Bienvenidos

Sea bienvenido usted señor lector a nuestro blog sobre mecánica de fluidos y el vuelo de ciertas aeronaves tales como los zeppelines y los globos aerostáticos. A nombre de los estudiantes Juan Felipe Simmonds y José Miguel Navarrete, estudiantes de grado décimo de la corporación colegio San Bonifacio de las Lanzas, esperamos que este blog le sea de ayuda y entendimiento. Este blog tiene como fin el uso de los conocimientos adquiridos en física, gracias a nuestro profesor Freddy Banguero, y aplicarlos en el funcionamiento de diversos aparatos alrededor del globo.

Finalmente queda por decir, ¡SEA BIENVENIDO!

Introduccion

No sé qué ustedes se han preguntado por qué sucede algo, pero no han ido más allá. El otro día estaba viendo el cielo y me pregunte: "¿Como hacer para volar con la suavidad del aire?", entonces me acordé de un extraordinario artefacto que había visto en vacaciones, este artefacto es llamado zeppelín, y junto a un compañero, investigamos por qué a su funcionamiento y sin obligación alguna fuimos más allá, no solo por nosotros sino por ustedes. Nosotros como equipo encontramos la respuesta a " POR QUE VUELA UN ZEPPELIN".

Un poco de historia

En la segunda mitad del siglo XIX, volar largas distancias seguía siendo un sueño, ya que el aeroplano no era visto como algo practico, solo se podía volar por globo aerostático, pero controlar su rumbo era algo imposible. La idea del dirigible llego para conquistar los cielos mediante estos aparatos extraordinarios, y en la primera mitad del siglo XX se empezaron a utilizar.

Ferdinand von Zeppelín fue un noble e inventor alemán fundador de la compañía de dirigibles zeppelín. Este personaje inicio su primer zeppelín en 1899 y lo termino un año después. Este zeppelín era de estructura rígida y sirvió de prototipo para muchos modelo siguientes a este. El primer zeppelín estaba formado por una hilera de 17 cámaras de gas recubiertas de tela encauchada, y el conjunto iba encerrado en una estructura cilíndrica cubierta por una tela de algodón de superficie uniforme. También admitía un volumen de hidrogeno de 11,3 millones de litros.

Tipos de zeppelins

Actualmente hay 5 tipos de zeppelín, con diferentes composiciones, diferentes materiales, y diferentes estructuras, que son indispensables para saber su uso y por lo tanto saber que tan liviano es a comparación del aire, que es un factor fundamental para la solución de esta pregunta.

Los dirigibles rígidos se distinguen por poseer una estructura rígida la cual mantiene múltiples globos o celdas que contiene gas no presurizado, eso quiere decir que no necesita de la presión interna del gas para conservar su forma. Los dirigibles no rígidos emplean de gas interno para mantener presión y así retener su forma. Estos pueden ser globos de balizamiento, observación o exploración que se distinguen de los aerostatos ya que mediante hélices pueden dirigir su movimiento horizontal. Los dirigibles semi -rígidos exigen una presión interna comúnmente menor, debido a que requieren una presión interna generalmente menor, ya que incluyen estructuras bajo el globo que permiten distribuir las cargas. El uso ha sido similar al de los dirigibles no rígidos. Los dirigibles con membrana metálica tienen características de los dirigibles rígidos y no rígidos, su estructura es de una capa metálica muy fina en vez de tela plastificada. Los dirigibles hidráulicos son los más livianos de todos y los más tecnológicos, tienen características de aeronaves.

Entonces, ¿Cual es la razon?

La característica más importante de los globos y de otras estructuras inventadas por el hombre, como barcos, submarinos, entre otras,  es llamada flotabilidad. Se le define como la capacidad de un cuerpo de mantenerse sobre un fluido. Es gracias al aire (en este caso demás materiales) que se encuentran dentro del cuerpo lo que determina básicamente su capacidad de flotabilidad.

Los dirigibles, zeppelins y globos también obedecen a un principio básico de un señor conocido como Arquímedes. El principio de Arquímedes afirmaba que “un cuerpo total o parcialmente en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba de igual peso del volumen del fluido que desaloja”. Al aplicarlo al uso de los gases, descubriremos que nuestro zeppelín recibe un empuje hacia arriba igual al peso del aire que desplaza, lo que con ayuda de ciertos materiales, permita que nuestro globo se mantenga en el aire. Sin embargo, un último factor es clave para el vuelo del zeppelín, la densidad. Para que un cuerpo pueda flotar en otro fluido, es necesario que la densidad del cuerpo que se pretende que flote sea menor a la densidad del fluido. Recordemos que la densidad es la masa que encontramos en un determinado volumen y esta densidad varia en muchos de los elementos que encontramos en el planeta. Apliquémoslo en nuestro proyecto; el aire es una mezcla de nitrógeno, oxigeno, vapor de agua, ozono, dióxido de carbono, hidrogeno y otros gases, todos juntos tienen una densidad aproximada de 1,09gr/cm3 a una temperatura ambiente. A grandes alturas sin embargo, su densidad aumenta un poco, pues factores como la presión y la temperatura logran un cambio en la densidad, alterándola incluso 1,29gr/cm3. El problema es, sin embargo, que su densidad es relativamente baja y muy pocos elementos tienen densidades menores.

 

La solución fue utilizar  gases más livianos que el aire, es decir, aquellos materiales menos densos y los cuales fácilmente pueden flotar sobre este. Por eso, se utilizan gases tales como el helio y el hidrogeno, con densidades de 0.17gr/cm3 y 0,084gr/cm3, menores al aire para que estos al ser puestos en los zeppelín puedan ser más livianos y flotar. En globos aerostáticos, se utiliza un método más práctico, más barato y más común. Como dijimos previamente, la densidad puede verse alterada dependiendo de condiciones como la presión y la temperatura, en el caso de los globos aerostáticos calientan aire y este se introduce en un globo. El calor genera que los elementos en su interior se expandan, aumentando el volumen, lo que ocasiona que la densidad de los gases en su interior descienda. Este pequeño cambio en la densidad logra que, aunque sean solo 5 personas, puedan ser elevadas con facilidad. Es mediante la regulación de estos gases, el peso y densidad que se logra la elevación y flotabilidad de estos grandes artefactos.

Como se construye un globo y su funcionamiento

¿Por que se incendio el hindenburg?

En la primera mitad del siglo XX, los dirigibles eran todo un lujo. Surcaban los cielos y eran el medio de transporte por excelencia de la época( recordemos la aeronáutica civil era bastante cara y los viajes en barcos bastante extensos). Mas que posiblemente, el fracaso del dirigible se debió a el desastre del dirigible hindenburg en 1937. El hindenburg fue uno de los 2 dirigibles más grandes jamás construidos y las aeronaves más grandes de la historia. Fue un dirigible alemán (nazi) que partió desde Alemania hasta Estados Unidos en 1937.

Al llegar a Nueva York, el 6 de mayo de 1937, se observo en la parte trasera de dirigible fuego de san Telmo, que son chispas de electricidad estática. Previamente durante su vuelo, el dirigible había estado en un tormenta eléctrica, lo que cargo su estructura con electricidad  estatica. Este fuego se expandió rápidamente por toda la estructura, incinerándola en muy poco tiempo y provocando la muerte de 35 de las personas que se encontraban en su interior.

La principal causa del accidente es el hidrogeno que se hallaba en el interior del dirigible. Como previamente dijimos, para elevar un zeppelín se necesitan elementos menos densos que el aire, tales como el hidrogeno. Sin embargo, dichos gases son altamente inflamables por lo que estos dirigibles eran altamente peligrosos si entraban en contacto con el fuego. Otro factor clave fue el revestimiento y la estructura con la que estaba hecha el globo, pues se pensaba en una estructura ligera y se pensó muy poco en su contacto con fuego. El revestimiento del zeppelín estaba basado en nitrato de celulosa(que es pólvora) y que estaba impermealizado para resistir las duras condiciones exteriores del zeppelín. Además, estaba protegido por capas de oxido de hierro y polvo de aluminio, denominados como termita, y que es altamente explosiva y inflamable y ayuda a la expansión de fuego. Juntos todos ellos, fueron una combinación letal.