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Zavorre e sistemi di bilanciamento

Amici di camerablimp.eu, ben trovati nella sezione dedicata ai sistemi di zavorra e di bilanciamento per palloni e dirigibili aerostatici. Le zavorre sono un componente molto importante quando si ha intenzione di utilizzare un aerostato. Le zavorre sono in sintesi dei pesi, disponibili in molte soluzioni, più o meno pesanti e più o meno ingombranti. Per zavorra intendiamo dei pesi trasportabili e che si possono spostare a nostro piacimento. Svolgono funzioni simili alle zavorre anche i sistemi di fissaggio, come i picchetti. I sistemi di ancoraggio per aerostati si suddividono in:

Zavorre per l'ancoraggio principale dell'aerostato a terra

Nella necessità di ancorare a terra un aerostato e nell'impossibilità di avere un terreno o superficie idonea al fissaggio di uno o più picchetti di ancoraggio o dei tasselli ad alta resistenza, le zavorre mobili sono l'unica soluzione possibile a cui legare il nostro aerostato. Immaginate di trovarvi in una piazza pavimentata dove è sicuramente vietato trapanare il suolo e utilizzare tasselli da edilizia e allo stesso tempo non ci sono nei paraggi punti di fissaggio solidi e stabili da sfruttare; senza troppi dubbi è il caso di procurarsi delle zavorre portatili e rimovibili da mettere e togliere all'occorrenza. La stessa cosa accade su un terreno morbido e non compatto, dove i picchetti, anche se lunghi e di spessore notevole, non troverebbero l'aderenza di cui abbiamo bisogno per assicurare la corda del nostro aerostato. Ecco che in questi casi la soluzione migliore è quella di utilizzare dei recipienti di acqua, vanno benissimo le taniche di plastica per il trasporto di carburanti. L'acqua ha un peso di circa 1 kg per ogni litro (dm³), quindi 1000 kg per ogni m³, pertanto con delle tanichette da 10 litri si ottengono delle zavorre da 10 kg, leggere e facili da trasportare da vuote con il vantaggio che l'acqua è facilmente reperibile quasi ovunque. Vanno bene anche i sacchetti arancioni o grigi utilizzati in edilizia per zavorrare i cartelli stradali ad esempio, che possono essere riempiti di acqua o sabbia. Da notare che i sacchetti di sabbia hanno il vantaggio di pesare di più rispetto all'acqua a parità di volume, infatti la sabbia asciutta pesa mediamente 1,5 kg/dm³. Lo svantaggio dei sacchetti è nel trasporto, dato che non possono essere svuotati all'occorrenza. In genere i sacchetti di sabbia hanno un peso di 15/20 kg, invece 7,5/10 kg se dovessero essere riempiti con acqua.

Zavorre per l'ancoraggio momentaneo dell'aerostato a terra

Si parla di zavorre momentanee quando il nostro aerostato è a terra, in fase di ispezione pre-volo, quando lo si sta gonfiando o sgonfiando, e quando lo si ancora in prossimità del suolo per via delle cattive condizioni meteorologiche che ne impediscono l'innalzamento in aria. Per queste occasioni vanno benissimo le taniche ad acqua oppure i sacchetti di acqua o di sabbia. Il numero di zavorre da posizionare a terra e la loro disposizione dipendono dal tipo di aerostato, se ad esempio di forma sferica, o a siluro (tipo dirigibile) o se si tratta di una forma speciale.

Zavorre di bilanciamento in volo per dirigibili

Eccoci arrivati alle zavorre per il bilanciamento in volo. Certi dirigibili, soprattutto i dirigibili radiocomandati hanno bisogno per restare in volo in assetto perfettamente neutro e orizzontale, di alcuni pesetti di bilanciamento che chiameremo zavorre di bilanciamento in volo. Queste piccole zavorre consistono in sacchetti di nylon con un moschettone in alluminio per poterli agganciare in prossimità della prua e della poppa del dirigibile. All'interno dei sacchetti si possono inserire dei piombini a seconda di quanto serve per ottenere il bilanciamento del dirigibile, vanno benissimo i piombini da pesca facilmente reperibili. Certe volte quando un aerostato ha troppa forza di spinta, vengono aggiunte delle zavorre che appesantendolo, lo rendono meno "portante". TecnoFly2008 Srl è in grado di fornire ogni sorta di zavorra e consigliare il cliente al meglio per la gestione in volo e a terra dell'aerostato scelto. Per informazioni ulteriori inviate una e-mail a info@camerablimp.eu, oppure chiamate allo 0039 347-5900124.

Calcolo della zavorra per di una sfera aerostatica ad elio

Uno dei quesiti più frequenti che ci viene posto è quale sia il tipo di zavorra idoneo ad ancorare correttamente l'aerostato che si intende acquistare. Soprattutto in termini di peso della zavorra, è importante scegliere un peso adatto a resistere sia alla spinta verso l'alto che l'aerostato offre in assenza di vento, sia alla spinta dovuta al vento. Quindi la scelta della zavorra dipende dalla forma dell'aerostato, dal suo payload, dalle sue dimensioni e dalla velocità del vento. In presenza di vento risulta fondamentale il valore della Resistenza Aerodinamica (Ra) che l'aerostato oppone al flusso dell'aria. Un valore di intensità di vento campione utilizzato in aerostatica come limite massimo è quello del Vento Forte, che nella scala Beaufort è rappresentato dal numero 7, pari 28 - 33 nodi, corrispondenti a 51,88 - 61,15 km/h. Quando un corpo è immerso in un fluido in movimento, ad influire sulla resistenza aerodinamica è ovviamente anche la forma del corpo stesso. Si usa per questo un coefficiente adimensionale (ossia senza unità di misura) chiamato Coefficiente di Resistenza Aerodinamica (Cx) che è tanto più basso quanto più affusolato e fendente è il corpo in esame. Qui a lato mostriamo una tabellina dei coefficienti Cx di alcune forme standard. Facciamo ora un esempio di come si calcola il peso di zavorra di un aerostato di forma sferica del diametro di 3 metri. Dalla fluidodinamica, abbiamo la seguente formula della Resistenza Aerodinamica:

Ra = 1/2 x ρ x V² x S x Cx

dove:

ρ = densità del fluido (in questo caso l'aria in condizioni di Aria Tipo)
V = velocità del fluido che investe la sfera (ipotizzando 16,66 m/s pari a 60 km/h)
S = area della sezione massima della sfera investita dal fluido
Cx = coefficiente di resistenza aerodinamica, adimensionale, pari a 0,47 per la sfera

quindi abbiamo:

Ra = 1/2 x 1,225 kg/m³ x (16,66 m/s)² x 7,065 m² x 0,47
= 564 kg m/s² = 564 N pari a 57,51 kg

ipotizzando un payload per questa sfera pari a 9,0 kg, avremo:

Ra = 57,51 kg + 9,0 kg = 66,51 kg

a questo punto per ragioni di sicurezza, moltiplicheremo quest'ultimo valore in kilogrammi per un coefficiente di sicurezza scelto con un gran margine in eccesso; moltiplicheremo per 4 in caso il fissaggio a terra sia eseguito con un picchetto solido e stabile che non possa in nessun modo spostarsi a causa della trazione del cavo dell'aerostato, e lo moltiplicheremo per 5 in caso la zavorra al suolo si di natura rimovibile, e quindi avremo:

nel caso di ancoraggio al suolo con picchetto:

Resistenza sul picchetto = Ra x 4 = 66,51 kg x 4 = 266,04 kg

nel caso di ancoraggio suolo con zavorra rimovibile:

Peso della zavorra = Ra x 5 = 66,51 kg x 5 = 332,55 kg

Nel caso di zavorra rimovibile bisogna fare attenzione al fattore attrito che la zavorra ha con il suolo. Facciamo un esempio pratico, quello del classico plinto in cemento da 220 kg a forma di panettone: se la superficie a contatto con il plinto è dura e liscia, come ad esempio il marmo oppure le piastrelle nelle zone pedonali dei centri storici, sotto la spinta eolica e la trazione dell'aerostato, il plinto potrebbe scorrere sul suolo, o in certi casi addirittura ribaltarsi. Questo inconveniente non accade se il plinto è posato su un suolo di terra, deformabile e ruvido. Consigliamo quindi se si è nella necessità di posare un plinto in cemento su un suolo liscio e scivoloso, di interporre tra il plinto e il suolo un foglio di materiale idoneo ad aumentare notevolmente l'attrito. A questo scopo vanno benissimo i tappetini in gomma da palestra o meglio ancora di neoprene.

Calcolo della zavorra per un dirigibile aerostatico ad elio

Come fatto per il corpo sferico, possiamo ora ripetere i calcoli considerando un dirigibile, ovvero un aerostato di forma affusolata. Per questo esempio considereremo un dirigibile che abbia un diametro massimo pari proprio a 3,0 metri, come con la sfera di cui sopra. In questo caso in presenza di vento forte, avremo un comportamento aerodinamico molto diverso rispetto alla sfera, poiché cambia il coefficiente di resistenza aerodinamica Cx, che nel caso di un corpo affusolato è pari a 0,04. Quindi abbiamo:

Ra = 1/2 x 1,225 kg/m³ x (16,66 m/s)² x 7,065 m² x 0,04
= 48 kg m/s² = 48 N pari a 4,89 kg

ipotizzando un payload per questo dirigibile pari a 17,0 kg, avremo:

Ra = 4,89 kg + 17,0 kg = 21,89 kg

a questo punto per ragioni di sicurezza, moltiplicheremo quest'ultimo valore in kilogrammi per un coefficiente di sicurezza scelto con un gran margine di eccesso. Moltiplicheremo per 4 in caso il fissaggio a terra sia eseguito con un picchetto solido e stabile che non possa in nessun modo spostarsi a causa della trazione del cavo dell'aerostato, e lo moltiplicheremo per 5 in caso la zavorra al suolo si di natura rimovibile, e quindi avremo:

nel caso di ancoraggio al suolo con picchetto:

Resistenza sul picchetto = Ra x 4 = 21,89 kg x 4 = 87,56 kg

nel caso di ancoraggio suolo con zavorra rimovibile:

Peso della zavorra = Ra x 5 = 21,89 kg x 5 = 109,45 kg

Anche qui, nel caso di zavorra rimovibile bisogna fare attenzione al tipo di suolo e se necessario bisogna interporre uno strato di materiale adatto tra la zavorra e il suolo, come spiegato di sopra.

Picchetti di ancoraggio, trivelle per la sabbia, tasselli e plinti di cemento

Parliamo ora del sistema più leggero, semplice ed economico tra tutti i sistemi di ancoraggio per un aerostato: il picchetto. E' possibile ottenere degli ancoraggi perfetti e in brevissimo tempo con l'ausilio di picchetti in metallo oppure in legno, si tratta di una sorta di grosso chiodo che si pianta nel terreno ed assicura stabilità e resistenza alla trazione del cavo di ancoraggio. Sembra scontato, ma la tenuta del picchetto dipende al 100% dalla natura del terreno nel quale è piantato oltre che dal materiale e dalla forma del picchetto stesso. In breve, diciamo che non ha un senso piantare un picchetto in un terreno morbido e argilloso, il picchetto si sfilerà dopo poche sollecitazioni. Occorre scegliere con attenzione picchetti adatti per ogni terreno.

Tabella riassuntiva tipi di zavorra

Nella seguente tabella mostriamo il comportamento dei più comuni sistemi di zavorra per diversi tipi di terreno.

Sistemi di ancoraggio più utilizzati in aerostatica
Tipo di suolo Picchetto di ferro pieno lungo 50 cm e Ø 3 cm Picchetto di legno lungo 50 cm e Ø 6 cm Gancio da sabbia con disco-vite (fissaggio con trivella per sabbia) Tassello a pressione o chimico Pozzetto in cemento da 50 kg Plinto in cemento da 200 kg Sacchetto di sabbia o acqua
Sabbia Da evitare Da evitare Eccellente Da evitare Eccellente Eccellente Eccellente
Terreno argilloso asciutto Da evitare Buono Eccellente Da evitare Eccellente Eccellente Eccellente
Terra battuta e compatta Ottimo Ottimo Da evitare Da evitare Eccellente Eccellente Eccellente
Terreno roccioso Ottimo Da evitare Da evitare Da evitare Eccellente Eccellente Eccellente
Asfalto Ottimo Da evitare Da evitare Da evitare Ottimo Ottimo Eccellente
Cemento Calcestruzzo Da evitare Da evitare Da evitare Eccellente Ottimo Ottimo Eccellente