quimiluminescência luminiscência robert e. leandro meea mestrado em engenharia mecânica...
TRANSCRIPT
![Page 1: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/1.jpg)
Quimiluminescência
Luminiscência
Robert E. Leandro
MEEAMestrado em Engenharia MecânicaDepartamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004
![Page 2: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/2.jpg)
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.
![Page 3: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/3.jpg)
Tipos de Luminescência
•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”.
•três tipos de processos de produção de “luz fria”:• Fosforescência
• Fluorescência
• Quimiluminescência
![Page 4: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/4.jpg)
Mecanismo de Emissão de Luz
516 nm
C2*
+
FosforescênciaFluorescênciaQuimiluminescência
Fotão Emitido
E= h
Fonte de excitação
FotoinduçãoReacção química
Tempo de relaxamento
~ minutos
ms ~ ns
C2
![Page 5: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/5.jpg)
Fluorescência
•Fotoluminescência
• Exemplos:
Fosforescência
![Page 6: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/6.jpg)
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.
A + B C* + D
C* C + h
![Page 7: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/7.jpg)
Quimiluminescência
• Existem na Natureza animais, plantas e bactérias que contêm enzimas capazes de produzir reacções químicas que emitem luz.
Bioluminescência
![Page 8: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/8.jpg)
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.
![Page 9: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/9.jpg)
Quimiluminescência• Passos da reacção de maior
intencidade QL
516 nm
431 nm
308 nm
Luminosidade da
Chama
![Page 10: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/10.jpg)
Luminosidade da Chama – Espectro
Exemplo do espectro de luz de uma chama azul.
OH*, CH* e C2* são os principais radicais quimiluminiscentes
![Page 11: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/11.jpg)
Comprimentos de onda emitidos
• Radicais e produtos da combustão comuns :
Espécie Comprimentos de onda (nm)
OH* 306 – 315
NH* 336
CN* 359, 386
CH* 390, 431
C2* 469 – 473, 510 – 516
CH2O* 395, 423
CO2* Banda de emissão
513 nm
431 nm
308 nm
![Page 12: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/12.jpg)
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 concentração de
radicais
• Existência ou não de reacção
• Identificação da posição da frente de chama
![Page 13: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/13.jpg)
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).
Quimiluminescência mínima de CH e máxima de C2 para zonas ricas da razão de equivalência.
Como é que esta informação pode ser usada?
![Page 14: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/14.jpg)
A Técnica
concentração de
OH* , C2* e CH*
Modelos tendem a falhar em zonas onde a chama é sujeita a elevadas taxas de estiramento e curvatura (Teod. 2004)
razão de OH* / CH*
Proporcional à taxa de reacção
Proporcional à razão de equivalência
razão de C2* / CH*razão de OH* / C2*
![Page 15: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/15.jpg)
A Técnica
• Resolução espacial das medidas de emissão de radicais coincidem com a zona de reacção devido ao tempo de vida curto dos radicais.
Tempo de vida (s)
C2* 10-7
CH* 10-5
OH* 10-7
• Medidas são normalmente feitas ao longo de uma linha de integração. Medidas locais são mais difíceis.
MAS
![Page 16: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/16.jpg)
Aplicação da Técnica a Combustão não Estacionária
Necessidades
Elevada Resolução Temporal
Elevada Resolução Espacial
PM t~ns Optica de Cassegrain
![Page 17: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/17.jpg)
Medidas Locais Sistema de Focagem :
• Elevada Resolução Espacial
from Beduneau & Ikeda (2002)
z
• Lente Esférica
• Espelhos de Cassegrain
Reso
luçã
o E
spaci
al
![Page 18: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/18.jpg)
Medidas LocaisSonda com Lente
Esférica
• Indices de refracção dependem de :
- aberrações cromáticas
• Dimensões do Volume de Controle:
- aberrações geométricas
Sonda com óptica de Cassegrain
![Page 19: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/19.jpg)
Intensidade cromática
Lente Colimadora
Espelho Dicroico
Filtro de interferência
C2*(513 nm)
Filtro de interferência
OH* (308nm)
PMs
Fibra Optica
![Page 20: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/20.jpg)
Exemplo de Aplicação (1)
• I/P = const. I PCH* e
OH
• I/P = m + b I = P(m + b)
C2*
I/P
![Page 21: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/21.jpg)
Exemplo de Aplicação (1) cont.
• I1 / I2 = m + b à priori > m > resolução (C2/OH)
• mas quanto mais pobre o regime < I(C2)
![Page 22: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/22.jpg)
Exemplo de Aplicação (11)Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen
![Page 23: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/23.jpg)
Exemplo de Aplicação (11) cont.
Distribuição radial de OH em Chama do tipo Bunsen
![Page 24: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/24.jpg)
Exemplo de Aplicação (111)
Resolução
Temp. [t]
Spherical lens √
Langmuir Probe
√
Cassegrain Optics
√
Esp. [x]
[t] e [x]
_?
√ √
+ ?
![Page 25: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/25.jpg)
Exemplo de Aplicação (11I) cont.
![Page 26: Quimiluminescência Luminiscência Robert E. Leandro MEEA Mestrado em Engenharia Mecânica Departamento de Eng. Mecânica 13 Out 2004](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/552fc17b497959413d8f065e/html5/thumbnails/26.jpg)
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.