Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 51, marzo-abril 2000, artículo 3
Los dirigibles y el transporte de carga aérea
 

Introducción.

Aunque en la actualidad el transporte de carga aérea se realiza en mayor medida en aerodinos)1, recientemente han reaparecido desarrollos de aerostatos para cumplir con esta función. En particular, actualmente está resurgiendo el uso de los dirigibles, a pesar de que cayeron en desuso a partir del año 1937, debido al incendio que destruyó al dirigible de construcción alemana Luftschiff Zeppellin 129 Hindenburg. Este y otros accidentes de enormes dirigibles, más espectaculares que mortíferos, se debieron a que los avances de la ingeniería aeronáutica de principios de siglo no estaban al nivel requerido por los diseños de esos vehículos. Los problemas del pasado, debidos a estructuras poco confiables, altos costos de fabricación y al peligro de manejar hidrógeno como gas para producir la sustentación (es un gas inflamable que atraviesa fácilmente las paredes de las células que lo contienen), entre otros, han sido superados mediante diseños asistidos por computadora (métodos analíticos y de simulación, para predecir su comportamiento, tanto en vuelo normal como en condiciones especiales), uso de materiales más ligeros y resistentes (nuevas aleaciones y telas para fabricar la envolvente) y por el empleo de helio como gas para producir la sustentación)2.

Actualmente, en el ámbito mundial existen alrededor de quince fabricantes de dirigibles rígidos, en once países distintos. Sin embargo, los dirigibles rígidos de mayor tamaño que están siendo diseñados y construidos hoy en día son estadounidenses, holandeses, alemanes, ingleses y rusos; estos dirigibles estarán operando después del año 2000)3. Se espera que los dirigibles sean uno de los principales medios de transporte durante el siguiente milenio. Sus ventajas sobre los aviones y helicópteros se derivan de su baja demanda de potencia, a la poca contaminación ambiental que generan, al reducido consumo de materiales y a los relativamente bajos costos de operación. Son capaces de realizar tareas únicas, como por ejemplo, de investigación y monitoreo ambiental, así como en el transporte de cargas de grandes dimensiones)4.

El presente artículo, mediante las respuestas a preguntas hechas frecuentemente en relación con los dirigibles, pretende dar una visión general del uso que tendrán estos vehículos en el futuro inmediato.

Preguntas hechas frecuentemente en relación con los dirigibles.

1. ¿Qué son los aerostatos?

Son una categoría de vehículos aéreos, dentro de la cual se encuentran los globos y los dirigibles. La raíz griega de esta palabra (aer-estatos) quiere decir "que permanece en el aire". Cualquier vehículo aéreo que utilice un gas en su interior para producir su fuerza de levantamiento (helio, hidrógeno, aire caliente, etcétera) es considerado como un vehículo más ligero que el aire. Los globos y los dirigibles son las dos subcategorías de los aerostatos. Los dirigibles tienen algún medio para controlar su dirección, comúnmente mediante motores o superficies aerodinámicas de control (timones) instaladas en un empenaje. Los globos, por el contrario carecen de controles direccionales, por lo que siguen la dirección de los vientos, por ello también se les conoce como globos libres)5. En el caso de que estén sujetos mediante un cable a un elemento fijo en tierra se les llama globos cautivos.

2. ¿Qué es un dirigible?

Un dirigible es un vehículo aéreo que obtiene su fuerza de levantamiento mediante un gas más ligero que el aire, contenido directamente dentro de su cubierta o dentro de células de gas independientes dentro de la cubierta. Se puede generar un levantamiento adicional por un contorno aerodinámico del cuerpo del dirigible, este levantamiento puede ser incrementado durante el despegue y aterrizaje, mediante la aplicación de un empuje vectorial generado por sus motores. Dado que la mayor parte del levantamiento es proporcionada por el gas, los motores son necesarios para acelerar este movimiento, de manera principal proporcionar un empuje para el desplazamiento horizontal y, en un menor grado, para proveer la energía requerida por los dispositivos eléctricos y electrónicos del dirigible. Esto resulta en un considerable ahorro de energía en comparación con los vehículos más pesados que el aire (aerodinos) y también en una menor generación de gases contaminantes)6. También tienen la ventaja única de poder permanecer flotando en el aire por grandes periodos de tiempo. Mientras que los aviones y helicópteros miden su tiempo de vuelo en horas, un dirigible lo puede hacer en días. Existen tres clases de dirigibles: rígidos, semi-rígidos y no rígidos.

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  • Dirigibles rígidos (ver Figura 1). Esta clase de dirigibles tiene una estructura interna, comúnmente hecha de alguna aleación de aluminio. El gas de levantamiento está contenido dentro de células internas en su estructura principal y esta estructura está encerrada dentro de una cubierta externa. La carga, equipos y/o pasajeros se alojan también dentro de la estructura principal)7. Cuando un dirigible semi-rígido o no rígido no tiene gas de levantamiento en su interior, se colapsa, en cambio los dirigibles rígidos, debido a su estructura interna, tienen la misma apariencia externa ya sea que tengan o no en su interior gas de levantamiento. Los zepelines y el Hindenburg fueron dirigibles rígidos famosos. A finales del siglo XIX fue observado que la capacidad de sustentación de estos vehículos, que dependía del volumen de gas que alojaban, mejoraba al aumentar su longitud.  En general los dirigibles rígidos empiezan a ser eficientes cuando tienen una longitud mayor a 120 metros (393.7 pies) debido a que una adecuada relación peso/volumen es (o era) únicamente obtenida por dirigibles de gran tamaño. Para un dirigible pequeño la estructura requerida resultaría ser muy pesada. Sin embargo, el uso de materiales compuestos puede cambiar esta situación)8.

FIGURA 1
DIRIGIBLE RÍGIDO HOLANDÉS RA-180

Fuente: http://www.hotairship.com/tradesites/rigid7.html

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  • Dirigibles semi-rígidos (ver Figura 2). Estos dirigibles fueron muy populares a principios del siglo XX. Comúnmente consisten de una quilla inferior rígida y una cubierta presurizada arriba de la quilla)9. La quilla rígida puede sujetarse directamente a la cubierta o colgar debajo de ella)10. Este diseño ayuda a distribuir las cargas en una forma más uniforme sobre la estructura. Tanto los dirigibles semi-rígidos como los no rígidos son dirigibles presurizados, lo cual implica que conservan su forma debido a la presión interna del gas dentro de su cubierta envolvente.

FIGURA 2
DIRIGIBLE SEMI-RIGIDO RUSO MD-900

Fuente:http://www.augur.com2.com.ru/airship

Dirigibles no rígidos o presurizados (ver Figura 3). Este tipo de dirigible es el más común hoy en día, son básicamente enormes globos de gas equipados con motores, su forma es mantenida por la presión interna del gas que alojan)11. Las únicas partes estructurales son la cabina de pasajeros y el empenaje. Comúnmente los dirigibles no rígidos vuelan con fines publicitarios)12.

FIGURA 3
DIRIGIBLE NO RIGIDO

Fuente: http://www.airshipman.com

3. ¿Por qué vuelan los dirigibles?

Los dirigibles vuelan de acuerdo al principio de Arquímides: "todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desalojado". Los dirigibles contienen en su interior un gas ligero (hidrógeno, helio, aire caliente, etcétera). El aire (exterior) que rodea a los dirigibles tiene un peso específico mayor que el gas de levantamiento (en su interior). Así, este gas ligero, produce una fuerza de levantamiento igual al peso del aire desplazado. Al igual que un pedazo de madera flota en el agua, un dirigible lleno de helio o hidrógeno flota en el aire)4. ¿Cuánta es la fuerza de levantamiento de los gases usados en los globos y dirigibles?

Como regla general, un metro cúbico de hidrógeno produce una fuerza de levantamiento igual a 1.1 kilogramos, un metro cúbico de helio produce 1.0 kilogramos de levantamiento y un metro cúbico de aire caliente produce una fuerza de levantamiento de 0.300 kilogramos. Estas cifras son aproximadas puesto que la fuerza de levantamiento también es afectada por la altitud, la temperatura, la humedad e incluso por la pureza de los gases)14.

5. ¿Los dirigibles son seguros?

Si, los dirigibles son seguros)15. En primer lugar hay que mencionar que el helio no sólo es un gas no inflamable sino que incluso puede servir para extinguir los incendios, actualmente las leyes exigen que los dirigibles sean llenados con helio. En segundo lugar, los modernos dirigibles son extremadamente seguros en su operación, aún en condiciones de mal tiempo, debido a su diseño estructural y a los materiales usados en su fabricación, así como a sus modernos sistemas de propulsión y de control de vuelo)16.

6. ¿Qué pasa si la cubierta de un dirigible es perforada?

A diferencia de un globo de juguete, el gas de levantamiento en un dirigible no rígido es mantenido a una presión relativamente baja (sólo la suficiente para mantener la forma del dirigible). En un dirigible rígido la presión en su interior es igual a la atmosférica, es decir no hay diferencia de presiones entre el interior del dirigible y su exterior, así en caso de que se produjera un pequeño orificio, el escape del gas sería muy lento. Aún en el caso de un gran número de pequeños orificios en las células de gas del dirigible, su capacidad de mantenerse flotando en el aire no sería inmediatamente afectada en forma substancial, y podría ser reparado durante las inspecciones de mantenimiento rutinario. Sin embargo, un orificio enorme implicaría que la misión del dirigible se cancelara, aunque el dirigible podría regresar a su base para su reparación. Aún, en tales circunstancias el dirigible generalmente sería capaz de permanecer flotando en el aire y de aterrizar en forma segura)17.

7. ¿Qué tan rápido se mueve un dirigible?

Un dirigible es generalmente un vehículo de baja velocidad e incluso puede servir como una plataforma. Comúnmente su velocidad relativa (al aire) no excederá de 194.5 kilómetros por hora (105 nudos). Sin embargo, un dirigible es considerablemente más rápido que la mayoría de las alternativas ofrecidas por el transporte terrestre de carga, además de ofrecer una gran flexibilidad operacional)18.

8. ¿Por qué utilizar a los dirigibles?

Tradicionalmente los aviones y helicópteros consumen grandes cantidades de combustible para poder volar)19 (ver Figura 4).

FIGURA 4
RENDIMIENTOS OPERATIVOS DE DISTINTOS TIPOS DE AERONAVES

Fuente: adaptado de http://www.aereos.airships.com

En contraparte, los dirigibles sólo requieren combustible para poder trasladarse. También, comúnmente los aviones y helicópteros comerciales requieren motores turborreactores muy potentes, lo cual implica tecnologías muy costosas y sofisticadas, en cambio los dirigibles rígidos generalmente requieren simplemente motores de tipo diesel. Éste es el factor clave que permite dar a los dirigibles procedimientos de mantenimiento sencillos, mucho mayor uso (disponibilidad) y grandes reducciones en sus costos de operación)20.

Con los vehículos de despegue vertical, como es el caso de los dirigibles, no son requeridos los tradicionales aeropuertos o aeródromos, con sus enormes pistas. En el caso de los dirigibles, sólo se requiere un poste de amarre. Por lo tanto los operadores de dirigibles pueden evitar los altos costos y congestionamientos de los grandes aeropuertos y tomar la ventaja de la opción de entrega de carga puerta a puerta)21.

9. ¿Por qué los dirigibles rígidos son mejores que las otras clases de dirigibles?

Debido a que en un dirigible rígido el gas de levantamiento es encerrado dentro de compartimientos especiales (células de gas), hay espacio dentro de su estructura que puede ser usado para acomodar pasajeros, equipo y carga. Los dirigibles no rígidos o presurizados, difieren totalmente de los grandes dirigibles rígidos. Toda la parte interior de la cubierta de los dirigibles no rígidos es usada como un contenedor de gas, por lo que ésta no puede ser usada para el transporte de personas o bienes. Si hubiera alguna falla de su única cubierta contenedora de gas, en los dirigibles no rígidos, estos tienen que aterrizar inmediatamente. Por el contrario, en el caso de los dirigibles rígidos la falla en cualquiera de sus múltiples células de gas (no presurizado) no afecta la capacidad del dirigible para seguir en vuelo normal. Además, los dirigibles no rígidos tienen comúnmente sólo uno o dos motores, a menudo instalados en una barquilla fuera de la góndola y por lo tanto son inaccesibles durante el vuelo. Un dirigible rígido moderno tiene un mínimo de cuatro motores, a todos los cuales se tiene acceso durante el vuelo, aumentando así tanto la seguridad como la duración de los vuelos. Por otro lado, la estructura rígida de estos dirigibles, evita flexiones severas y de este modo ofrece mayores ventajas de velocidad de hasta un 10% en relación con los dirigibles no rígidos)22. Otro factor importante a favor de los dirigibles rígidos es su costo, dado que comparativamente con los aviones tienen un costo menor  (ver Figura 5).

FIGURA 5
COSTO DE LOS AVIONES Y DIRIGIBLES RÍGIDOS EN FUNCIÓN DE SU PESO

Un dirigible rígido puede permanecer en el aire por varias semanas)23, como una plataforma estable, que puede ser utilizada en ambientes aislados e inhóspitos. Estos dirigibles pueden viajar en condiciones climáticas al menos tan severas como aquellas aceptadas por los aviones convencionales.

Los dirigibles rígidos tienen una estructura capaz de alojar sus motores en la línea óptima de empuje, de tal forma que reducen su resistencia al avance, manteniendo así la máxima eficiencia aerodinámica)24.

El clásico dirigible rígido es el único tipo de dirigible que ha demostrado tener éxito en operaciones comerciales, más allá de los usos publicitarios y de viajes turísticos de corta duración. A pesar del gran número de propuestas que han sido hechas para desarrollar otros tipos de vehículos aéreos para su uso comercial, en el transporte de pasajeros y carga ninguna propuesta hasta ahora ha tenido éxito comercialmente al intentar darles estos usos. )25

 

>1.- Aparatos que generan su fuerza de sustentación mediante los efectos aerodinámicos producidos sobre perfiles fuselados que tienen un movimiento relativo con respecto al aire, por ejemplo aviones y helicópteros.

>2.- >Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid9.html

>3.- Fuente: http://www.cargolifter.com/english/

>4.- Fuente: http://www.augur.com2com.ru/airship/

>5.- Fuente: http://www.hotairship.com/intro/index.html

>6.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>7.- Idem

>8.- Fuente: http://www.hotairship.com/intro/index.html

>9.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>10.- Fuente: http://www.hotairship.com/intro/index.html

>11.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>12.- Fuente: http://www.hotairship.com/intro/index.html

>13.- Fuente: http://www.hotairship.com/index.html

>14.- Idem.

>15.- Fuente: http://www.cargolifter.com/english/

>16.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>17.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>18.- Idem.

>19.- Idem.

>20.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>21.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid3.html

>22.- Fuente: http://www.tradezone.com/tradesites/rigid6.html

>23.- Idem.

>24.-


Síntesis tomada de una parte del Capítulo 2 del trabajo de investigación "Tecnología para el manejo de carga aérea y terminales de carga aérea", en proceso de impresión, que elaborado por el autor, investigador del IMT.

 

 


Alfonso Herrera García, Investigador del IMT

 

 
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