Balões de Ar Quente: Dos Irmãos Montgolfier ao Voo Moderno

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Contexto

Um balão de ar quente consiste em um envelope não poroso feito de tecido fino e de alta resistência, preenchido com um gás de elevação. O envelope sobe porque o ar aquecido em seu interior desloca o ar mais frio ao redor, criando uma força de empuxo ascendente igual ao peso do ar deslocado.

Historicamente, envelopes eram feitos de papel, borracha e vários tecidos. Hoje, as formas mais comuns são esferas, esferoides achatados e formas aerodinâmicas alongadas. Os principais gases de elevação usados são hélio, hidrogênio e ar aquecido.

História

No final do século XVIII, os irmãos Montgolfier foram pioneiros no balonismo de ar quente na França. Após descobrirem que ar aquecido em um saco leve podia elevá-lo, demonstraram sua invenção em 1783, primeiro em Annonay e depois em Versalhes com uma ovelha, um galo e um pato como passageiros.

O primeiro voo tripulado ocorreu em 21 de novembro de 1783, em Paris. Pilâtre de Rozier e o Marquês François Laurent d'Arlandes subiram em um balão de papel e linho alimentado por fumaça e ar aquecido.

Ao longo do século XIX, balões foram empregados em guerras para reconhecimento e em tempos de paz para fotografia aérea. Embora oferecessem plataformas de observação valiosas, os primeiros balões não eram dirigíveis. Experimentos científicos sérios só ganharam impulso no final do século XX.

Entre 1934 e 1961, voos tripulados de balão exploraram a estratosfera (9,7–24,14 km). Cápsulas pressurizadas permitiram que tripulações atingissem altitudes de até 30 km. O advento do voo espacial em 1961 tornou muitas dessas missões obsoletas.

Desde os anos 1960, balões de ar quente evoluíram para um esporte recreativo. Vendas ao consumidor dispararam nos anos 1970, e os primeiros Campeonatos Mundiais foram realizados nos EUA em 1973. Hoje, balonistas no mundo todo buscam voos recordistas e participam de várias competições.

Outros tipos de balões em uso hoje incluem meteorológicos, de pressão zero, superpressão, militares amarrados e balões motorizados.

Balonismo moderno de ar quente

Balões contemporâneos compreendem um envelope e um cesto. O envelope é tipicamente esférico e feito de material não extensível. Ar aquecido é fornecido por um queimador a hidrocarboneto montado acima do cesto.

O cesto, ou gôndola, transporta passageiros. A elevação é gerenciada ajustando a intensidade da chama do queimador. Uma válvula no topo do balão, equipada com uma corda, permite que passageiros controlem a descida. Um cordão de rasgo e painel de rasgo permitem ventilação rápida de gás durante o pouso para reduzir o arrasto de impacto.

Limites práticos de altitude para balões recreativos são cerca de 55 km.

A inflação de um balão para quatro pessoas geralmente envolve uma equipe de quatro a cinco pessoas. O cesto é deitado de lado, o envelope é estendido no solo, e um ventilador pré-infla o balão com ar frio. O piloto então entra no envelope para realizar verificações pré-voo em rigging, polias, abas de velcro, cabos de voo, paraquedas e tecido do envelope.

Uma vez aceso o queimador, uma rajada de ar enche o envelope em cerca de 60 segundos, preenchendo um balão de 6.096 m³. O envelope sobe, e a equipe estabiliza a coroa contra o vento. Após a inflação, piloto e passageiros fazem verificações finais antes que o balão fique "leve" e pronto para decolagem.

Matérias-Primas

Envelope

Envelopes equilibram sua carga usando fitas ou cordas de carga. Fabricantes americanos favorecem tecidos mais pesados com fitas de carga, enquanto construtores europeus optam por tecidos mais leves e mais estruturas de fita.

O tecido é tecido de nylon ou Dacron (poliéster). Nylon é mais leve e resistente; Dacron tolera temperaturas mais altas. A trama é uma malha que permite fluxo de ar. Resistência à tração típica varia de 18,2–45,4 kg por tira de 2,5 cm de largura.

Para tornar o envelope hermético, o tecido é revestido com poliuretano, frequentemente aprimorado com neoprene, silicone e inibidor UV. O número de camadas equilibra estanqueidade com fragilidade do material.

Componentes-chave do envelope incluem um paraquedas e um painel de rasgo, ambos críticos para descida controlada. O paraquedas é um dispositivo de segurança feito de tecido de envelope. O painel de rasgo, selado com velcro, possui uma ventilação secundária para segurança adicional.

Uma rede suporta o cesto, distribuindo seu peso uniformemente pelo balão.

Cesto

O corpo do cesto é tipicamente tecido de vime e salgueiro, com piso de compensado. Bordas são revestidas em couro, camurça ou couro cru. Fios de aço inoxidável e suportes rígidos conectam o cesto à estrutura do queimador. Alguns designs suspendem o cesto de um anel de carga preso ao envelope, que também serve como ponto de montagem do queimador.

Queimador

O queimador é um sistema único de propano alimentado por dois ou mais tanques de combustível. Um acoplamento de mangueira permanente liga os tanques ao queimador. Os componentes do queimador incluem uma válvula de líquido que regula o fluxo de combustível, um manômetro indicando potência disponível, e uma luz piloto que vaporiza propano. Bobinas de vaporização de aço inoxidável convertem o vapor em chama com base larga e ponta longa.

Design

Envelope

O design do envelope foca em reduzir tensão no tecido usando gores levemente curvados — os painéis seccionais costurados juntos. Gores curvados são mais longos no centro que nas extremidades. Três orientações principais de gore existem: vertical, horizontal e diagonal. Gores diagonais são os mais econômicos, minimizando desperdício de tecido. Muitos gores são projetados por computador.

Dois formatos dominantes são o envelope em forma de gota e o redondo. Envelopes em gota sobem mais rápido e usam menos energia, enquanto envelopes redondos usam menos tecido, reduzindo área de superfície e demanda de aquecimento. Um envelope típico dura cerca de 400 horas de voo.

Cesto

Cestos permaneceram praticamente inalterados desde os anos 1700, mantendo construções quadradas de vime que flexionam no impacto. Nos anos 1970, alguns fabricantes experimentaram gôndolas de alumínio e fibra de vidro, mas eram propensos a quebrar em pousos duros. Uma inovação posterior introduziu um cesto triangular, permitindo novos arranjos de painel de instrumentos. Cestos tipicamente duram cerca de 800 horas de voo.

O Processo de Fabricação

Envelope

• A construção do envelope começa costurando gores juntos. Seja à mão ou por máquina industrial, fabricantes empregam uma costura de sobreposição dupla com aproximadamente oito pontos por polegada (3 por cm). Alguns usam costura chata ou ziguezague, mas a sobreposição dupla oferece resistência e leveza superiores. Fitas e cordas de carga também são costuradas nesta etapa.
• Após a costura, o envelope é revestido. Revestimentos são aplicados mecanicamente sob pressão.
• Para fins publicitários, um aplique — como slogan ou logotipo — é anexado. Isso pode ser feito com tinta spray acrílica, letras adesivas, ou costurado diretamente nos gores para arte maior.

Cesto

• Cestos são construídos da base para cima. Uma base de compensado com trilhos suporta uma estrutura de cana até 2,5 cm de espessura. Fios de aço inoxidável e estruturas de carga cercam a estrutura. Vime ou salgueiro é tecido ao redor da estrutura, deixando furos para cintas de cilindros. O cesto finalizado é envernizado para preservar forma, e couro cru, couro ou camurça protege as bordas. Painéis de instrumentos e tanques de propano são integrados durante a construção.

Queimador

• Fabricantes frequentemente terceirizam componentes do queimador, montando-os entre o cesto e o envelope após as outras partes estarem concluídas.

O Futuro

Inovações contínuas visam permitir que balões subam mais alto, operem por mais tempo e ofereçam maior controle. A maioria dos avanços foca em melhorar a eficiência do queimador e refinar sistemas de desinflação, prometendo uma nova era de voo de balão de alta altitude e longa duração.