Los investigadores han utilizado una nueva técnica de imagen de luz infrarroja cercana para capturar las primeras imágenes transversales de dióxido de carbono en la columna de escape de un motor a reacción comercial. Esta nueva tecnología de vanguardia podría ayudar a acelerar la investigación sobre la combustión de turbinas destinada a desarrollar motores y combustibles de aviación que sean más respetuosos con el medio ambiente.

"Este enfoque, que llamamos tomografía de especies químicas, proporciona información resuelta espacialmente en tiempo real para las emisiones de dióxido de carbono de un motor comercial a gran escala", dijo el líder del equipo de investigación Michael Lengden de la Universidad de Strathclyde en el Reino Unido. estado disponible antes a esta escala industrial y es una gran mejora con respecto a la medición de emisiones estándar de la industria actual, que implica llevar el gas del escape a un sistema de análisis de gas en una ubicación diferente".

Los investigadores informan de la nueva investigación en Óptica aplicada . La tomografía de especies químicas funciona de manera muy similar a las tomografías computarizadas basadas en rayos X que se usan en medicina, excepto que utiliza luz láser de infrarrojo cercano ajustada a la longitud de onda de absorción de una molécula objetivo y requiere velocidades de imagen muy rápidas para capturar los procesos dinámicos de combustión.

"La industria de la aviación es uno de los principales contribuyentes a las emisiones globales de dióxido de carbono, por lo que es necesario que las tecnologías de turbinas y combustible mejoren radicalmente", dijo Lengden. "Al proporcionar mediciones de emisiones completamente validadas, nuestro nuevo método podría ayudar a la industria a desarrollar una nueva tecnología que reduzca el impacto ambiental de la aviación".

Imágenes de las emisiones de los motores de los aviones

Hasta ahora ha sido imposible obtener imágenes de la combustión de una turbina en plataformas de prueba que contengan un gran motor de avión. Para resolver este problema, cuatro grupos de investigación de instrumentación en el Reino Unido se unieron para combinar su conocimiento en la medición de especies de gases en entornos hostiles, la tomografía de especies químicas y el desarrollo de fuentes ópticas. Estos equipos trabajaron con socios industriales para desarrollar tecnología que sería práctica para la investigación y el desarrollo industrial

"Los equipos vieron la oportunidad de desarrollar instrumentación líder en el mundo para la industria aeroespacial y de comprender las emisiones y las mejoras de rendimiento de los motores a gran escala", dijo Lengden. "Con la tomografía de especies químicas, ahora podemos comenzar a 'ver' los detalles químicos de la combustión en un motor de avión de producción real".

Después de años de trabajo para ajustar con precisión la relación señal/ruido, los métodos de adquisición de datos, las técnicas de imagen y las fuentes ópticas, los investigadores crearon la primera instalación capaz de adquirir mediciones de emisiones industriales a la gran escala de un motor de avión comercial.

Para realizar la tomografía de especies químicas, 126 haces de luz láser de infrarrojo cercano se proyectan a través del gas desde todos los lados en muchos ángulos de una manera que no perturba el flujo de gas. La captura adecuada de los gases de escape del motor de un avión comercial requiere obtener imágenes de un área de hasta 1,8 m de diámetro. Para capturar esto, los componentes de imagen se montaron en un marco de 7 m de diámetro ubicado a solo 3 m de la boquilla de salida del motor. Los investigadores utilizaron 126 haces ópticos para lograr una resolución espacial de unos 60 mm en la región central del escape del motor.

"La metodología de medición muy refinada que utilizamos exigió un conocimiento exquisito de la espectroscopia de dióxido de carbono y los sistemas electrónicos que proporcionan datos muy precisos", dijo Lengden. "Además, se tuvo que desarrollar un método matemático muy sofisticado para calcular la imagen de cada especie química a partir de las absorciones medidas de los 126 haces diferentes que usamos".

Capturar la combustión a gran escala

Los investigadores utilizaron esta configuración a gran escala para realizar una tomografía de especies químicas del dióxido de carbono producido por la combustión en una moderna turbina de motor de gas Rolls-Royce Trent. Estos motores se utilizan normalmente en aviones de larga distancia y contienen una cámara de combustión con 18 inyectores de combustible dispuestos en círculo. Para las pruebas, los investigadores registraron datos a velocidades de cuadro de 1,25 Hz y 0,3125 Hz mientras el motor funcionaba en todo el rango de empuje.

Las imágenes resultantes mostraron que, en todos los niveles de empuje, estaba presente una estructura anular de alta concentración de dióxido de carbono en la región central del motor. También había una región elevada en el medio de la columna, que probablemente se debió a la forma del motor.

Los investigadores ahora están trabajando para adaptar el nuevo instrumento para permitir la medición cuantitativa y la obtención de imágenes de otros productos químicos producidos por la combustión de turbinas en los sectores de generación de energía industrial y aeroespacial, y para capturar imágenes de temperatura. Esto permitirá a los ingenieros y científicos que desarrollan nuevas turbinas y combustibles comprender mejor el proceso de combustión para las tecnologías actuales y futuras. + Explora más

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