Un método de análisis desarrollado recientemente puede detectar radicales hidroxilo (OH) con una sensibilidad sin precedentes. Debido a que el OH es un componente crítico en los procesos de combustión que impulsan la mayoría de los vehículos, El nuevo enfoque podría impulsar el desarrollo de nuevos tipos de motores y combustibles que serían más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

"En los EE.UU., la combustión produce el 60 por ciento de nuestra electricidad y alimenta el 90 por ciento del transporte terrestre y casi toda la aviación, "dijo el investigador principal, Shengkai Wang, investigadora postdoctoral en ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford. "La capacidad de examinar los procesos de combustión y comprenderlos a un nivel más fundamental ayudaría en el desarrollo de estrategias de combustión de próxima generación que pueden aumentar la eficiencia y reducir la contaminación". " él dijo.

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , Wang y Ronald K. Hanson, profesor de ingeniería mecánica en Stanford, informan de un enfoque basado en espectroscopía que detectó niveles de radicales OH al menos cuatro veces más bajos que el mejor método anterior utilizado para analizar OH. Entre cientos de entidades moleculares involucradas en reacciones de combustión, OH es el más importante porque determina si el combustible se quemará y con qué rapidez.

"OH es extremadamente difícil de medir, especialmente en los entornos dinámicos y ruidosos de la combustión de combustible, porque es altamente reactivo y está presente en concentraciones muy bajas, ", dijo Wang." Nuestro enfoque allana el camino para la detección práctica de OH en el rango de partes por mil millones ".

El nuevo enfoque también podría ser útil para aplicaciones como el estudio de la química atmosférica, donde OH es un actor clave en la formación y el agotamiento del ozono, Dijo Wang.

Avances en la tecnología de motores y combustibles

Un cuello de botella para comercializar nuevos tipos de motores o combustibles optimizados es que su química de combustión no se comprende completamente debido a la falta de métodos de análisis sensibles. Para resolver este problema, Wang y su colega desarrollaron una técnica conocida como espectroscopia de modulación de frecuencia utilizando luz ultravioleta (UV).

La espectroscopia funciona al hacer brillar un rayo láser a través del gas de prueba, donde las moléculas absorberán parcialmente la luz. El análisis de la luz que sale de la muestra de gas puede determinar exactamente qué moléculas, y sus cantidades, estuvieron presentes. Sin embargo, La medición espectroscópica de OH no es una tarea trivial. Las cantidades extremadamente bajas de OH presentes en las reacciones de combustión, combinado con altas temperaturas de reacción y diversas fuentes de ruido como vibraciones mecánicas y turbulencia de gas, hacen que la detección práctica de OH sea muy difícil.

En lugar de utilizar una longitud de onda láser, La espectroscopia de modulación de frecuencia examina las diferencias en la absorción de luz entre múltiples longitudes de onda, permitiendo restar cualquier ruido común entre las lecturas. El método también cambia la señal proveniente de la absorción de OH a una frecuencia más alta, eliminando así cualquier desviación de baja frecuencia que desafíe la medición de OH.

"La idea general de la espectroscopia de modulación de frecuencia existe desde hace un tiempo, pero somos los primeros en demostrar su aplicabilidad para detectar OH en este rango de longitud de onda particular, ", dijo Wang." Una razón por la que esto no se ha hecho antes es que la fuente de láser UV de alta calidad necesaria para medir la absorción de OH estuvo disponible muy recientemente ".

Los investigadores probaron su nuevo enfoque al estudiar la reacción de combustión de un combustible representativo, iso-octano, en un reactor controlado. Pudieron lograr una absorbancia mínima detectable de 3,0 X 10 ^-4 a una temperatura de 1330 K. Esto equivale a detectar 85 partes por mil millones de OH en una longitud óptica de 15 cm y es cuatro veces mejor que el mejor registro informado anteriormente.

Como siguiente paso, los investigadores planean incorporar mejores componentes ópticos, que dicen que podría mejorar la sensibilidad en otro orden de magnitud. También quieren hacer que el equipo sea más portátil para que pueda transportarse en un carro a varias instalaciones de prueba especializadas. Un sistema portátil también les permitiría utilizar el enfoque para realizar mediciones en condiciones prácticas del motor y eventualmente adaptar el método para realizar mediciones en motores y cámaras de combustión realistas.