Gas de elevación

El gas portador es un gas que se utiliza como relleno para aeronaves y globos de gas . Tiene una densidad más baja que el aire circundante del avión . Esto da como resultado una flotabilidad estática según el principio de Arquímedes .

Los gases portadores más importantes son el hidrógeno , el helio y el aire caliente .

descripción

Para ello se pueden utilizar gases de menor densidad que el aire (aprox. 1.293 kg / m ³ en condiciones normales ). Desde un punto de vista físico, el hidrógeno es ideal para esto como el más ligero de todos los elementos con una masa atómica de solamente ~ 1,0 U, masa molecular H ₂ de 2u y una densidad de sólo 0,0899 kg / m ³ . Dado que este gas también es relativamente fácil y barato de producir, fue predominante como pozo de extracción de gas en el siglo XX. Sin embargo, el hidrógeno es altamente inflamable e incluso explosivo cuando se mezcla con oxígeno , por ejemplo, del aire ( oxihidrógeno ). Debido a estas desventajas, fue desplazado gradualmente por el helio, gas noble inerte , tan pronto como pudo producirse en cantidades suficientes. Antes de la Segunda Guerra Mundial, sin embargo, solo Estados Unidos podía hacer esto . En el deporte con globos , sin embargo, solo se sigue utilizando hidrógeno para los globos de gas, ya que un relleno de helio sería demasiado caro.

El helio, el segundo elemento más ligero, tiene cuatro veces la masa atómica con ~ 4.0 u, pero como existe como gas noble en forma de átomos y no de moléculas diatómicas, tiene solo un doble, según la ley de Avogadro , 0.1785 kg / m ³ una densidad tan grande como el hidrógeno. Dado que no es la densidad absoluta sino la diferencia con la densidad del aire lo que es decisivo para la flotabilidad, un relleno de helio genera solo un 8% menos de flotabilidad que un relleno de hidrógeno.

Tanto el helio como el hidrógeno tienen la propiedad de difundirse a través de muchas sustancias (envoltura del globo) . También puede suceder que haya que liberar gas para compensar la flotabilidad . En el caso de globos o dirigibles constantemente llenos, una pequeña parte del gas debe reemplazarse a intervalos regulares.

Con un metro cúbico de hidrógeno se puede generar una sustentación estática de 1,203 kg, con un metro cúbico de helio se puede generar una sustentación de 1,1145 kg; sin embargo, estos valores solo se aplican en condiciones normales . A cierta altitud hay una presión de aire más baja (consulte la fórmula de altura barométrica ), lo que requiere un volumen de gas de elevación mayor (pero con la misma masa de gas de elevación) para la misma flotabilidad.

Los valores dados dan como resultado una regla general generosa: para levantar una masa de un kilogramo con la flotabilidad del globo, se requiere alrededor de un metro cúbico de gas de elevación, que corresponde a un gramo de un litro .

En el pasado, el gas de iluminación barato y fácilmente disponible también se utilizaba como gas de elevación. Además de la desventaja de una flotabilidad significativamente menor, hubo que aceptar el peligro de incendio y la toxicidad. Dado que el suministro público de gas se cambió a gas natural , ya no hay gas de carbón disponible.

Por encima de 100 ° C, el vapor sobrecalentado también está disponible como gas de elevación, que (masa molecular = 18) genera aproximadamente el doble de elevación por volumen de gas que el aire de la misma temperatura y, por lo tanto, casi tres cuartas partes de la del helio o el hidrógeno. En 2006, se presentó en Alemania el modelo a escala de un globo de vapor caliente, el aerostato de vapor caliente HeiDAS UH. A una temperatura de vapor de 150 ° C, se logró una elevación de 735 gramos / metro cúbico. El precio de este servicio se paga con materiales inusuales, porque el material de la carcasa es resistente al vapor como el acero inoxidable, pero ligero como el plástico. El vapor de agua es el gas de elevación no inflamable más eficaz, que no se ve amenazado por la escasez de recursos.

Dado que los depósitos de helio son limitados y el gas se está volviendo cada vez más escaso y caro debido al aumento del consumo, la tecnología de globos y dirigibles ha cambiado para mezclar hidrógeno y helio en una cierta proporción de volumen. Esta mezcla de gases tiene entonces una mayor capacidad de carga que el helio solo, pero es más barata y, por otro lado, no es reactiva ni inflamable (inerte) en contraste con el hidrógeno.