Descrição da Experiência da Simulação de Microgravidade com uma Chama

Experiência da Vela

Curso de FAP 459, IFUSP, 2o. Semestre de 2003
Alunos: Ariovaldo Ribeiro, Matteo Nava, Margarete Monteiro dos Santos

Objetivo:
Verificar a variação do formato da chama de uma vela num ambiente de microgravidade.

Introdução:
Foi realizado um experimento de simulação de microgravidade utilizando-se um dispositivo de fácil construção, conforme descrito adiante. Foi proposto o estudo da variação da forma da chama de uma vela. O experimento foi gravado para viabilizar sua posterior análise com imagem em velocidade reduzida. Hipóteses foram levantadas e os conceitos envolvidos foram discutidos em sala de aula até alcançar um modelo plausível a todos.

Estudo da Chama Sob Gravidade Normal g:
Na figura 1 a seguir podemos observar a imagem de uma vela acesa, figura 1, nesta imagem é possível observar que a vela ha uma característica forma a gota. A forma a gota da chama da vela depende dos fenômenos convectivos envolvidos no processo de combustão da vela, como é possível observar na figura 2, ha uma representação esquemática do fenômeno físico convectivo, devido a menor densidade dos gases combustos estes tendem a subir. A forma a gota é causada pelos gases gerados nas laterais do estopim que inicialmente saem horizontalmente mas devido a menor densidade tendem a subir, estes se unem na área central da chama e tendem a se aproximar cada vez mais ao longo da subida. Devido ao moto ascensional do ar quente há um aporto de ar mais fresco e rico em oxigênio das partes inferiores da chama, como é possível observar na figura 3.

Fig. 1 - Imagem de uma chama de vela acesa sob gravidade g

Fig. 2 - Esquema representatando os fenômenos físicos envolvidos

Fig. 3 - Movimento de aporto de novo axigenio para a chama

Estudo da Chama Sob Ambiente de Microgravidade:
Na figura 4 há a seqüência de imagens capturadas durante uma simulação em laboratório de uma experiência de microgravidade. É possível observar que a partir da foto C, que corresponde ao inicio da experiência a chama da vela cada vez mais perde a sua forma a gota esticada ficando cada vez mais esférica, na foto f. Nas fotos sucessivas a chama tende a desaparecer cada vez mais.

Fig. 4 - Seqüência de imagens da chama da vela sob microgravidade.

A figura 5 evidencia o momento no qual a chama esta na sua forma esférica completa antes de começar a se apagar.
O desligamento da chama da vela é causado pela ausência de gravidade, desta forma os gases combustos mais leves não sobem mais pois não há mais a força de gravidade interagindo com o ar em proximidade da chama da vela. Desta forma há uma combustão uniforme, esférica da vela, ate extinguir todo o oxigênio presente na região do estopim, que por causa da falta de um movimento convectivo não é substituído por outro presente nas regiões próximas como no caso anterior.

Fig. 5 - Combustão da chama da vela sob microgravidade.

Referências:
Experimento do Professor Rui da Disciplina de Computador e Vídeo.
Site de Microgravidade da Nasa