente têm que permanecer no solo, seguindo o balão de carro para ver onde ele pousa. Então, eles podem estar lá para buscar os passageiros e equipamentos.

Lançamento e aterrissagem. Muito do trabalho em baloagem de ar quente vem do começo e do final do vôo, quando a tripulação infla e desinfla o balão. Para o espectador, este é um show muito mais espetacular que um vôo de balão.

Uma vez que a tripulação encontra um ponto de lançamento apropriado, eles prendem o sistema do queimador à cesta. Depois prendem o envelope do balão e começam a estendê-lo no solo.

Uma vez que o envelope está estendido, a tripulação começa a inflá-lo, usando um poderoso ventilador na base do envelope.

Quando há ar suficiente no balão, a tripulação lança a chama do queimador dentro da boca do envelope. Isto aquece o ar, aumentando a pressão até que o balão infle inteiro e comece a levantar do solo.

Os membros da tripulação do solo seguram a cesta até que a tripulação de lançamento esteja a bordo. A cesta do balão está também presa ao veículo da tripulação do solo até o último minuto, assim o balão não será soprado para longe antes que esteja pronto para o lançamento. Quando tudo está preparado, a tripulação do solo solta o balão e o piloto acende uma chama estável do queimador. À medida que o ar aquece, o balão suspende imediatamente do solo.

Surpreendentemente, todo este processo leva somente 10 ou 15 min. O processo de pouso, combinado com o desinflar e reembalar o envelope do balão, leva um pouco mais de tempo.

Quando o piloto está pronto para pousar, ele discute possíveis locais de pouso com a tripulação do solo (através de um rádio a bordo). É preciso encontrar um espaço aberto, onde não haja linhas de energia e tenha bastante espaço para colocar o balão. Assim que o balão está no ar, o piloto está constantemente procurando por locais apropriados para pouso, no caso de haver uma emergência.

O pouso do balão pode ser um pouco violento, mas um piloto experiente baterá ao longo do solo para parar o balão gradualmente, minimizando o impacto. Se a tripulação do solo conseguiu chegar ao local de pouso, eles irão segurar a cesta embaixo uma vez que tenha pousado. Se o balão não estiver em uma boa posição, a tripulação o puxa ao longo do solo para um local melhor.

A tripulação de terra coloca uma lona (tarp) no solo para proteger o balão de desgastes e rasgos. Então o piloto abre toda a válvula do pára-quedas, para que o ar possa escapar pelo topo do balão. A tripulação de terra agarra a corda presa no topo do balão e puxa o envelope para cima da lona (tarp).

Uma vez que o envelope do balão está no chão, a tripulação começa a expelir o ar para fora. Quando o balão é achatado, a tripulação o embala dentro de um saco. Todo este processo é muito parecido ao de empacotar um saco de dormir gigante.

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