FAQ

Me dan ido llegando mails (por cierto, gracias, sino fuese por ellos esta página no hubiese avanzado tanto) preguntádome muchas cosas interesantes. He ido recopilando fragmentos de las respuestas que he dado, las he modificado un poco, y las he colgado en esta sección para poder despejar dudas que todo el mundo pueda tener.
- Jaime Ruiz 

#1. ¿Por qué sube un globo? 
Dicho en dos palabras: porque nuestra sonda, nuestro paracaídas y todo el armatoste que vamos a fabricar (sí, todo), es más ligero que el aire.

Un globo lleno de un gas (que no sea elástico y que no ejerza presión sobre el interior) se mantiene en su tamaño por equilibrio de presiones, de modo que la presión interna es siempre igual a la externa. Por tanto, tenemos un volumen definido con el globo hinchado y cerrado. Si ese volumen es puro helio, su densidad es menor que la del fluido en la que está sumergido, el aire, por lo que provocará una fuerza vertical ascendente que hará que nuestro globo se pierda en los cielos. Por tanto, a más volumen, más empuje (puede cargar un mayor peso), y subirá más rápido.
¿Y por qué sube? Pues por lo mismo que cae una manzana: por gravedad. El aire es más pesado y se ve atraído con mayor fuerza por el planeta, por lo que desplaza a nuestro globo (¡más ligero que el aire!) hacia arriba. Este efecto se ve también cuando vemos subir las burbujas dentro del agua: el aire es menos denso que el fluido en el que se sumerge, por tanto sube.

La carga que vamos a subir, por tanto, debe ser ligera, y debe pesar siempre menos de 1kg, o deberemos llenar con más helio el globo, con lo que ello implica (menor altitud).

Los cálculos necesarios para saber cuánto helio tenemos que meter a nuestro globo se encuentran en la pestaña "Cálculos"


#2. ¿Por qué explota el globo? 
(Leer antes #1)
Mientras el globo asciende, la presión externa baja, y por equilibrio de fuerzas, la interna se iguala a la externa a base de un aumento en el volumen. Así, el globo va subiendo y subiendo, la presión (interna y externa) bajando, y el volumen incrementando. Llega el punto en el que el globo ya no puede estirarse más, pero la presión externa sigue bajando, y la interna ya no varía. Cuando ya no puede con tal diferencia de presiones, explota.

Es decir, que cuanto menos llenemos el globo al principio, menor volumen tendrá para igualar presiones, por tanto permites un mayor incremento de volumen. Esto se ve muy fácil con un ejemplo: si inflas mucho el globo, tiene mucha fuerza (sube muy rápido), pero a poco que sube llega a su volumen máximo antes y explota muy pronto. Si inflas lo mínimo el globo, tiene poca fuerza (sube despacio), pero tarda más en alcanzar su volumen máximo, y sube mucho más alto.

De la misma manera, un globo grande que pueda llegar a estirarse más tendrá un volumen máximo mayor, así que llegará más alto. También conseguimos elevar la altitud máxima cuanto menos llenemos el globo inicialmente. La NASA, para enviar globos a 40km de altura, lanza unos globos gigantescos que en tierra están casi totalmente desinflados.
Sin embargo un globo pequeño, el típico de feria lleno helio, alcanzará muy poca altura, ya que su volumen máximo es muy reducido (el propio tamaño del globo, ya que no se estira), y a la mínima bajada de presión lo hará explotar.


#3. ¿Puedo subir una sonda con varios globos más pequeños en vez de con uno grande? 
(Leer antes #1 y #2) 
Sí, pero no subirá a la misma altura, ya que como hemos visto en #2, a menor tamaño del globo, menor volumen máximo individual, por lo que explota antes.
A parte surge un problema bonito de resolver, pero nada que no se pueda solucionar.
Cuando tenemos un sólo globo, lo que realmente importa es el volumen máximo que puede llegar a alcanzar y su grosor, de modo que cuánto más volumen máximo permitido, más sube; y cuánto más grosor, más puede permanecer a máximo volumen sin explotar, y por tanto también sube más.
¿Se puede hacer con globos más pequeños? Sí, pero no por añadir más globos va a subir más alto. El punto de máxima altitud será aquel en el que el primer globo explote, da igual los que se pongan. Lo único que se gana es aumentar la carga útil y/o la velocidad de subida.

Pero el volumen de helio necesario para que suba a una determinada velocidad ya no es el mismo, ya que muchos globos pequeños pesan más que uno grande, por tanto necesitaremos más helio, lo que se traduce en más globos.

Aún así, estos globos pequeños suelen ser más finos: son de menor grosor, pero no pesan tanto, por lo que sigue siendo viable. Eso sí, al ser más finos explotarán antes, y al ser más pequeños podrán aumentar menos su volumen individual, así que la altitud máxima se verá bastante reducida.

Aquí tenemos una página web donde podemos ver los distintos tipos de globos:
http://www.yunhuanelectronics.com/Meteorological_balloons_manufactured.htm
Vemos que por ejemplo el de 1.2kg alcanza los 33.5km de altura cargando con 1kg, mientras que el de 200g alcanza 21km de altura portando 360g. Dos, tres o cuatro globos de 200g explotarán a los 21km de altura igualmente, pero podrán llevar más peso respectivamente.
Si se fijan, con sólo 2 globos de 200g ya levantamos unos 800g de peso y los llevamos hasta 21km de altura, lo que está muy muy bien.
El cálculo que hago es el siguiente: 2 globos de 200g suben 760g (lo vemos en la columna "Free Lift") x 2 = 1.520g, menos el peso de los mismos globos, = 1.120g. Si dejamos por ejemplo de margen 320g para que suba (y no se mantenga en el aire), podremos hacer una sonda de unos 800 gramos, que ya es una sonda relativamente pesada.

Ahora bien, después de todas estas cuentas (es lo más pesado de todo), viene el problema, y a lo vez lo divertido. ¿Qué ocurre si no inflamos con el mismo volumen EXACTO ambos globos (cosa que es 100% probable)? Pues que puede que explote uno antes que el otro, y eso no es bueno, ya que la deja de subir para empezar a bajar, eso sí, con un globo todavía lleno de helio. Esto significa que, en vez de bajar a 10m/s o 15m/s con el paracaídas abierto, quizás baja a 2m/s o 3m/s, por lo que tardará muchísimo en caer, y el viento arrastrará la sonda kilómetros y kilómetros. Puede que hasta 400km recorridos en horizontal. Eso si no se encuentra con una corriente de aire caliente ascendente. Por tanto, o nos aseguramos de que la explosión de un globo provoca la explosión del otro, o ideamos un mecanismo para que, una vez llegada a determinada altura, suelte la sonda de los globos (que corte la cuerda, o se desenganche, algo así). Una idea es un temporizador. También está el tema de que si llevamos juntos ambos globos, uno al lado del otro, el rozamiento cuándo estos se han hinchado unos cuantos metros no sabemos cómo actúa, y una fuga parcial en uno de los globos puede ser terrible, a la vez que gracioso sino fuese por lo que nos ha costado el proyecto.


#4. Quiero lograr un récord de altitud, ¿cómo lo consigo?
(Leer antes #1, #2 y #3)
Bien, hay que saber primero que a los 28 km se encuentra la capa de ozono y esto supone una caída de presión bestial, y a partir de aquí arañar un metro será lo que antes nos costaba kilómetros. Pero es posible.

Lo principal es consehuir el globo más grande que podamos y crear una sonda lo más ligera posible, y luego le meteremos el helio justo para que suba (muy poco) más un pequeño incremento para que no se vaya tan tan lejos horizontalmente.

Si en vez de un globo de 3kg usamos 2 de 3kg con algún mecanismo y los inflamos menos, será equivalente a reducir el peso de la sonda a la mitad. Si minimizamos aún más el peso de ésta última, podremos conseguir alturas superiores a los 40km.

Otra idea loca sería ir dejando escapar helio en las últimas etapas del vuelo, para ir bajando la presión interna y evitar que el globo rompa, maximizando así el ascenso y consiguiendo una altura récord.


#5. ¿Por qué helio y no hidrógeno? 
NO se les ocurra la loca idea de usar hidrógeno, ya sea casero o comprado. El hidrógeno es muy peligroso en grandes cantidades ya que es tremendamente volátil, y un metro cúbico de este gas puede explotar con facilidad y herir de mucha mucha seriedad a los operantes. Si manejamos cantidades como 3 o 4 metros cúbicos, se convierte prácticamente en una bomba inestable. La diferencia entre hidrógeno y helio no es la mitad (ya que la operación que hay que aplicar es una resta de densidades con la del aire), por lo que lo único que ganamos son apenas unos decímetros cúbicos. El helio, sin embargo, es totalmente seguro, no explota aunque le apliques fuego y no es en absoluto dañino.





#6. ¿Cómo protego mi instrumental de a bordo de los gélidos -65ºC que hay en la tropopausa? ¿Existe algún otro problema?
Esto nosotros lo conseguimos creando una caja lo más hermética posible: las piezas encajaban a presión, y todos los agujeros necesarios en la caja y tapa los sellábamos con silicona. Al final, rodeábamos la juntura de la tapa con la caja con una buena cantidad de cinta adhesiva. Para no tener problemas de presión y para evitar que el aire gélido del exterior entrase en nuestra sonda y fastidiase toda la electrónica, creamos todas nuestras sondas compactas, introduciendo más corcho blanco moldeado con la forma de los instrumentos, de modo que encajaban a la perfección, y así además las cámaras no vibraban. El CHASAT III fue lanzado a las 05:00AM y alcanzó temperaturas de hasta -65ºC, pero ninguno de los instrumentos sufrió el mayor daño.

Es de vital importancia envolver la sonda con manta térmica, ya que, además de aislar térmicamente, evita que el aire ionizado de la estratosfera carge eléctricamente la caja y estropee el instrumental de a bordo



#7. ¿Cómo funciona el sistema del paracaídas?
   Imagina que tenemos el paracaídas desplegado. Hacemos un agujero justamente en el centro. Ahora cogemos nuestra cuerda que atará globo con sonda, de 12 metros de longitud, y le hacemos un nudo bien grande a unos 3 m del extremo al que se atará la sonda, quedando unos 9 metros desde el nudo al globo.
   Introducimos el extremo de la cuerda a la que se ata el globo por el orificio hecho en el paracaídas, y tiramos de la cuerda hasta que los 9 metros deslizan por el agujero. El nudo no cabe por el agujero, por lo que hace tope.
   Ahora atamos la cuerda al globo por un extremo y a la sonda por otro. Los hilos del paracaídas los atamos a la propia cuerda, como se ve en una foto de "Construcción".
   Ya está todo el sistema montado: cuando el globo esté inflado, la cuerda estará tensa y el nudo mantendrá el paracaídas plegado. Cuando el globo explote, la cuerda se destensará, nudo, cuerda y globo caerán, y el paracaídas, libre ya de la tensión de la cuerda, se abrirá solo por la acción del viento generado en la caída.


#8. ¿Es posible hacer el proyecto más asequible económicamente?
Sí, hecha un vistazo a la sección "Precios", en la pestaña "Construye tu propia sonda".



#9. ¿Es ilegal lanzar una sonda estratosférica sin permiso?
En principio sí, hay que pedir permiso a AENA y AESA para el lanzamiento, y ellos te requerirán que una institución te avale el proyecto.


#10. ¿Puedo subir globos atados con una cuerda y sin GPS?
Es posible, pero no merece la pena. La única gracia de esto es que te ahorras el GPS y no tienes que usar un globo tan grande, pero sólo nos permitirá subir unos pocos metros, dependiendo del peso de la cuerda en cuestión. Podremos subir así unos 50, quizás 100 metros de altura, pero a partir de ahí necesitamos un globo con más volumen, ya que el peso total de la cuerda también es levantada por el globo, y cuanto más alto está, más tiene que cargar. Estando ya a dichas alturas, la cuerda comienza a curvarse y el globo directamente ya no sabe si subir o bajar. Si recogemos unos centímetros de cuerda sube, si soltamos baja.
Es interesante ver la velocidad de propagación de una pequeña sacudida en el extremo de la cuerda y sentir la onda regresar.


#11. ¿Cómo medimos la cantidad de helio introducido al globo?
Ni las bombonas de helio de alquiler más grandes tienen un dispositivo incorporado para ir midiendo el volumen expulsado de la botella. Nosotros medimos el volumen de helio introducido al globo de una manera un poco tosca: mientras llenábamos, una vez el globo tenia bastante helio y ya flotaba por si mismo, 2 o 3 personas lo sujetaban como abrazándolo, intentándolo mantenerlo a baja altura y esférico. Con una cinta métrica, íbamos midiendo su perímetro. Sabiendo el volumen de He a meter, y sabiendo que dentro el gas se mantiene a una presión de 1 atm (el globo no es elástico), es muy sencillo saber hasta cuándo medir para decirle un "¡cierra, cierra!" al amigo que está allí agachado manejando la bombona. Ésta medición es bastante ambigüa y no demasiado fiable.
Otro sistema que se nos ocurrió y practicamos un par de veces como comprobación, fue cerrar provisionalmente el globo (¡cuidado, que vuela!) y con una cuerda atarlo a un dinamómetro y calcular cuál es la fuerza ascensional. Si no recuerdo mal, tiene que poder levantar el peso de la sonda + unos 300 gramos para que suba a unos 5m/s, pero sería cuestión de revisar los cálculos. Es decir, si la sonda pesa 1000g, la fuerza que tendría que marcar el dinamómetro serían 1,3N.



#12. ¿Se puede simular el vuelo de la sonda por ordenador?
Aquí, ahora, en mi casa.

Se puede.

CUSF Landing Prediction: http://predict.habhub.org
Disponemos además de una calculadora que nos proporciona la duración de vuelo ascensional, la velocidad de subida y el volumen inicial de helio a introducir. Podemos seleccionar el punto de lanzamiento haciendo click en 'Set With Map' y luego click.


Éste al parecer es mejor con la predicción, aunque ¡vaya una presentación más fea!

Ambos podemos exportarlos al Google Earth como archivo KML (o varios archivos, con diferentes variaciones según helio introducido o peso de la sonda), y luego superponerlos con el seguimiento en tiempo real. ¡Funciona!


Para cualquier otra duda, consulta o inquietud, no duden en contactar con nosotros:
jaimeruizpaez@gmail.com