Saída de Campo

Na passada sexta-feira dia 11 de Março, fomos a Coimbra falar com o professor João Carlos do

Departamento de Física da Universidade de Coimbra, que nos auxiliou no desenvolvimento da construção do nosso balão.

Desta saída de campo conseguimos desenvolver um modelo de construção mais definido, o qual consiste em criar uma estrutura em arame que suporta todo o envelope do balão e permite o uso de uma fonte de energia com temperaturas superiores ás anteriormente usadas.

Para além disso ainda realizamos uma visita ao Museu da Ciência da Universidade de Coimbra, no qual existe um

balão de ar quente. Desta visita descobrimos mais um material do qual é possível criar o envelope do balão

(mylar), o mesmo material nos lençóis isotérmico descartáveis que os bombeiros usam, sendo este material muito

leve e que suporta temperaturas mais elevadas, tornando-se assim ideal para o uso no nosso envelope do balão.

Elaborado por Afonso Rodrigues

Cesto do balão

Para o cesto do nosso balão, decidimos usar madeira de bálsamo.

Esta decisão foi influenciada com base no facto de ter um valor de massa inferior.

Na construção do balão-de-ar-quente, temos que ter em conta a massa do mesmo, visto que, ao possuir uma massa pouco significativa, o balão apresentará maior facilidade em levantar quando sujeito a uma fonte de calor. Assim, concluímos que a madeira de bálsamo é o material indicado para a construção do cesto, com vista a reduzir ao máximo a massa do balão.

"RipStop"

Outro material possível para a construção é o "Ripstop" nylon, um material muito resistente e dificilmente desfiado. O "Ripstop '' é usado no fabrico de tendas, papagaios e velas (para barcos).

O "Ripstop" é feito de diferentes materiais. Também existe "Ripstop" de vários pesos sendo que o mais leve pesa cerca de 45g/m2 sendo razoavelmente leve.

Também combinamos uma saída de campo a Coimbra para falar com um professor universitário.

Nestas últimas duas aulas têm decorrido várias experiências no âmbito do nosso projecto. Procedemos à construção de várias réplicas do nosso balão final mas estas experiências não têm tido os resultados esperados com vários problemas não só no corte do papel mas também na própria ascensão dos experimentos.

Esperamos que nas próximas tentativas consigamos ter os resultados previstos.

João Pinheiro

Na aula de hoje fizemos mais um balão de ar quente em pequenas dimensões, mas ao experimentamos a introduzir ar quente no seu interior através de uma chama, o envelope do qual era feito o balão entrou em combustão, pelo que chegamos rapidamente à conclusão que este não poderia ser o material correcto que deveremos usar no nosso projecto.

Também estudamos o comportamento de outros materiais que tínhamos em mente a usar para o envelope do nosso balão, e também sem sucesso, pois todos apresentavam comportamento de pré-combustão perante temperaturas elevadas.

Existem mais ideias que iremos por em prática para ultrapassar este obstáculo.

Afonso Rodrigues

Peso do balão

Um balão médio, quando aquecido, possui um volume de 5.000 m³ (volume V) e consegue levantar uma carga bruta cerca de 1.300 kg. Nestas condições, o peso do balão é toda a massa que ele carrega (a carga bruta mais a massa de ar que está no seu interior) multiplicada pela aceleração da gravidade: P_balão = (M_bruta+M_ar)·g.

Como foi visto no Princípio de Arquimedes, a massa do ar é o produto de sua densidade pelo volume que ele ocupa:

M_ar = d_ar·V.

O problema é encontrar a densidade do ar, já que ela depende da temperatura e da pressão.

Construção-o inicio

Esta semana já preparamos os cálculos para começar a construção do balão na próxima semana.

Encomendamos o material necessário para a construção do envelope e do cesto.

Também começamos a criação de um balão-de-ar-quente no programa AutoCAD

Materiais

Depois de umas férias de Natal que tanto foram de descanso mas também de trabalho, voltámos a concentrarmo-nos, mais intensamente, no nosso projecto.

A nossa investigação concentrou-se na busca de os melhores materiais para o envelope do balão-de-ar-quente. Para que este seja o melhor possível o material que o compõe não pode ser inflamável por isso pensámos em usar papel de seda com uma resina anti-inflamável para que este não arda quando queimador entrar em funcionamento

João Pinheiro

Materiais

Cálculos de grandezas associadas ao balão

Para elevarmos o nosso balão necessitamos de estudar algumas variáveis que afectam o balão enquanto este voa, tais como a:

• densidade do ar quente a (~100ºC)
• peso balão (peso do cesto, peso do envelope, peso do queimador)
• volume de ar a usar para que o balão se possa elevar
• raio e altura do balão

Com pesquisas realizadas na Internet encontramos que em média é necessário metro cúbico para elevar 270g, quando o ar dentro do balão é e 100ºC.

Calculamos "por alto" o volume necessário que necessitamos para fazer elevar o nosso balão com um peso de aproximadamente 540g, como tal necessitamos de (~2.5 metros cúbicos).

Ainda realizamos outros cálculos com a ajuda do professor de física, do qual obtemos uma fórmula a partir da qual podemos concluir o volume real que o nosso balão necessita para elevar o peso que desejamos.

Afonso Rodrigues

Queimadores ou maçaricos

Para aquecer o ar dentro do envelope do balão necessitamos de um dispositivo para o aquecer, o queimador, este faz com que o balão não perca altitude, mantendo o ar no seu interior a uma temperatura constante. Os queimadores são então responsáveis pela força propulsora do balão-de-ar-quente.

Designa-se por força motriz, a força que resulta da acção do aquecimento do ar do envelope do balão, dando ao piloto a capacidade de descolar e controlar o balão no eixo vertical para cima e para baixo. Construídos em aço inox para evitar a corrosão das altas temperaturas, podem ser simples, duplos, triplos ou quádruplos dependendo do tamanho e da quantidade de ar que o envelope do balão acomoda.

O gás utilizado é o propano, podendo ser utilizados outros gases com maior ou menor poder calorífero.

André Santos

Impulsão

Neste post vou explicar a impulsão.

A impulsão é uma força que se faz sentir sempre que um corpo está totalmente ou parcialmente imerso num fluido (gás ou liquido)

Qualquer corpo em contacto com o ar também sofre impulsão, mas como a densidade do ar é muito pequena, o valor dessa impulsão também é baixo.

Mas no caso de um balão de ar quente é diferente.

O volume do balão é grande para que o peso do ar deslocado seja grande e consiga igualar o peso do balão. O ar quente dentro do balão é mais leve que o ar frio que foi deslocado, por isso a impulsão é maior que o peso do ar do balão permitindo que ele suba.

História do balonismo

A ideia básica que está por de trás dos balões de ar quente já existe há muito tempo. Arquimedes, um dos maiores matemáticos da Grécia Antiga, descobriu o princípio da flutuabilidade há mais de 2 mil anos atrás, e concebeu que as máquinas voadoras eram suspensas por uma força.

Em 1709 o padre Bartolomeu de Gusmão, de origem brasileira, fez as primeiras experiências com um balão de ar quente em Portugal, contudo as suas experiências não tiveram seguimento. Foi preciso esperar por 1783, quando se realizaram os primeiros voos com sucesso, em Paris, pelos balões de ar quente projectados pelos irmãos Montgolfier, Joseph e Jacques.

Actualmente servem para divertimento e como meio de observação meteorológica, de infravermelhos, raios gama e ultravioletas.

A primeira travessia transatlântica em balão foi realizada entre 11 e 17 de Agosto de 1978 por uma tripulação norte-americana. Em Março de 1999, o suíço Bertrand Piccard e o britânico Brian Jones completaram a primeira volta ao mundo a bordo do Breitling Orbiter III.

João Pinheiro

O que precisamos de saber ?

Esta aula enriquecemos mais um pouco o nosso conhecimento acerca das forças e grandezas físicas que estão directamente e indirectamente relacionadas com a realização do nosso projecto, isto é, que dimensões terá o nosso balão para que possa elevar o peso que queremos no cesto…

Como tal necessitamos de ter em conta as seguintes variantes, das quais pesquisamos e tentamos perceber o relacionamento entre elas.

Toda esta avaliação tem como objectivo projectar todo o nosso esboço no papel, para que a cada circunstância que estudamos podermos acreditar que é realmente credível seguir o “caminho traçado” com as bases propostas definidas no inicio da projecção do mesmo projecto.

Podemos então concluir que devemos recorrer a expressões e suas respectivas grandezas tais como:

- impulsão;

- variação da densidade do ar (exterior e interior);

- peso/massa do balão;

- temperatura do ar no interior do balão;

- resistência do ar;

- entre outras ainda em pesquisa….etc..

Afonso Rodrigues

Introdução ao Funcionamento de um balão de ar quente

Os balões de ar quente são baseados num princípio muito simples de convecção em que o ar mais quente sobe e o ar frio desce, o ar quente é menos denso que o ar frio, porque este tem menos massa por volume. Para o balão subir necessita de uma impulsão que é provocada pelos queimadores

André Santos

Apresentação do Grupo

Boa tarde a todos,

No âmbito da área curricular não disciplinar de Área de Projecto, criámos este blogue, para promover a divulgação do nosso projecto ao longo do ano lectivo.
Como tal compromete-mo-nos a actualizar semanalmente este blogue com vista a proporcionar o desenvolvimento do nosso trabalho.

O Grupo: Afonso Rodrigues, André Santos, João Pinheiro, Samuel Pires.