Quimiluminescência Mestrado em Ciências Mecânicas Métodos Experimentais em Ciências Mecânicas Armando Caldeira Pires

Transcrição

1 Luminiscência Quimiluminescência

2 Luminescência Após excitarmos uma espécie química, esta pode emitir luz ao desexcitar. O comprimento de onda da luz emitida vai depender do nível para o qual o electrão transitou quando foi excitado, e para o qual ele regressará.

3 Tipos de Luminescência três tipos de processos de produção de luz fria : Fosforescência Fluorescência Quimiluminescência Quimiluminescência Qi il i i é a produção de luz a partir de uma reacção química, em excesso em relação à radiação de corpo negro esperada desse corpo. Daí ser frequentemente referida como luz fria.

4 Mecanismo de Emissão de Luz nm C 2 * C 2 Fotão Emitido E= h Fonte de excitação Tempo de relaxamento Fosforescência Fluorescência Fotoindução ~ minutos Quimiluminescência Reacção química ms ~ ns

5 Fotoluminescência i Exemplos: Fluorescência Fosforescência

6 Quimiluminescência Quando, numa reação química duas ou mais espécies reagem entre si por vezes surgem nos produtos da reação uma espécie que se encontra excitada e pode emitir luz ao se desexcitar. A + B C* + D C* C + h

7 Quimiluminescência Bioluminescência Existem na Natureza animais, plantas e bactérias que contêm enzimas capazes de produzir reações químicas que emitem luz.

8 Quimiluminescência Chamas A Quimiluminescência está intrisicamente ligada à cinética química que suporta o processo de combustão As espécies químicas que provocam essa luz, em chamas limpas, são principalmente o C 2, CH e OH.

9 Quimiluminescência Passos da reação de maior intencidade QL 516 nm Luminosidade da Chama 431 nm 308 nm

10 Luminosidade da Chama Espectro Exemplo do espectro de luz de uma chama azul. OH*, CH* e C 2 * são os principais radicais quimiluminiscentes

11 Comprimentos de onda emitidos Radicais e produtos da combustão comuns : Espécie OH* Comprimentos de onda (nm) 308 nm NH* 336 CN* 359, 386 CH* 390, 431 C 2 * , nm 513 nm CH 2 O* 395, 423 CO 2 * Banda de emissão

12 A Técnica Espécies quimiluminiscentes formadas durante o processo de Combustão podem dar informações importantes sobre esse mesmo processo de Combustão. It Intensidade idd de emissão é proporcional à concentração de radicais Existência i ou não de reação Identificação da posição da frente de chama

13 A Técnica Dependência Linear da quimiluminiscência com a vazão de combustível, para um mesmo regime de escoamento (Clark, 1958). Dependência com a razão de equivalência (Clark, 1958). Quimiluminescência mínima de CH e máxima de C2 para zonas ricas da razão de equivalência. Como é que esta informação pode ser usada?

14 A Técnica concentração de OH*, C 2 * e CH* Proporcional à taxa de reacção razão de OH* / CH* razão de C2* / CH* razão de OH* / C2* Proporcional à razão de equivalência i Modelos tendem a falhar em zonas onde a chama é sujeita a elevadas taxas de estiramento e curvatura (Teod. 2004)

15 A Técnica Resolução espacial das medidas de emissão de radicais coincidem com a zona de reação devido ao tempo de vida curto dos radicais. Tempo de vida (s) C 2 * 10-7 CH* 10-5 OH* 10-7 MAS Medidas são normalmente feitas ao longo de uma linha de integração. Medidas locais são mais difíceis. i

16 Aplicação da Técnica a Combustão não Estacionária Necessidades Elevada Resolução Temporal Elevada Resolução Espacial PM t~ns Optica de Cassegrain

17 Medidas Locais Sistema de Focagem : z Lente Esférica l Espelhos de Cassegrain Elevada Resolução Espacial Resolu ução Espacia from Beduneau & Ikeda (2002)

18 Medidas Locais Sonda com Lente Esférica Sonda com óptica de Cassegrain Indices de refracção dependem de : - aberrações cromáticas Dimensões do Volume de Controle: - aberrações geométricas

19 Intensidade cromática Fibra Optica Lente Colimadora Filtro de interferência C 2 *(513 nm) PMs Espelho Dicroico Filtro de interferência OH* (308nm)

20 Exemplo de Aplicação (1) I/P I/P = const. I P CH* e OH I/P = m + b I = P(m + b) C 2 *

21 Exemplo de Aplicação (1) cont. I 1 / I 2 = m + b à priori > m > resolução (C2/OH) mas quanto mais pobre o regime < I(C2)

22 Exemplo de Aplicação (11) Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen

23 Exemplo de Aplicação (11) cont. Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen

24 Exemplo de Aplicação (111) Resolução Temp. Esp. [t] [t] [x] e [x] Spherical lens _? Langmuir Probe Cassegrain Optics +?

25 Exemplo de Aplicação (11I) cont.

26 References Beduneau, J.-L. & Ikeda, Y. (2002), Application of Laser Ignition on Laminar Flame Front Structure Investigation. Presented in the 11th symposium of Applications of Lasers Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal. Clark, T. (1958). Studies of OH,CO and C2 radiation from laminar and turbulent propane-air and ethylene-air flames. NACA Technical notes 4266.