Novas visualizações 3D que revelam como as chamas respondem a campos elétricos podem ajudar a melhorar a eficiência da combustão e reduzir a poluição.

A capacidade de controlar as chamas com precisão pode levar a uma maior eficiência energética e a menos emissões prejudiciais do transporte e da indústria. As chamas contêm íons carregados e elétrons, que pode ser manipulado usando eletricidade. Os pesquisadores da KAUST produziram agora as primeiras visualizações detalhadas em 3-D de ventos iônicos fluindo de uma chama em resposta a campos elétricos diretos (DC) e alternados (AC).

Minsuk Cha e colegas de trabalho desenvolveram anteriormente um modelo teórico explicando como os íons em uma chama respondem a campos elétricos. Para seu último trabalho, os pesquisadores ejetaram uma mistura de metano e ar através de um bico de chama a jato posicionado entre dois eletrodos. Eles iluminaram a chama usando um laser de íon-argônio e detectaram a luz espalhada para rastrear o movimento de partículas individuais através da chama - uma técnica chamada velocimetria de imagem de partícula ou PIV. Para melhorar esta visualização, eles tiveram que adicionar às partículas de semeadura reflexivas da chama feitas de óxido de titânio e óleo.

"A propagação de partículas para a chama ambiente foi bastante difícil, "diz Cha." Usamos um gerador de fumaça, mas tivemos que controlar o tempo de geração de fumaça com muito cuidado para não perturbar o fluxo principal. Foi uma etapa que consumiu muito tempo e exigiu muita paciência. "

Os pesquisadores adquiriram imagens que revelam detalhes sem precedentes de como a dinâmica da chama responde à eletricidade. Quando eles usaram um campo DC, a chama foi visualmente inclinada em direção ao eletrodo negativo porque os íons positivos (que superam em muito os íons negativos na chama) foram atraídos dessa forma (veja a imagem).

Contra-intuitivamente, Contudo, o vento iônico soprou em direção a ambos os eletrodos, indicando um papel importante para íons negativos. Em um campo AC, a dinâmica do vento iônico dependia da frequência AC aplicada, embora apenas em baixas frequências. Esses ventos iônicos podem influenciar o processo de combustão, permitindo uma redistribuição controlada de calor e produtos de combustão por convecção.

Cha diz que espera que este trabalho possa ter um impacto muito positivo no projeto futuro de máquinas geradoras de chamas. Mais importante, não exigiria a construção de equipamentos industriais completamente novos, como Cha explica:

"A beleza deste método é que ele pode ser adaptado - ele pode ser adicionado como um método de controle ativo para qualquer sistema de combustão pré-existente. Dependendo da configuração do sistema e do tipo de combustão que precisamos controlar, poderíamos usar nosso conhecimento e compreensão para descobrir os locais apropriados dos eletrodos e escolher os melhores parâmetros operacionais, como voltagem ou frequência. "