Estimación del número de cilindros de helio industrial por globo publicitario

Fundamento
Para mantener la tendencia a la elevación de los globos publicitarios es necesario utilizar helio como gas de carga, con el objeto de generar el empuje suficiente para evitar su descenso por el peso. El vector resultante es una fuerza denominada empuje.
Para lograr estas condiciones, el empuje físico del helio en el aire, deberá ser al menos igual (aunque generalmente se hace mayor) al peso del cuerpo que se desea suspender, para fines de cálculo.
Así:
Empuje = Peso
r(Aire) V(Aire) g = m(cuerpo) g
r(Aire) V(Aire) = m(cuerpo)
V(Helio) = V(Aire) = m(cuerpo) / r(Aire)
De esta manera es posible calcular el volumen de helio necesario para suspender el globo que es igual al volumen de aire desplazado), y convertirlo en cilindros requeridos.

Características
Se requiere llenar de helio a 3 globos publicitarios de 2, 4 y 6 m3, con un peso aproximado de 25 Kg-fuerza cada uno, con un lastre de cable de 50 metros de largo con un peso aproximado de 1 Kg-fuerza. Se asume una diferencia de peso, por incremento de volumen del globo de 1 Kg-fuerza por cada metro cúbico adicional de capacidad.
Globo de 2m3:
Volumen del globo: 2m3
Masa del globo: 26 Kg
Densidad del aire a 21 ºC: 1.2000 Kg/m3
Volumen de helio a 21 ºC: 21.7 m3
824.2 scf
Cantidad de cilindros de 210 scf: 3.95
Si bien el cilindro es de 220 scf, se asumen 210 debido a que es necesario dejar un residual de 10 scf (100 psig) en cada cilindro en vez de agotarlo hasta vaciarlo.
Como el cálculo atiende a una situacion de equilibrio, y considerando que existen fugas microscópicas en el globo, se considera pertienente, a fin de lograr la elevación adecuada, el llenado del globo con 5 cilindros de Helio industrial para una presion final de 193 psig (revisar que el globo pueda resistir tal presión
interior. En caso negativo, la mínima presión necesaria para que dicho globo pueda elevarse es de 150 psig, utilizando 4 cilindros de Helio).
Globo de 4 m3:
Volumen del globo: 4 m3
Masa del globo: 27 Kg
Densidad del aire a 21 ºC: 1.2000 Kg/m3
Volumen de helio a 21 ºC: 22.5 m3
855.9 scf
Cantidad de cilindros de 210 scf: 4.07
Si bien el cilindro es de 220 scf, se asumen 210 debido a que es necesario dejar un residual de 10 scf (100 psig) en cada cilindro en vez de agotarlo hasta vaciarlo.
Como el cálculo atiende a una situacion de equilibrio, y considerando que existen fugas microscópicas en el globo, se considera pertienente, a fin de lograr la elevación adecuada, el llenado del globo con 5 cilindros de helio industrial para una presion final de 97 psig.
Globo de 6 m3:
Volumen del globo: 6 m3
Masa del globo: 28 Kg
Densidad del aire a 21 ºC: 1.2000 Kg/m3
Volumen de Helio a 21 ºC:23.3 m3
886.3 scf
Cantidad de cilindros de 210 scf: 4.22
Si bien el cilindro es de 220 scf, se asumen 210 debido a que es necesario dejar un residual de 10 scf (100 psig) en cada cilindro en vez de agotarlo hasta vaciarlo.
Como el cálculo atiende a una situacion de equilibrio, y considerando que existen fugas microscópicas en el globo, se considera perteniente, a fin de lograr la elevación adecuada, el llenado del globo con 6 cilindros de helio industrial para una presion final de 77 psig.
Volumen de Reposición:
Asumiendo una tasa neta de pérdidas por difusión del helio a través del material barrera del globo, de 2.0 a 2.5 % por día, se establece un estimado de reposición de 1 cilindro de Helio cada 6 a 8 días. Como este es un dato sugerido, y no se dispone del valor de NLR (Net Loss Rate), la mejor indicación de reposición es el descenso del globo hacia la superficie, siendo en este caso mayor el peso que el empuje.
Lic. Sergio Molina
Aplicaciones y Gases Especiales