Las nuevas visualizaciones en 3-D que revelan cómo responden las llamas a los campos eléctricos podrían ayudar a mejorar la eficiencia de la combustión y reducir la contaminación.

La capacidad de controlar con precisión las llamas podría conducir a una mayor eficiencia energética y menos emisiones nocivas del transporte y la industria. Las llamas contienen iones y electrones cargados, que se puede manipular con electricidad. Los investigadores de KAUST ahora han producido las primeras visualizaciones tridimensionales detalladas de los vientos iónicos que fluyen de una llama en respuesta a campos eléctricos directos (CC) y alternos (CA).

Minsuk Cha y sus colaboradores desarrollaron previamente un modelo teórico que explica cómo los iones de una llama responden a los campos eléctricos. Por su último trabajo, los investigadores expulsaron una mezcla de metano y aire a través de una boquilla de chorro de llama colocada entre dos electrodos. Iluminaron la llama usando un láser de iones de argón y detectaron la luz dispersa para rastrear el movimiento de partículas individuales a través de la llama, una técnica llamada velocimetría de imagen de partículas o PIV. Para mejorar esta visualización, tuvieron que agregar a la llama partículas de siembra reflectantes hechas de óxido de titanio y aceite.

"La siembra de partículas a la llama ambiental fue bastante difícil, "dice Cha." Usamos un generador de humo, pero tuvimos que controlar la sincronización de la generación de humo con mucho cuidado para no perturbar el flujo principal. Fue un paso que requirió mucho tiempo y mucha paciencia ".

Los investigadores adquirieron imágenes que revelan detalles sin precedentes de cómo la dinámica de las llamas responde a la electricidad. Cuando usaron un campo DC, la llama se inclinó visualmente hacia el electrodo negativo porque los iones positivos (que superan ampliamente en número a los iones negativos en la llama) fueron atraídos de esa manera (ver imagen).

Contraintuitivamente, sin embargo, el viento iónico sopló hacia ambos electrodos, indicando un papel importante para los iones negativos. En un campo de CA, la dinámica del viento iónico dependía de la frecuencia de CA aplicada, aunque solo a bajas frecuencias. Estos vientos iónicos podrían influir en el proceso de combustión al permitir una redistribución controlada del calor y los productos de combustión por convección.

Cha dice que espera que este trabajo pueda tener un impacto muy positivo en el diseño futuro de la maquinaria generadora de llamas. Más importante, no requeriría la construcción de equipos industriales completamente nuevos, como explica Cha:

"La belleza de este método es que se puede adaptar, se puede agregar como un método de control activo para cualquier sistema de combustión preexistente. Dependiendo de la configuración del sistema y el tipo de combustión que necesitamos controlar, Podríamos utilizar nuestro conocimiento y comprensión para determinar las ubicaciones adecuadas de los electrodos y elegir los mejores parámetros operativos, como voltaje o frecuencia ".