Caractersticas dos Bales - Home - Coordenao de ... . Enchimento dos bales Para o enchimento

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    02-Jul-2018

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METEOROLOGIA OBSERVACIONAL IBALES METEOROLGICOSCOMET Professor:Caractersticas dos Bales1. Principais tipos de baloOs bales meteorolgicos so utilizados para uma grande variedade de propsitos como:a) Medida da altura da base das nuvensb) Medida do vento em altitude por teodolito ticoc) Medida do vento em altitude por radard) sondagem do ar superior por radiossondae) Sondagem do ar superior a nvel constanteOs bales utilizados normalmente para as observaes de altitude so do tipo extensvel e de forma esfrica. Os bales piloto utilizados nas observaes visuais do vento em altitude e da altura da base das nuvens normalmente no transportam carga aprecivel, logo so pequenos (10 a 20g). Devem ter condies de atingir alturas suficientes e terem uma velocidade ascensional constante o mais prximo possvel do valor determinado no lanamento, o que significa que devem guardar a forma esfrica. Para a medida dos ventos em altitude por radar usam-se bales piloto maiores (100 g) ou bales sonda cujas dimenses variam segundo o peso e a resistncia do equipamento transportado (1 a 2 kg) at altitudes de 30 km cuja velocidade ascensional deve ser suficiente para assegurar a ventilao necessria aos elementos sensveis.Os bales extensveis devem ser capazes de se expandir at quatro vezes o seu dimetro inicial e resistir a mais de uma hora nesta tenso em regio de pouca presso. Uma vez cheios os bales devem ter uma forma esfrica ou pelo menos cortes horizontais circulares. Como a dilatao do invlucro que de borracha ou de um produto sinttico limitada, medida que a presso externa diminui o volume do balo aumenta at que estoura.Para certas finalidades, como uma sondagem a nvel constante, utilizam-se bales inextensveis. Estes so muito maiores que os extensveis no completamente cheios designados para alcanarem aquela altura, o invlucro muito fino, e a pelcula de plstico como polietileno so empregadas. Por causa do seu tamanho e finura estes bales so mais difceis de manusear durante o lanamento. A fabricao dos bales de neoprene feita com uma substncia anticongelante a fim de restituir a pelcula resistente ao de esticar ou a formao de gelo prximo a tropopausa. Introduzem-se compostos em propores diferentes conforme a utilizao dos bales de dia e de noite para compensar a presena ou ausncia da radiao solar.CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOS 2. Fabricao dos balesAs matrias primas mais comumente empregadas na fabricao dos bales extensveis so: a borracha natural e a sinttica sendo que a mais indicada o neoprene. As duas espcies de borracha devem ser utilizadas sob a forma de emulso de ltex que deve ser composto de agentes vulcanizadores, aceleradores e antioxidante e produtos estabilizadores.Dois mtodos so normalmente empregados para a fabricao do balo. No primeiro o balo formado pelo mergulho de um molde na emulso de ltex, enquanto que o segundo consiste em se derramar a emulso no molde esfrico oco que girado de tal maneira que distribui uniformemente o ltex pela parede interna. Em ambos os casos a vulcanizao posterior deve ser a quente e no por processo a frio ou por cozimento a vapor, pois neste caso no so conferidas boas propriedades borracha. Os bales fabricados pelo mtodo de moldagem de ltex tm a vantagem de no possurem costura.3. Preciso relativa aos balesOs bales meteorolgicos devem ser livres de todo material estranho e de todo tipo de defeito, devem ser homogneos e de espessura e de elasticidade uniforme. Devem ser providos de uma gola de 1 a 5 cm de dimetro e de 10 a 20 cm de comprimento, dependendo das dimenses do balo. A fim de reduzir o risco da gola ser arrancada importante que a espessura do invlucro aumenta gradualmente em relao gola.A espessura das paredes do balo pode ser calculada pela frmula:T = G / D2 .g (cm) Onde G o peso do balo sem a gola (g) D o dimetro do balo (cm) g a densidade da borracha 0.935 (g.cm-2)A espessura no estouro de um bom balo cerca de 10 cm.A borracha natural preserva suas propriedades elsticas mesmo a baixas temperaturas, mas afetada pela radiao ultravioleta e o oznio. O neoprene resistente ao ultravioleta e ao oznio, mas sua elasticidade decresce a baixas temperaturas. A borracha natural recomendada para o uso noturno.Para que as boas propriedades dos bales sejam preservadas, sempre que possvel, devero ser armazenados em locais secos com temperatura entre 10 e 20 graus centgrados e a umidade relativa de 60%. A vida til do balo armazenado nestas condies pode ser de cerca de um ano sem mudana perceptvel das propriedades dos mesmos. Para restaurar as propriedades elsticas dos bales armazenados continuamente por longos perodos de tempo, um pr-aquecimento de 60 a 80 graus centgrados recomendado.Com as propriedades elsticas dos bales fortemente afetadas pelo armazenamento um banho de querosene antes do lanamento por 1 a 2 minutos e uma conseqente secagem a 20 graus centgrados pode ajudar na restaurao de suas qualidades.Os principais tamanhos de bales empregados para as diferentes observaes esto resumidos na tabela abaixo:CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOSEmprego Peso Nominal (g) Borracha Natural dimetro (cm)Neoprene dimetro (cm)Altura base nuvens 10 13 19Balo Piloto 30 20 28Balo Piloto de veloc. Superior100 45 55Balo Sonda (15 km) 350 115Balo Sonda (20 km) 500 130 160Balo Sonda (25 km) 800 160 180Balo Sonda (30 km) 2000 250Os bales devem poder distender para atingir de 4 a 6 vezes o seu adiantamento inicial e resistir a mais de uma hora nesta tenso. Uma vez cheios os bales devem ter uma forma esfrica ou pelo menos cortes horizontais circulares.4. Armazenamento de Bales muito importante que os bales de radiossonda sejam corretamente armazenados, para que suas propriedades possam ser mantidas mesmo aps meses de armazenamento. Os bales devem ser usados sempre tendo em vista a data da fabricao a fim de se evitar a possibilidade de uso de bales estocados h muito tempo. possvel obter-se um timo desempenho do balo at cerca de 12 meses aps sua fabricao, contanto que as condies de armazenagem sejam cuidadosamente escolhidas. As seguintes instrues gerais so aplicveis maioria dos tipos de bales.Os bales devem ser guardados isentos da luz solar direta e, se possvel, no escuro. Sob nenhum pretexto devem ser guardados perto de qualquer fonte de calor ou oznio. Os bales de neoprene deteriorar-se-o se expostos ao oznio emitido por grandes geradores ou motores eltricos. Todos os bales devem ser guardados em seus pacotes originais at serem desembrulhados para os preparativos de lanamento. Deve-se tomar cuidado para que no entrem em contato com leo ou qualquer outra substncia que possa penetrar no invlucro e danific-los. Sempre que possvel, os bales devem ser guardados numa sala com temperaturas inferiores a 50 graus centgrados; alguns fabricantes fornecem instrues especficas que devem ser sempre seguidas.5. Gs utilizado para o enchimento dos balesDos dois gases mais apropriados aos bales meteorolgicos, o hlio e o hidrognio, o primeiro prefervel, pois seu emprego no tem o risco da exploso ou incndio. Entretanto sua utilizao no possvel em qualquer pas por causa do fornecimento natural. O emprego do hidrognio mais comum.A melhor forma de enchimento de bales empregando o gs comprimido em garrafas e os maiores inconvenientes desse mtodo so: o preo elevado e a dificuldade do transporte de garrafas.Quando o consumo maior como nas estaes de radiossondagem utiliza-se garrafas de capacidade dupla ou tripla que so favorveis quando se pode utilizar reboques a fim de evitar a manipulao. Todas as garrafas devem ser controladas e aprovadas de dois em dois anos, submetidas a uma presso interna menor 50% da presso normal de trabalho.As garrafas de hidrognio no devem ser expostas ao calor e nos climas tropicais devem ser protegidas contra a insolao direta. Devem ser armazenadas num hangar bem ventilado que permita ao hidrognio escapar para o ar livre em caso de evaso.CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOS6. Enchimento dos balesPara o enchimento dos bales com hidrognio recomenda-se uma casa especial, de preferncia afastada de edifcios. Deve ser bem ventilada e no possuir nenhuma fonte de chama ou fasca e as paredes e o assoalho devem ser lisos e livres de poeira. Como o enchimento deve ser feito lentamente, deve-se dispor de uma vlvula de ajuste para regular o fluxo de gs. A quantidade desejada de enchimento pode ser determinada pelo uso de um bocal de peso apropriado ou pelo uso de um brao de balana no qual a fora ascensional do balo pode ser medida. O mtodo da balana pouco prtico a menos que se tenha necessidade de encher bales de dimenses variadas. As dificuldades de lanamento de um balo de sondagem com vento forte podem ser evitadas at certo ponto pelo uso de uma cobertura de proteo de lona, para manipulao do balo depois de cheio. A cobertura pode assim permitir que o balo seja levado ao topo de um mastro conveniente e solto da cobertura sem muito risco de arrastar pelo solo os instrumentos suspensos nele.No momento do lanamento o radiossonda deve se encontrar suspenso diretamente embaixo do balo. Nenhuma dificuldade especial se apresenta quando h vento leve por ocasio do lanamento. O balo deve ser conservado no abrigo at que tudo esteja pronto para o lanamento, deve ser evitada prolongada exposio intensa luz solar, j que poder causar rpida deteriorao na estrutura do balo e mesmo provocar seu arrebentamento antes de deixar o solo. 7. Fora Ascensional dos Bales MeteorolgicosA fora ascensional de um gs em relao ao ar , por definio, aquela definida pelo princpio de Arquimedes.Nas condies normais (p=1013,25 hPa, T=15 C), a fora de ascenso expressa em kg/m3 tem os seguintes valores:Para o hidrognio puro....................... 1,20Para o hidrognio comercial............... 1,0Para o hlio......................................... 1,118. Variao da velocidade ascensional do balo com a altitude A=FAs variaes teoricamente calculadas da velocidade ascensional com a altura so apresentadas na tabela abaixo:km 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26V/V0 1 1.04 1.08 1.1 1.15 1.19 1.25 1.35 1.39 1.45 1.52 15.7 1.67 1.76A velocidade ascensional atual dos bales meteorolgicos no constante e pode diferir consideravelmente dos valores calculados teoricamente. Dois grupos de fatores afetam a velocidade ascensional do balo. a) Fatores aerostticos: difuso do hidrognio, sobre presso do hidrognio, diferena de temperatura hidrognio/ar.b) Fatires aerodinmicos: correntes verticais na atmosfera, desvio da forma do balo da forma esfrica, rotao ou cambalhota do balo, turbulncia atmosfrica.CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOSA difuso do hidrognio atravs do invlucro de borracha leva a um decrscimo da velocidade ascendente. Valores experimentais no solo mostraram um decrscimo de 6 % da fora ascensional do balo em duas horas. Consequentemente, a fora ascensional decresce durante a primeira meia hora cerca de 1 %. Com o estendimente do invlucro do balo com a ascenso por causa da diminuio da densidade do ar, a difuso do hidrognio aumenta.O excesso da presso do hidrognio alcana um mximo quando comea o enchimento at antes da borracha comear a estender. Ento, decresce devagar com um valor constante e atinge um segundo mximo pouco antes de estourar o balo.A presso mdia de excesso raramente excede 2 mmHg mas o mximo pode ocasionalmente chegar a 10 mmHg. O excesso de presso depende muito das propriedades elsticas do material do balo.O efeito da diferena da temperatura (temperatura do hidrognio / temperatura do ar) afeta a fora de ascenso:A = A + m ( T - T)A - fora de ascenso perto do solom - peso do balo, gs e equipamentoT temp. do H 10KT temp. do ar 10KQuando T - T = 10K resulta uma variao de fora ascensional de 1 m/s.A temperatura no invlucro na ruptura da ordem de 0 C a 4 C mais fria que o ar durante a noite e de 23 C mais quente durante o dia.Correntes e descendentes de natureza convectiva ou perto de montanhas podem mudar drasticamente a velocidade ascendente do balo, algumas vezes tornando-a negativa, principalmente nas baixas camadas.As variaes no valor do coeficiente de resistncia do ar pela variao na forma do balo tambm afetam a velocidade ascendente.Velocidade ascensional do balo at 4 e 5 km de altitude balo de lastro pode ser resolvida empregando um pequeno balo auxiliar (18g), no que se introduz um peso de areia fina, que estoura a uma altitude prevista quando a areia liberada e o peso do conjunto diminuido, aumentando a fora ascensional, logo a velocidade.Quando necessrio levar cargas relativamente pesadas a grandes alturas, s vezes vantajoso usar dois ou mais bales. Em tal caso, o melhor a fazer colocar um em cima do outro, isto , em tandem. Os bales so presos a um dispositivo comum por intermdio de um cordel de aproximadamente 5 m e espaados em intervalos tais que o topo do balo inferior fique bem abaixo da base do superior. Cada balo deve estar separado do seguinte por uma distncia igual ao dobro de seu dimetro no momento de ruptura. A experincia tem mostrado que nessa disposio a corrente de ar faz oscilar o balo num ngulo de 30 em relao ao conjunto, reduzindo deste modo a tendncia de desgaste por atrito provocado pela ao abrasiva do cordel sobre o balo. O estouro de um balo, entretanto, pode crescer a velocidade de ascenso de um ponto incompatvel com a ventilao necessria. O atrito do balo pode ser reduzido pelo uso de cordis macios.Se todos os outros fatores so iguais, o ganho proporcional em altitude com bales em tandem maior quanto maior a carga comparada com o peso do balo e a fora de ascenso livre; mas, ela diminui medida que o nmero de bales aumenta e pouqussima vantagem obtida pelo uso de mais de CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOStrs bales. Alm disso, a vantagem na altura no to grande como seria usando-se um balo apenas que pesasse tanto quanto a soma dos pesos dos bales em tandem, desde que o alcance mximo fosse o mesmo para ambos os casos. Deve-se ter em mente que a dificuldade e tambm o custo de produo de bales com uma performance satisfatria aumentam rapidamente. Com o tamanho sendo mais econmico o uso de bales em tandem para os mesmos objetivos. Muito utilizado em comparaes de radiossondas, alcanando 25 km e levando 14 sondas por 15 bales em tandem.As performances dos trens de bales no podem ser reguladas seno empregando bales de fabricao homognea: a ruptura prematura de um dos bales diminuir evidentemente a performance do conjunto.9. Bales de Nvel ConstanteCertos estudos se baseiam na manuteno de um balo e dos instrumentos a uma altitude constante, por exemplo, para determinar as trajetrias do ar. Utiliza-se ento bales no extensveis em polietileno de espessura de ordem 0,021 mm e utilizado para temperaturas compreendidas entre -40 e +50o C. Para manter o balo a um nvel determinado ou mais precisamente sobre uma dada superfcie isobrica, uma cpsula baromtrica comanda, por intermdio de relais uma vlvula que permite a sada do gs ou a perda do lastro.A cpsula baromtrica deve ser livre de todo o atrito, o ponteiro comandado por essa cpsula deve ser livre e acionado a intervalos regulares por um mecanismo comandado por um motor eltrico.10. Balo CativoOs bales cativos permitem a observao quase contnua no tempo dos elementos atmosfricos na camada do ar que se encontra. Podem chegar a altitudes de 1000 a 4000 metros dependendo do material utilizado, seu emprego est ligado a quantidade de aparelhos que podem ser fixados ao balo.CEFET/RJCOMET/RJMETEOROLOGIA OBSERVACIONAL 1_BALES METEOROLGICOSCaractersticas dos Bales