Propán
A propán (C3H8) színtelen, nem mérgező, nagy fűtőértékű, könnyen cseppfolyósítható, a levegőnél nehezebb gyúlékony gáz. Telített, nyílt szénláncú szénhidrogén, ennek megfelelően kémiailag kevéssé reakcióképes. Nagy fűtőértéke ellenére kis égéssebessége miatt kicsi az égésintenzitása.
A propán égésekor széndioxid és víz keletkezik: C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
Mitől repül a hőlégballon?
A hőlégballon végül is egy nagy zárt zsák amit meleg levegővel töltünk fel. A gázoknak, így a levegőnek is, megvan az a hasznos tulajdonsága, hogy a hőmérséklet emelkedésével csökken a sűrűségük.
q = p /( Rsp T) [kg/m3]
ahol a
q: a gáz sűrűsége [kg/m3]
p: a gáz nyomása [Pa]
Rsp: specifikus gázállandó [J/(kg*K)] (levegőre Rsp=287,2 [J/(kg*K)])
T: a gáz hőmérséklete [Kelvin]
Ezek alapján a
T=298,15 [K] ( 25 °C) hőmérsékletű levegő p=101 325 [Pa] nyomáson q=1,18 [kg/m3]
és
T=353,15 [K] ( 80 °C) hőmérsékletű levegő p=101 325 [Pa] nyomáson q=0,99 [kg/m3]
A kisebb sűrűségű anyag minden esetben a keletkező felhajtóerő miatt felfelé törekszik. Ez a jelenség jól megfigyelhető, amikor a tábortűz által felmelegített levegő magával ragadja a pernyét, és magasba repíti. A hőlégballonok repülését biztosító fizikai elv tehát igen egyszerű. A gond csak az, hogy a meleg levegő által nyerhető felhajtóerő nagyon kismértékű, ráadásul azt a levegőnél sokkal nehezebb anyagokból készült ballonszerkezettel csapdába is kell ejteni. Végeredményben a ballonszerkezet és az abban lévő meleg levegő összes, átlagos sűrűségének kell kisebbnek lennie, mint a környező levegő sűrűsége.
A hőlégballon működését tehát alapvetően négy tényező határozza meg: 1) a ballon és az ahhoz kapcsolódó szerkezetek összes tömege, 2) a ballon meleg levegővel feltölthető térfogata, 3) a ballonban lévő levegő hőmérséklete, 4) a külső, környező levegő hőmérséklete. A tényezőket az alábbi egyenlet foglalja össze egy egységes ballonképletté:
qlev = qballon + mballon/Vballon
ahol a
qlev: a külső levegő sűrűsége [kg/m3]
qballon: a ballonban felmelegített levegő sűrűsége [kg/m3]
mballon: a ballonszerkezet tömege [kg]
Vballon: a ballon feltölthető térfogata [m3]
a fenti egyenlőség arra az esetre vonatkozik amikor a ballon lebeg.
qlev - qballon = mballon/Vballon
(qlev - qballon) * Vballon = mballon
tehát a ballonban lévő levegő hőmérsékletének, valamint a ballon feltölthető térfogatának növelésével növekszik a terhelhetőség. Az egyenletből az is látható, hogy a külső hőmérséklet növekedésével viszont csökken a ballon terhelhetősége.