Un globo es conceptualmente la más simple de todas las máquinas voladoras. Fue por eso la primera tecnología que nos permitió conquistar los cielos de manera exitosa y explorar esa frontera donde yacen fuerzas invisibles. Su historia estuvo llena de retos y aventuras así que seguinos para adentrarnos al mundo más liviano que el aire.
El globo flota debido a una fuerza llamada empuje hidrostático. Esta fuerza actúa sobre los objetos cuando están sumergidos en algún fluido, como puede ser el agua o el aire, y se describe en el principio de Arquímedes.
En aeronáutica, un globo es un aeróstato, es decir un dispositivo para volar (aeronave) menos denso que el aire circundante. Esto le confiere la característica de flotabilidad. A diferencia de los aerodinos (aviones, planeadores) que son más densos que el aire, un globo se mueve libremente con el viento. No posee propulsión ya que no la precisa porque no produce sustentación.
Hay 3 tipos principales de globos de vuelo libre que se diferencian por la forma de obtener su flotabilidad:
Los globos de aire caliente o MONTGOLFIER obtienen su flotabilidad calentando el aire del interior del globo por medio de un quemador. Para alimentar el quemador se usan tanques de gas propano que se llevan a bordo.
Control vertical para un globo de aire caliente. Ascenso: calentar el aire de la envoltura con el quemador. Descenso: esperar que el aire dentro de la envoltura se enfríe.
Los globos de gas o CHARLIERE obtienen su flotabilidad llenando su envoltura con un gas de menor peso molecular que el del aire como ser Hidrógeno o Helio. Antiguamente se utilizaba Gas de coque empleado para alumbrado público. Este gas se obtenía por destilación de la hulla o carbón mineral, y consistía en una mezcla principalmente compuesta de Hidrogeno, Metano y Monóxido de Carbono.
Control vertical para un globo de gas. Ascenso: liberar lastre (arena o agua) o esperar horas más cálidas para que el gas se caliente y se expanda. Descenso: expulsar gas por la parte superior de la envoltura o esperar horas más frescas para que el gas se enfríe y se contraiga.
Por último, el globo Hibrido o ROZIÈRE tiene una cámara de aire caliente y dos cámaras de gas Helio separadas. Para calentar la cámara de aire caliente se consume mucho menos combustible que un globo Montgolfier (por ser más pequeña) permitiendo tiempos de vuelo muy largos, de varios días o incluso semanas. Por eso se utiliza para batir récords de larga distancia y permanencia, como las circunnavegaciones alrededor del mundo.
Descripción del Globo hibrido o Rozière
Existen también los Dirigibles, que si bien son globos de gas, no son de vuelo libre llevados solo por el viento ya que, como su nombre lo indica, son propulsados por hélices a motor y pueden ser maniobrados como una aeronave. Los dirigibles surgieron como intento de hacer a los globos aerostáticos más gobernables y en el sentido de lograr un medio de transporte aéreo controlado a voluntad. Tuvieron auge a partir de su uso en la Primera Guerra Mundial (1914-1918) y se desarrollaron durante las dos décadas posteriores, principalmente en Alemania, llegando a hacer viajes con pasajeros entre Europa y los Estados Unidos. El uso de estos aparatos finalizó con la tragedia ocurrida al dirigible Hindenburg el 6 de Mayo de 1937, que se incendió al aterrizar en el campo de Nueva Jersey luego de cruzar el Océano Atlántico y donde murieron 36 de las 97 personas que iban a bordo. Este accidente sepultó la confianza en los dirigibles como medio de transporte y marcó el final del uso de aeronaves rígidas y más livianas que el aire, en el transporte aéreo comercial.
El Hindenburg en llamas en la estación aérea naval de Lakehurst, Nueva Jersey, 6 de mayo de 1937. Fotografia de la Marina de los Estados Unidos.
Como se puede observar, el único control que tienen los globos es el vertical (ascenso y descenso). Es posible un cierto grado de control direccional (adelante, atrás y a los costados) buscando la altitud adecuada para encontrar direcciones de viento favorables.
Principales similitudes y diferencias entre globos de aire caliente y de gas.
En cuanto a su capacidad de elevación, un globo puede levantar la diferencia entre el peso del globo (incluyendo el aire o gas dentro de la envoltura) y el peso del aire atmosférico que desplaza. Este resultado es el empuje neto, que depende de la diferencia entre la densidad adentro del globo y la densidad del aire atmosférico circundante y del volumen de la envoltura.
Aquí debemos hacer una importante aclaración. Hemos mencionado el peso que puede levantar un globo cuando en realidad deberíamos haberlo expresado como la masa que puede levantar. El peso de un objeto es la fuerza que resulta de la acción de la aceleración de gravedad sobre la masa de dicho objeto.
Otro punto a tener en cuenta es que la densidad del aire disminuye con el aumento de temperatura. Es por eso que en un día caluroso un globo levanta menos peso (y se eleva menos) que en un día frío, haciendo que el momento ideal para que los globos vuelen es por la mañana, cuando las temperaturas son más frescas y los vientos más bajos. Por ejemplo, un globo de 5 m³ de volumen lleno de aire caliente a 100 °C, con una temperatura ambiente de 30 °C puede levantar una masa de 1 kg. En cambio, si la temperatura ambiente es de 10 °C, podrá levantar 1,5 kg.
En comparación, si el mismo globo se llena con Hidrógeno a la misma temperatura que el ambiente exterior de 30 °C, ¡podrá levantar 5,4 kg! (el Hidrógeno es un gas extremadamente liviano, ya que tiene un peso molecular de 2, mientras que el aire, compuesto principalmente por un 79% de Nitrógeno y 21% de Oxígeno, tiene un peso molecular promedio de 28,84).
La cantidad precisa depende también de la altitud sobre el nivel del mar (la densidad del aire atmosférico disminuye a medida que el globo asciende) y la humedad del aire.
Por eso los globos de gas son más chicos y pueden permanecer en el aire mucho más tiempo que los de aire caliente. Sin embargo, no es posible rellenarlo durante el viaje y su flotabilidad es afectada por las corrientes térmicas y las sombras de las nubes. Cuanto más lastre se pueda llevar, mayor será la duración del vuelo.
Como la envoltura de los globos de aire caliente suele fabricarse de nylon o poliéster, recubierto con silicona o poliuretano para hacerlo impermeable, la temperatura interna máxima es de aproximadamente 120 °C.
Los globos varían mucho en tamaño: desde los unipersonales sin cesta con una envoltura de tan sólo 600 m3 (unos 10 m de diámetro), hasta los utilizados en turismo con envolturas de hasta 17.000 m3. El volumen más común para globos de aire caliente es de unos 2.800 m3 y de 1.000 m3 para globos de gas, que representan globos con un diámetro de aproximadamente 17,5 y 12,5 m, respectivamente.
Un poco de historia
El inventor y general chino Zhuge Liang, en la era de los Tres Reinos (AD 220-280) usaba linternas voladoras, conocidas como Kongming, para señalización militar y aviso. Construidas con papel, funcionaban igual que un globo de aire caliente y hoy en día es común observarlas cuando algunas personas las hacen volar en los festejos de las fiestas de fin de año.
El primer vuelo en globo documentado en Europa fue realizado por el sacerdote jesuita luso-brasilero Bartolomeu de Gusmão. El 8 de agosto de 1709, en Lisboa, consiguió levantar hasta 4 m un pequeño globo de papel lleno de aire caliente ante el rey Juan V y la corte portuguesa. También ideó un artilugio volante que llamó “Passarola” pero nunca se construyó.
Izquierda: linternas chinas. Derecha: el sacerdote jesuita Bartolomeu de Gusmão demuestra el vuelo de un pequeño globo de papel frente a la corte portuguesa.
Primer globo de aire caliente
Los hermanos Joseph-Michel y Jacques-Etienne Montgolfier procedían de una familia de fabricantes de papel de Annonay (Francia). Absortos en el hogar a leña, notaron que cierta fuerza conducía las cenizas hacia la chimenea ¿No podría usarse esa misma fuerza para elevar cosas al aire?
El 14 de diciembre de 1782 hicieron su primer vuelo de prueba. Tomaron una caja de madera muy delgada y cubrieron los lados y la parte superior con tela. Encendieron lana y heno debajo. El artefacto rápidamente se elevó y se alejó fuera de control volando casi 2 km hasta aterrizar.
Para reclamar su invención, construyeron un globo de tela de casi 790 m³ (unos 14 m de diámetro) con cuatro piezas unidas mediante botones. El 4 de junio de 1783, lo lanzaron frente a una multitud en el mercado de Annonay. Recorrió una distancia de 2 km en 10 min y llegó una altitud estimada de casi 2 km. Fue la primera demostración pública de un vuelo no tripulado en globo de aire caliente.
El primer globo de gas
Ese mismo año Jacques Charles, un inventor y científico francés (conocido por descubrir la ley que relaciona el volumen de los gases perfectos o ideales con la temperatura, que hoy lleva su nombre), concibió la idea de que un globo inflado con hidrógeno (gas descubierto 17 años antes por Henry Cavendish) podría elevarse. Una vez diseñado se lo encomendó a los hermanos Anne-Jean y Nicolas-Louis Robert, conocidos como “Les Robert”, para construirlo.
En su taller de la Plaza de las Victorias de París, “Les Robert” cosieron paneles de seda roja y blanca y los recubrieron con caucho. Construyeron así una envoltura liviana y hermética de 35 m3 (unos 4 m de diámetro). Paso seguido, vertieron ácido sulfúrico sobre 500 kg de chatarra de hierro, para producir gas hidrógeno (uno de los productos que se obtiene en la reacción química entre un ácido fuerte y un metal) que inyectaron en el globo a través de tuberías de plomo. La multitud que se congregó para ver el proceso fue tan grande que decidieron trasladar el globo hasta el Campo de Marte (donde actualmente se encuentra la Torre Eiffel).
Finalmente, el 27 de agosto de 1783, Jacques Charles y Les Robert, frente a una enorme multitud, lanzaron el primer globo de gas al mundo. Luego de volar durante 45 min aterrizó a 21 km de distancia en el pueblo de Gonesse donde los campesinos locales, supuestamente aterrorizados, lo destruyeron con horquillas y cuchillos.
El primer vuelo tripulado
Mientras tanto los hermanos Montgolfier construyeron un globo de aire caliente con una envoltura de 1.060 m3 recubierta con un barniz de alumbre ignífugo. El 19 de septiembre de 1783, en el Palacio Real de Versalles, despegó con los primeros pilotos de la historia, una oveja, un pato y un gallo, ante el rey Luis XVI, la reina María Antonieta y una multitud. El vuelo duró 8 min, cubrió 3 km y llegó a una altitud de 460 m. Como los animales sobrevivieron, el rey permitió vuelos con humanos.
Para lo cual construyeron un globo de 1.700 m3 (unos 15 m de diámetro). Jean-François Pilâtre de Rozier, profesor de química y física y François Laurent, marqués de Arlandes, un oficial militar, se ofrecieron como voluntarios. El 21 de noviembre partió desde el Château de la Muette, al oeste de París, el primer vuelo libre, tripulado por humanos, de la historia. El calor, controlable y reponible por los globeros, se realizaba con brasas suspendidas en una cesta de hierro bajo el cuello del globo. Después de 25 min, el globo aterrizó entre molinos de viento a 9 km de distancia.
El 21 de noviembre de 1783 se realizó el primer vuelo libre tripulado por humanos de la historia, cuando Jean-François Pilâtre de Rozier y François Laurent marqués de Arlandes se remontaron por el aire a bordo de un globo Montgolfier.
Años después, Pilâtre de Rozier falleció durante un intento de cruzar el Canal de la Mancha cuando su globo, lleno de una combinación de hidrógeno y aire caliente, explotó. Cuando al hidrógeno, mezclado con oxígeno o aire, se expone frente a un iniciador, como una chispa o calor, entra en combustión (se quema). Así el primer piloto humano fue también la primera víctima del viaje en globo.
El primer vuelo tripulado de un globo de hidrógeno
Sólo unos días más tarde, el 1 de diciembre de 1783, desde el Jardín de las Tullerías de París y en medio de una gran multitud, partiría el primer vuelo tripulado de un globo de hidrógeno. El globo estaba sujetado con cuerdas al suelo y tenía su envoltura, de 380 m3, cubierta con una red de la que se suspendía la cesta. A bordo de ella se encontraban Jacques Charles y Nicolas-Louis Robert como copiloto. Contaban con un lastre de arena para controlar la altitud y una válvula de liberación. Una vez suelto, ascendieron a una altura de unos 550 m y, después de un vuelo de 2 h y 5 min, aterrizaron a 36 km en Nesles-la-Vallée.
Como el globo había perdido gran parte de su hidrógeno Robert bajó para dejar que Charles hiciera un segundo vuelo, en lo que sería el primer vuelo libre en solitario de la historia. El globo ascendió a una velocidad aterradora hasta que se estabilizó a unos 3 km de altura. Empezó a sufrir de dolor en los oídos, por lo que liberó el gas restante y descendió aterrizando suavemente a unos 3 km de distancia en Tour du Lay.
El 1 de diciembre de 1783 se realizó el primer vuelo tripulado en un globo de gas, con Jacques Charles y Nicolas-Louis Robert como copiloto.
Aproximadamente 400.000 espectadores presenciaron el lanzamiento entre los que se encontraban Benjamin Franklin y Joseph Montgolfier, como invitado de honor. Se acuñó el término Charlière para referirse a los globos de gas en honor a Jacques Charles, quien a diferencia de los hermanos Robert, nunca más volvió a volar.
A partir de allí el globo de gas fue la mejor manera de despegar de la tierra hasta la aparición de los primeros aeroplanos. Llenos de hidrógeno o gas de coque, llegaban más alto, más lejos y de manera más económica que los globos de aire caliente. Se utilizaron tempranamente amarrados a tierra para observación militar y, a lo largo del siglo XIX, fueron populares como objetos de fascinación pública. Incluso, bajo el programa soviético Vega, se utilizaron para depositar sondas espaciales en la superficie de Venus, desplegándose a gran altitud sobre su atmósfera.
Recién a principios de la década de 1970, el globo de aire caliente experimentó un renacimiento gracias a los modernos tejidos sintéticos resistentes a altas temperaturas y al uso de quemadores del gas propano llevado a bordo. Pasaron a ser predominantes, siendo actualmente los más populares para la actividad comercial y turística.
Epopeyas argentinas
En nuestro país el vuelo en globo se remonta a principios del siglo XX. El ingeniero Jorge Alejandro Newbery influenciado por el brasileño Alberto Santos Dumont, el 25 de diciembre de 1907, junto con Aarón Anchorena, cruzan el Río de la Plata en el globo de gas “El Pampero”.
Siendo ya un ídolo popular y un sportsman admirado, el 1 de marzo de 1914, en una arriesgada maniobra sobre los cielos de Mendoza, pierde el control de su avión, un monoplano Morane-Saulnier, y se precipita a tierra. La congoja se abatió sobre el país. Había fallecido el más notorio aviador y pionero de la aeronáutica nacional. Esto impactó especialmente en un joven teniente primero de la escuela de aviación, Ángel Maria Zuloaga y en su instructor el subteniente Eduardo Bradley. De allí en adelante compartirían una enorme sed por desafiar las alturas y la amistad que los unió les incentivó a realizar una seguidilla de hazañas.
Izquierda. Jorge Newbery, “el príncipe de los sportsmen” (su apelativo más difundido) a bordo del Morane-Saulnier. Derecha: Angel María Zuloaga a la izquierda y Eduardo Bradley a la derecha en abril de 1916.
El 13 de abril de 1915 unieron Bernal con Canelones, Uruguay. Volaron a bordo del globo de gas “Eduardo Newbery” (llamado así en homenaje al hermano de Jorge desaparecido en vuelo con el globo “El Pampero”) que con sus 2.200 m3 fue el de mayor volumen que se haya elevado en el país. En el trayecto llegaron a 6.920 m batiendo el récord americano de altura vigente hasta esa fecha. Zuloaga luego relataría: “Quedamos absortos, ensimismados, pensando en lo infinito, en lo desconocido…en el silencio absoluto, enloquecedor y pavoroso de las alturas que hace a los instantes más sublimes. Había tanto misterio en ese cielo, donde todas las fuerzas eran invisibles, que uno marchaba hacia ellas, ávido de descubrirlas, casi rabioso por dominarlas”.
El 22 de octubre de 1915, despegaron de Bernal con el esférico “Pampero II” en procura de batir la marca de distancia. Aterrizaron en Concordia, Entre Ríos, recorriendo sólo 450 km. Sin embargo, al haber permanecido 28 horas continuas en el aire, batieron el récord nacional de permanencia en vuelo.
Con fuerzas renovadas el 29 de octubre, despegaron del Parque Aerostático de Belgrano, aprovechando las excelentes condiciones atmosféricas y la persistencia del viento pampero. Tras 11 horas de viaje a bordo del “Eduardo Newbery” aterrizaron en São Leopoldo, Rio Grande do Sul, contabilizando 900 km, batiendo el récord de distancia vigente.
Izquierda: Ángel María Zuloaga y Eduardo Bradley antes de embarcar hacia los Andes. Derecha: el esférico “Eduardo Newbery” con el que lograron gran parte de sus récords.
El 29 de febrero de 1916, Zuloaga, ya ascendido a capitán, se dirige al Ministerio de Guerra solicitando “autorización para tentar la travesía de la cordillera de Los Andes en aeróstato y en compañía del señor Eduardo Bradley”. Una vez obtenida la aprobación deciden despegar desde Chile, por la predominancia de los vientos. El 21 de junio llegaron a la capital trasandina. Trasladaron dos globos, uno para pruebas, de 1.600 m3, el “Eduardo Newbery” para el vuelo definitivo y la maquinaria necesaria para producir Hidrógeno, ya que el costo del gas importado era prohibitivo. Sin embargo, sufrieron graves reveses con la pureza del gas generado que, sumados a las malas condiciones atmosféricas, dieron paso a reproches y críticas mordaces desde Buenos Aires. Tras dos meses de ensayos, cuando la opinión pública porteña había llegado casi a la difamación, encontraron la solución, mezclar Hidrógeno con gas de alumbrado público. El resultado fue obra de la cooperación del gobierno chileno, de su pueblo y de la prensa chilena que les dispensaron apoyo constante e incondicional.
Finalmente, el 24 de junio comenzaron a inflar el globo. A las 8:30 parten desde las cercanías de Santiago. Pasados 15 min y a 6 km de altura alcanzaron el viento andino que los impulsó hacia la montaña. Emocionados advirtieron el inmaculado y blanquísimo manto de los glaciares y las nieves eternas. A las 11 de la mañana el Aconcagua, cual vigía, yacía a sus pies. Habían llegado a los 8,1 km de altura atravesado la frontera. Para eludir el fuerte aliso que soplaba arrojaron el lastre por completo. Solo les quedó el instrumental (barógrafo, altímetro y termómetro) y el tubo de oxígeno que necesitaban para respirar. Tocaron tierra al mediodía sobre el acogedor valle de Uspallata. Entraban así en la historia de la aeronáutica mundial, realizando el primer cruce de la cordillera de los Andes por aire. Pasarían casi 2 años hasta que José Luis Candelaria, atraviese los Andes volando en un avión monoplano Morane-Saulnier desde Zapala a Cunco, Chile. Sin alcanzar, empero, la altura de aquellos compañeros aventureros.
Autor
Gabriel Ferrario. Ingeniero Aeronáutico por la Universidad de Córdoba.
Fuentes
General Chemistry for Engineers. Por Jeffrey Gaffney & Nancy Marley. Elsevier, 2018.
Inventors & Inventions, Volumen 4. Marshall Cavendish, 2008.
Ángel María Zuloaga, Vida y Obra Literaria. Oscar Luis Aranda Durañona. Dirección de Estudios Históricos, 2010.
Balloon Flying Handbook. Federal Aviation Administration, 2008.
