Quimiluminescência

1. Luminiscência Quimiluminescência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004

2. Luminescência • Após excitarmos uma espécie química, esta pode emitir luz ao desexcitar. • O comprimento de onda da luz emitida vai depender do nível para o qual o electrão transitou quando foi excitado, e para o qual ele regressará.

3. Tipos de Luminescência três tipos de processos de produção de “luz fria”: Fosforescência Fluorescência Quimiluminescência Quimiluminescência é a produção de luz a partir de uma reacção química, em excesso em relação à radiação de corpo negro esperada desse corpo. Daí ser frequentemente referida como “luz fria”.

4. Fonte de excitação Fotoindução Tempo de relaxamento ~ minutos Reacção química ms ~ ns Mecanismo de Emissão de Luz 516 nm + C2* C2 Fotão Emitido E= h Fosforescência Fluorescência Quimiluminescência

5. Fotoluminescência Exemplos: Fosforescência Fluorescência

6. A + B  C* + D Quimiluminescência • Quando, numa reação química duas ou mais espécies reagem entre si por vezes surgem nos produtos da reacção uma espécie que se encontra excitada e pode emitir luz ao se desexcitar. C*  C + h

7. Quimiluminescência Bioluminescência • Existem na Natureza animais, plantas e bactérias que contêm enzimas capazes de produzir reacções químicas que emitem luz.

8. Quimiluminescência Chamas • A Quimiluminescência está intrisicamente ligada à cinética química que suporta o processo de combustão • As espécies químicas que provocam essa luz, em chamas limpas, são principalmente o C2, CH e OH.

9. 516 nm Luminosidade da Chama 431 nm 308 nm Quimiluminescência • Passos da reacção de maior intencidade QL

10. Luminosidade da Chama – Espectro Exemplo do espectro de luz de uma chama azul. OH*, CH* e C2* são os principais radicais quimiluminiscentes

11. Comprimentos de onda emitidos • Radicais e produtos da combustão comuns : 308 nm 431 nm 513 nm

12. A Técnica • Espécies quimiluminiscentes formadas durante o processo de Combustão podem dar informações importantes sobre esse mesmo processo de Combustão. Intensidade de emissão é proporcional à concentraçãode radicais • Existência ou não de reacção • Identificação da posição da frente de chama

13. A Técnica Dependência Linear da quimiluminiscência com o caudal de combustível, para um mesmo regime de escoamento (Clark, 1958). Dependência com a razão de equivalência (Clark, 1958). Quimiluminescênciamínima deCH e máxima de C2 para zonas ricas da razão de equivalência. Como é que esta informação pode ser usada?

14. A Técnica concentração de OH*,C2* eCH* Proporcional à taxa de reacção razão de OH*/ CH* Proporcional à razão de equivalência razão deC2*/ CH* razão deOH*/ C2* Modelos tendem a falhar em zonas onde a chama é sujeita a elevadas taxas de estiramento e curvatura (Teod. 2004)

15. A Técnica Resolução espacial das medidas de emissão de radicais coincidem com a zona de reacção devido ao tempo de vida curto dos radicais. MAS Medidas são normalmente feitas ao longo de uma linha de integração. Medidas locais são mais difíceis.

16. Aplicação da Técnica a Combustão não Estacionária Necessidades Elevada ResoluçãoTemporal Elevada Resolução Espacial PM t~ns Optica de Cassegrain

17. z Medidas Locais • Lente Esférica • Espelhos de Cassegrain Sistema de Focagem : Elevada Resolução Espacial Resolução Espacial from Beduneau & Ikeda (2002)

18. Medidas Locais Sonda com óptica de Cassegrain Sonda com Lente Esférica • Indices de refracção dependem de : - aberrações cromáticas • Dimensões do Volume de Controle: - aberrações geométricas

19. Intensidade cromática Fibra Optica Filtro de interferência C2*(513 nm) Lente Colimadora PMs Filtro de interferência OH* (308nm) Espelho Dicroico

20. Exemplo de Aplicação (1) I/P • I/P = const. I  P CH* e OH • I/P = m + b I = P(m + b) C2*

21. Exemplo de Aplicação (1) cont. I1 / I2 = m  + b à priori > m  > resolução (C2/OH) mas quanto mais pobre o regime < I(C2)

22. Exemplo de Aplicação (11) Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen

23. Exemplo de Aplicação (11) cont. Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen

24. Exemplo de Aplicação (111)

25. Exemplo de Aplicação (11I) cont.

26. References Beduneau, J.-L. & Ikeda, Y. (2002), Application of Laser Ignition on Laminar Flame Front Structure Investigation. Presented in the 11th symposium of Applications of Lasers Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal. Clark, T. (1958). Studies of OH,CO and C2 radiation from laminar and turbulent propane-air and ethylene-air flames. NACA Technical notes 4266.