¿Cómo arde el fuego en gravedad cero?

Answer 1

Al revisar el artículo, el enfoque es la combustión dentro de un entorno cerrado con combustible y un oxidante.

Solo hay micro gravedad en el espacio. El calor aumenta preferentemente, pero como no hay un “aumento” en la micro gravedad. El artículo habla brevemente sobre este tema. En el espacio no hay una dirección preferencial para la disipación del calor. Tomemos el caso de un fuego de leña. La madera (combustible) se enciende y el oxígeno se extrae continuamente del fuego desde todas las direcciones a medida que el calor se empuja / libera hacia arriba, este déficit atrae más oxígeno y el ciclo continúa hasta que se agota el combustible.
En el espacio, no hay una corriente ascendente. El oxígeno se extrae a través de un mecanismo completamente diferente y el calor se empuja desde el centro hacia la propagación. De la literatura, parece que hay una mayor densidad de hollín creado dentro de la gota que altera significativamente la propiedad de la combustión.

Investigación de hollín en combustión de microgravedad en gotas.
http://www.sciencedirect.com/sci…
Los resultados indican que las concentraciones de hollín para las llamas de microgravedad de heptano (con fracciones de volumen máximo de hollín ≈60 ppm) son significativamente más altas que los valores correspondientes que se reportan para las llamas de gravedad normal (que generalmente son ∼1 ppm). Debido a que el hollín acumulado representa una combustión incompleta y también puede modificar el mecanismo de transferencia de calor al alterar las distribuciones de temperatura locales dentro de la región rica en combustible, los efectos de hollín pueden influir significativamente en el comportamiento de combustión en condiciones de microgravedad.

Mediciones con diodo láser de la concentración y la temperatura en la combustión por microgravedad http://iopscience.iop.org/0957-0…

Este libro es enteramente sobre la combustión de microgravedad.
Combustión de microgravedad: fuego en caída libre.
http://books.google.com/books?hl…

Answer 2

La respuesta de Robert es correcta; Una llama en condiciones de gravedad cero * es esférica. La llama alargada en la imagen de la mano izquierda se forma porque la llama calienta el aire circundante y los gases de combustión. A temperaturas más altas, estos gases tienen una densidad más baja que el aire ambiente y cuando actúan sobre un campo gravitatorio, aumentan. La circulación convectiva resultante alimenta la llama con oxígeno, arrastra los productos de la combustión y le da a la llama su forma alargada en la superficie de la Tierra. La llama alargada recibe oxígeno fresco del aire convectado en la zona de combustión de la llama; La llama esférica es alimentada por el proceso más lento de difusión. La difusión hacia el exterior de los gases de combustión puede limitar la difusión hacia el interior del oxígeno hasta el punto de que la llama de gravedad cero morirá poco tiempo después de la ignición. Esto proporcionó la base para un argumento de que el comportamiento de inflamabilidad de los materiales en las naves espaciales sería mejor que los mismos materiales en tierra. La realidad es que las naves espaciales ven flujos de baja velocidad asociados con el movimiento de naves espaciales, el funcionamiento del sistema HVAC, el movimiento de astronautas, el manejo del aire del equipo y los gradientes térmicos. Estos flujos de baja velocidad pueden ser suficientes para suministrar oxígeno a una llama y limitar la transferencia de calor por convección de la llama. El resultado, los incendios en las naves espaciales pueden encenderse con mayor facilidad, propagarse más rápido y ser más difíciles de suprimir que su corolario basado en tierra, exactamente contrario a las suposiciones del diseño de seguridad contra incendios de las naves espaciales.

* En general, no estamos hablando de gravedad cero, sino de la condición física de una nave espacial en continua caída libre. En altitudes orbitales, el campo gravitatorio de la Tierra es algo así como el 90% del valor de la superficie de la Tierra. El movimiento de una nave espacial en órbita actúa para anular el efecto de esta fuerza creando condiciones que imitan a las de la gravedad cero verdadera.

Answer 3

La convección boyante, que proporciona un oxidante para sostener y vigorizar los incendios en la tierra, está ausente en la ingravidez de una nave espacial en órbita de caída libre. En ausencia de convección, la difusión molecular del oxidante es el único medio de transporte de oxígeno a un fuego, y este es un proceso lento en comparación con la convección.

La llama de la vela es un sistema de combustión ideal en virtud de su simplicidad experimental y naturaleza de estado estable. Como se describirá más adelante, demuestra una serie de fenómenos que son exclusivos de la combustión por microgravedad. La superficie de la llama de la vela representa el lugar donde el vapor de combustible y el oxígeno se mezclan a alta temperatura y reaccionan de forma exotérmica. La transferencia de calor radiativa y conductiva de la llama funde la cera en la base de la vela. La cera líquida se eleva por acción capilar sobre la mecha, acercándola a la llama. Esta proximidad hace que la cera líquida se vaporice. Los vapores de cera luego se difunden hacia la superficie de la llama, descomponiéndose en una sopa de cientos de moléculas estables y radicales en el camino. El oxígeno de la atmósfera general migra hacia la superficie de la llama por difusión y convección, donde reacciona químicamente. La supervivencia y la ubicación de la superficie de la llama están determinadas por el requisito de que todos estos procesos se equilibren continuamente.

Answer 4

Pregunta bastante común. Una llama de vela en gravedad cero se ve así:

La gravedad normalmente hace que los gases suban o se hundan según la densidad, y eso a su vez es una función de la temperatura; Como regla general, los gases más fríos se hunden, los gases más calientes aumentan.

A medida que la vela se quema, el calor hace que la cera fundida se vaporice y luego se queme en un área pequeña alrededor de la mecha. En la Tierra, este volumen de cera vaporizada se elevará lejos de la mecha ya que todavía está ardiendo. Esto lleva la cera hacia arriba lejos de la fuente principal de calor a medida que se quema, hasta que una de las tres patas del triángulo de fuego se colapsa (sin combustible, sin oxígeno o con calor insuficiente para mantener la combustión). Esta convección de los gases calientes de la llama a su vez atrae aire más frío y más rico en oxígeno debajo de la llama, que la cera vaporizadora consume fácilmente en la llama. El resultado final es la familiar llama de lágrima, con una base azul más caliente y una punta amarilla más fría.

En microgravedad, esta convección no ocurre; una llama no aspira aire desde abajo y la expulsa por la parte superior del fuego. En cambio, la llama se produce en una frontera entre el combustible y el aire; efectivamente, toda la superficie de la llama es el “fondo”, reaccionando con aire fresco lo suficientemente cerca de la fuente de combustible para quemar, en una esfera áspera. De la misma manera, los gases de escape, principalmente el CO2, no “dejan” el área de combustión, sino que permanecen cerca de la llama. Esto reduce la concentración de oxígeno del aire circundante, disminuyendo la velocidad de combustión sostenida.

Por lo tanto, la propagación hacia afuera de un incendio en gravedad cero depende de una de tres cosas:

* La tasa de movimiento del aire más allá de una fuente de combustible puntual. Las corrientes de aire artificial, como las de los sistemas de ventilación, pueden causar convección artificial a medida que el aire más frío y rico en oxígeno pasa por una fuente de llama, desplazando el CO2 y aumentando la velocidad de combustión.

* La dispersión de combustible quemado en un espacio rico en aire. Un aerosol permitirá que la llama consuma gotas de combustible separadas sobre un volumen más amplio de aire y, por lo tanto, consuma el combustible a un ritmo más rápido.

* El encendido de una mezcla gaseosa de combustible-aire. Una fuga de algún hidrocarburo combustible como el metano en un espacio rico en oxígeno arderá rápidamente, en una deflagración o incluso en una detonación, dada una fuente de ignición.

Answer 5

Una llama es esférica en el espacio, a menos que una fuerza exterior la manipule.

(Izquierda: Una vela en la Tierra Derecha: Una vela en el espacio / gravedad cero)

Answer 6

Esta historia, como de costumbre, es un tanto confusa por la prensa popular.

La noción de que el fuego arde débilmente cuando no hay gravedad se conoce desde hace mucho tiempo. Se obtiene una llama esférica, porque no hay gravedad que arrastre aire más frío hacia la parte inferior mientras que el aire caliente sube. Usted obtiene solo la parte azul de la llama, sin la parte naranja más fría. Esto se sabe al menos desde 1996, cuando se realizaron experimentos sobre el Transbordador espacial Columbia:

http://discovermagazine.com/1996 …

Y otra historia con más detalles y fotos, de unos años más tarde:

http://science.nasa.gov/science-…

Lo que realmente está sucediendo es que la NASA está haciendo más experimentos con los detalles, para que pueda construir sistemas de extinción de incendios en el espacio. No están mirando las formas de las llamas, que ya sabían, sino las mejores maneras de apagarlas. No es como si pudieras abrir un rociador, como si pudieras en la Tierra.

Pero las bonitas bolas azules redondas hacen una mejor imagen visual, y esa es la parte que atrae la mayor parte de la atención.

Answer 7

Se vería como una esfera, y la llama solo durará unos instantes. De hecho, en microgravedad, los gases calientes (y más ligeros) producidos por la combustión no se elevan, lo que provoca tanto la forma como la vida útil corta. Sin convección, los gases cercanos a la mecha no se reemplazan, y una vez que se ha consumido el oxígeno, la combustión se detiene.

Answer 8

Sí, el fuego arde a la velocidad de un caracol sin gravedad (gracias a Pete Van der Goore, consulte … http://www.space.com/13766-inter …).

En presencia de la gravedad, el gas caliente producido por la combustión es menos denso, por lo que se eleva y el aire fresco se precipita desde abajo. Esto trae un flujo constante de oxígeno para alimentar el fuego. En gravedad cero, el fuego obtiene un goteo comparativo de oxígeno a través de la difusión molecular.

La razón por la que una llama se inclina hacia su dedo puede deberse al efecto Bernoulli.

Answer 9

El fuego arde de manera diferente en el espacio , muestra el experimento de la estación espacial . … Cuando las llamas arden en la Tierra, los gases calientes se elevan del fuego , extraen oxígeno y expulsan los productos de combustión. En microgravedad, los gases calientes no suben. Así que un proceso completamente diferente, llamado difusión molecular, impulsa la llama.

Answer 10

Al igual que se quema en la gravedad no cero . Puede variar la disponibilidad de la demanda de oxígeno .

En gravedad cero, está teniendo un suministro constante de oxígeno , debido a que no hay efecto del viento. De ahí que tenga forma de llama definida.

Referencia: Robert Frost responde de esta misma pregunta.

Answer 11

Hace que la llama de la vela suba .

El gas caliente en la llama de la vela es menos denso que el aire frío que lo rodea. Ambos son atraídos por la gravedad, pero atrae el aire frío hacia abajo con un poco más de fuerza, lo que desplaza el gas caliente hacia arriba.

Answer 12

Como se vio en los videos anteriores, el fuego no dura mucho en gravedad cero: en ausencia de gravedad, no hay corrientes de convección y el CO2 se acumula alrededor del núcleo de combustión. El oxígeno no estará disponible para los procesos de combustión y el fuego se extinguirá.

Answer 13

La forma familiar de una llama de vela es un efecto de flotabilidad causado por la menor densidad del gas calentado en la llama con respecto a la temperatura ambiente del aire circundante. Aquí hay una foto de una llama de vela en gravedad normal junto a la misma en gravedad cero.
.

Answer 14

En la tierra,

El fuego simplemente decide mantenerse erecto aunque se invierta la cerilla porque el aire caliente es menos denso que el aire frío. Vemos que los iones en el aire se excitan térmicamente para crear un aire más ligero (que es menos denso) ya que esta burbuja de aire excitada es menos densa, viene por encima del aire frío y se mantiene erguida (debido a la flotabilidad).

Bueno, ya que hay gravedad cero en este caso, la flotabilidad está fuera de la imagen.

El fuego no se mantendrá erecto, sino que se extenderá uniforly (hacia afuera) en todas las direcciones, causando una esfera de fuego.

Answer 15

Video completo aquí:
Versión alternativa (ángulo más amplio):

Answer 16

por supuesto, esto es lo que sucede cuando enciendes un fuego en el espacio

Answer 17

En resumen, no lo hace.

El fuego no puede arder sin oxígeno. Sin embargo, digamos que tenías una nave espacial que sufrió una explosión, solo dispararía por uno o dos segundos, hasta que todo el oxígeno desapareciera o se dispersara en el cosmos.

Answer 18

Ya ha habido experimentos estudiando fuego y llamas bajo cero G.

Aquí está el artículo de wikipedia:
Llama

Answer 19

Se vería así, a partir de un video de la NASA: