Os pesquisadores desenvolveram um novo método baseado em laser que fornece uma visão sem precedentes de sprays, como os usados ​​para combustão de combustível líquido em veículos, motores de navios e aviões. A técnica pode fornecer novos insights sobre esses sprays atomizadores, que também são usados ​​em uma variedade de processos industriais, como pintura e produção de alimentos em pó e medicamentos.

"Desenvolvemos um novo método de imagem para entender melhor a transição do líquido para o gás que ocorre antes da combustão do combustível, "disse o líder da equipe de pesquisa, Edouard Berrocal, da Divisão de Física da Combustão, Departamento de Física da Universidade de Lund na Suécia. "Esta informação pode ser usada para desenvolver estratégias de injeção de combustível mais inteligentes, melhor mistura combustível-ar, combustão mais eficiente e, em última análise, reduzir as emissões de poluentes de dispositivos de combustão normalmente usados ​​para transporte. "

No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, Berrocal e colegas da Divisão de Física Atômica do Departamento de Física descrevem uma nova abordagem que combina raios-x e fluorescência induzida por laser para observar e quantificar fenômenos de pulverização atomizante que não eram acessíveis anteriormente. As imagens de fluorescência fornecem detalhes sobre a forma do líquido pulverizado, incluindo seu tamanho e forma, enquanto as radiografias de raios-X quantificam como o líquido é distribuído.

"Usualmente, imagens de sprays atomizadores são borradas e não contêm informações sobre o interior do spray, "disse Diego Guénot, primeiro autor do artigo. "Nossa nova abordagem de imagem resolve esses problemas e pode até mesmo detectar menores quantidades de líquido do que jamais foi detectado antes com raios-x."

Vendo em um spray

Os sprays são muito difíceis de visualizar com luz normal porque seus milhares de pequenas gotículas espalham a luz em todas as direções. Feixes de raios X, Contudo, também são absorvidos, tornando possível medir a quantidade de líquido presente, detectando a quantidade de radiação de raios X transmitida através do spray.

Este tipo de análise geralmente requer raios-x gerados por grandes síncrotrons, que estão disponíveis apenas em algumas instalações especializadas em todo o mundo. Contudo, os pesquisadores superaram essa barreira usando um novo acelerador de plasma a laser de mesa desenvolvido pela equipe de Olle Lundh na Divisão de Física Atômica. Ele foi projetado para produzir raios-x personalizados para imagens de raios-X de alta resolução e resolução temporal.

"Embora sejam muito menores do que um síncrotron, os novos aceleradores de laser produzem raios-x na faixa de energia certa para serem absorvidos por líquidos e podem entregá-los em pulsos de femtossegundos que essencialmente congelam o movimento do spray para geração de imagens, "disse Lundh." Além disso, o fluxo de raios-X é alto o suficiente para produzir um bom sinal em uma ampla área. "

No acelerador de plasma a laser, os raios X são gerados focalizando um pulso de laser de femtossegundo intenso em um gás ou plasma pré-formado. Os pesquisadores também usaram esses pulsos de laser de femtossegundos para realizar imagens de fluorescência de dois fótons. Esta abordagem de fluorescência é frequentemente usada em microscopia de ciências biológicas para fornecer imagens de alto contraste de áreas submilimétricas, mas raramente tem sido usada para sprays de imagem, que geralmente requerem uma área de imagem de alguns centímetros quadrados.

"A imagem de dois fótons de uma área relativamente grande requer mais energia, pulsos de laser ultracurtos, "disse Berrocal." O fato de termos usado um feixe de laser de femtossegundo intenso para gerar raios-X significava que podíamos realizar simultaneamente imagens de raios-X e fluorescência de dois fótons. Realizar essas duas modalidades de imagem ao mesmo tempo com uma área visualizada relativamente grande nunca foi feito antes. "

Obtendo uma visão clara

Os pesquisadores primeiro testaram a técnica gerando raios-x e colocando um spray na frente da câmera de raios-X. Com a primeira imagem, ficou imediatamente aparente que o spray podia ser claramente visualizado. Os pesquisadores então modificaram a configuração para adicionar a imagem de fluorescência de dois fótons. O uso da técnica combinada para criar imagens de jatos de água criados por um injetor de combustível automotivo produziu uma sensibilidade de medição mais alta do que a obtida com as grandes fontes de raios-X síncrotron.

"Esta abordagem de imagem tornará o estudo de sprays muito mais fácil para pesquisadores acadêmicos e da indústria, porque eles serão capazes de realizar estudos, não apenas no punhado de instalações do síncrotron, mas também em vários laboratórios de aceleradores de plasma a laser em todo o mundo ", explicou Guénot.

Os pesquisadores planejam expandir a técnica para obter imagens 3-D de sprays e estudar como eles evoluem ao longo do tempo. Eles também querem aplicá-lo a sprays mais desafiadores e realistas, como sprays de injeção direta de biodiesel ou etanol, bem como para sistemas de spray usados ​​em turbinas a gás.