Movimiento de globos estratosféricos abiertos en presencia de ondas de inercio-gravedad - Cornejo, Jorge Norberto (2007)
En el presente trabajo se hallaron soluciones analíticas correspondientes a la respuesta de un balón atmosférico estratosférico abierto, en presencia de ondas de inercio-gravedad, durante su ascenso y descenso en la tropósfera. Se consideraron ondas monocromáticas con variaciones simultáneas en densidad, velocidad y temperatura. En primer lugar, se analizaron dos casos extremos, relativos a la conductividad térmica del balón, correspondientes respectivamente a los casos de conductividad térmica perfecta y nula. En el primer caso, las perturbaciones en la velocidad vertical del aire, inducidas por la onda, dominan la respuesta del balón. En el segundo, las variaciones en la densidad del aire circundante también son significativas en el comportamiento del mismo. De aquí se concluye, teniendo en cuenta resultados previos de otros autores, que la respuesta del globo en un caso real es más cercana al límite adiabático. Se obtuvieron expresiones analíticas para el coeficiente de arrastre debido al aire atmosférico, correspondiente a este tipo de balones. En segundo lugar, se analizó la respuesta del balón en un caso real, en el que la conductividad térmica de la membrana que recubre el globo es finita, efectuándose el balance de calor entre el interior del balón y el aire atmosférico circundante. Para ello, se partió de la suposición de un comportamiento politròpico del gas contenido dentro del globo (usualmente H2 o He). Los procesos adiabático e isotérmico representan solamente dos casos particulares del comportamiento politrópico de cualquier gas. Si consideramos a la burbuja de gas contenida dentro del balón como un sistema termodinámico, en contacto a través de la pared del balón con una fuente térmica uniforme, es posible derivar una expresión que relaciona el índice politrópico con la conductividad térmica de la membrana que recubre el balón. Los resultados se aplicaron a una tropósfera isotérmica y de temperatura linealmente variable con la altura, respectivamente. Se estudiaron las situaciones en que el espesor de la membrana se mantiene constante y en que varía con la altura, para ambos perfiles verticales de temperatura de la atmósfera. La relación entre la conductividad térmica y el índice politrópico, se torna abrupta solamente cuando éste último se aproxima a los límites adiabático o isotérmico. A partir de la determinación del índice politrópico adecuado a la conductividad térmica de un determinado material, las ecuaciones obtenidas previamente para el límite adiabático permiten predecir la respuesta vertical de un balón de esta naturaleza en presencia de una onda de inercio-gravedad, dentro de las hipótesis con que han sido derivadas. En función de estos resultados, se analiza en detalle un caso experimental registrado durante el vuelo de un globo estratosférico abierto en la Provincia de Mendoza, Argentina.