Os pesquisadores usaram uma nova técnica de imagem de luz infravermelha próxima para capturar as primeiras imagens transversais de dióxido de carbono na pluma de exaustão de um motor a jato comercial. Essa nova tecnologia de última geração pode ajudar a acelerar a pesquisa de combustão de turbinas com o objetivo de desenvolver motores e combustíveis de aviação mais ecológicos.
"Esta abordagem, que chamamos de tomografia de espécies químicas, fornece informações espacialmente resolvidas em tempo real para as emissões de dióxido de carbono de um motor comercial em larga escala", disse o líder da equipe de pesquisa Michael Lengden, da Universidade de Strathclyde, no Reino Unido. já estava disponível antes nesta escala industrial e é uma grande melhoria em relação à atual medição de emissões padrão da indústria, que envolve levar o gás do escapamento para um sistema analisador de gás em um local diferente."

Os pesquisadores relatam a nova pesquisa em Applied Optics . A tomografia de espécies químicas funciona muito como as tomografias computadorizadas baseadas em raios-X usadas na medicina, exceto que usa luz laser infravermelha próxima sintonizada no comprimento de onda de absorção de uma molécula alvo e requer velocidades de imagem muito rápidas para capturar os processos dinâmicos de combustão.

"A indústria da aviação é um dos principais contribuintes para as emissões globais de dióxido de carbono, por isso há uma necessidade de melhorar radicalmente as tecnologias de turbinas e combustíveis", disse Lengden. “Ao fornecer medições de emissões totalmente validadas, nosso novo método pode ajudar a indústria a desenvolver uma nova tecnologia que reduz o impacto ambiental da aviação”.

Emissões de imagens de motores de avião

Até agora, era impossível imaginar a combustão de turbinas em plataformas de teste contendo um grande motor de avião. Para resolver esse problema, quatro grupos de pesquisa de instrumentação no Reino Unido se uniram para combinar seus conhecimentos em medição de espécies de gás em ambientes hostis, tomografia de espécies químicas e desenvolvimento de fontes ópticas. Essas equipes trabalharam com parceiros industriais para desenvolver tecnologia que fosse prática para pesquisa e desenvolvimento industrial

"As equipes viram uma oportunidade de desenvolver instrumentação líder mundial para a indústria aeroespacial e entender as emissões e melhorias de desempenho de motores de grande escala", disse Lengden. "Com a tomografia de espécies químicas, agora podemos começar a 'ver' os detalhes químicos da combustão em um motor de avião de produção real."

Após anos de trabalho para ajustar as relações sinal-ruído, métodos de aquisição de dados, técnicas de imagem e fontes ópticas, os pesquisadores criaram a primeira instalação capaz de adquirir medições de emissões industriais em larga escala de um motor de avião comercial.

Para realizar a tomografia de espécies químicas, 126 feixes de luz laser infravermelho próximo são emitidos através do gás de todos os lados em vários ângulos de forma que não perturbe o fluxo de gás. Capturar adequadamente o escapamento de um motor de avião comercial requer imagens de uma área de até 1,8 m de diâmetro. Para capturar isso, os componentes de imagem foram montados em uma estrutura de 7 m de diâmetro localizada a apenas 3 m do bocal de saída do motor. Os pesquisadores usaram 126 feixes ópticos para atingir uma resolução espacial de cerca de 60 mm na região central do escapamento do motor.

"A metodologia de medição muito refinada que usamos exigia um conhecimento requintado de espectroscopia de dióxido de carbono e os sistemas eletrônicos que fornecem dados muito precisos", disse Lengden. “Além disso, um método matemático muito sofisticado teve que ser desenvolvido para calcular cada imagem de espécie química a partir das absorções medidas dos 126 feixes diferentes que usamos”.

Capturando a combustão em grande escala

Os pesquisadores usaram essa configuração em larga escala para realizar tomografia de espécies químicas de dióxido de carbono produzido pela combustão em uma moderna turbina a gás Rolls-Royce Trent. Esses motores são normalmente usados ​​em aeronaves de longo curso e contêm um combustor com 18 injetores de combustível dispostos em círculo. Para os testes, os pesquisadores registraram dados em taxas de quadros de 1,25 Hz e 0,3125 Hz enquanto o motor era operado em toda a faixa de empuxo.

As imagens resultantes mostraram que, em todos os níveis de empuxo, uma estrutura em anel de alta concentração de dióxido de carbono estava presente na região central do motor. Havia também uma região elevada no meio da pluma, provavelmente devido ao formato do motor.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para adaptar o novo instrumento para permitir a medição quantitativa e a geração de imagens de outros produtos químicos produzidos pela combustão de turbinas nos setores de geração de energia aeroespacial e industrial e para capturar imagens de temperatura. Isso permitirá que engenheiros e cientistas desenvolvam novas turbinas e combustíveis para entender melhor o processo de combustão para tecnologias atuais e futuras. + Explorar mais

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