EFECTOS DEL ÍNDICE DE OXÍGENO EN LA CALIBRACIÓN DE LA TÉCNICA INCANDESCENCIA INDUCIDA POR LÁSER DE LLAMAS DE DIFUSIÓN

Abstract

La quema de combustibles fósiles continúa siendo la principal forma de generar energíaen Chile y en el mundo, a pesar de que son fuentes de energía no renovables y de que laquema de ellos tiene efectos perjudiciales sobre la salud humana y el medio ambiente.Dentro de los contaminantes que se generan en la combustión de hidrocarburos, seencuentra el hollín, que son partículas formadas mayoritariamente por carbono, de formaesférica y de diámetro que se encuentran entre los 0,01 y 0,05 m. Debido a que estaspartículas son diminutas pueden ser inhaladas con facilidad. Las enfermedades asociadascon el hollín incluyen ataques al corazón, ritmo cardíaco irregular, asma y muerte prematura.Sin embargo, el hollín, posee un alto poder de transferencia de calor por radiación que segenera en su producción, lo que ha incentivado su estudio.Estos motivos han hecho que se desarrollen técnicas que permitan detectar y estudiarestas partículas, sobre todo técnicas de diagnóstico óptico, que son herramientas quepermiten detectar de manera rápida parámetros relevantes en el proceso de combustión,como la temperatura, la concentración de partículas y de manera indirecta el tamaño departículas. En la actualidad, existe interés de trabajar en el mejoramiento de las técnicasexistentes, con el fin de disminuir el riesgo asociado en su utilización.Particularmente, la técnica de diagnóstico óptico de Incandescencia Inducida por Láser(LII), es una técnica no intrusiva fundamentada en el análisis de la emisión estimulada. Estaemisión se da por la energía que entrega el pulso láser a las partículas de hollín, la cual esabsorbida provocando un aumento de la temperatura, generando la incandescencia, estaseñal es captada por un sistema.Diversos autores, han confirmado la linealidad de la señal de LII con la fracción envolumen de hollín, sin embargo, se deben tener en cuenta diferentes parámetros que aún sonobjeto de estudio, como la determinación de una fluencia óptima que evite la vaporizaciónde partículas o la utilización de un tiempo de retardo adecuado discrimine la señal de LIIfrente a otras emisiones como la fluorescencia o fuentes de interferencia de corta duración.En el caso de la fluencia, existen 3 comportamientos de la señal LII. A fluencias bajas,la señal es demasiado débil y se funde con el ruido, la relación es altamente creciente, a fluencias intermedias, entre 0,2 y J=cm2 y 0,5 j=cm2, la señal es relativamente estable, perocontinua siendo creciente, hasta 0,5 J=cm2 donde se da un máximo, luego de eso la señalcomienza a decaer, provocado por una vaporización de las partículas que hace que se pierdamasa y con ello parte de la señal.Teniendo un rango de fluencia para operar, se continuó el análisis del tiempo de retardo.Para fluencias altas, la señal de demora bastante en crecer y en decaer y para una fluenciade 0,2 J=cm2, la señal aumenta rápidamente y se descompone a menor velocidad. Conrespecto a la elección del delay se pueden abordar mediante dos estrategias, activacióninmediata de adquisición o disparo retardado, con la primera se trata de reducir al mínimo lainfluencia del tamaño de partícula en la señal de LII, sin embargo pueden aparecer señalesde fluorescencia o de otras fuentes de interferencia. Estaa última situación, se puede evitartomando un tiempo mayor de retardo, lo que permite discriminar de la señal de LII de otrasemisiones excitadas.Finalmente se decide que las imágenes deben ser tomadas con una fluencia cerca a 0,2J=cm2 y un tiempo de retardeo de 75 ns.

The burning of fossil fuels continues to be the main way to generate energy in Chileand in the world, even though they are non-renewable energy sources and that burning themhas harmful eects on human health and the environment.Among the pollutants generated in the combustion of hydrocarbons are soot, whichare particles formed predominantly of carbon, of spherical form and of diameter that arebetween 0,01 and 0,05 µm. Because these particles are tiny they can be easily inhaled.Diseases associated with soot include heart attacks, irregular heart rhythms, asthma, andpremature death. However, soot, has a high power of heat transfer by radiation that isgenerated in its production, which has encouraged its study.These reasons have led to the development of techniques to detect and study theseparticles, especially optical diagnostic techniques, which are tools that can quickly detectrelevant parameters in the combustion process, such as temperature, particle concentrationand Indirectly the size of particles. At present, there is interest to work on improvingexisting techniques, in order to reduce the associated risk in their use.In particular, the technique of optical diagnosis of Laser Induced Incandescence (LII),is a non-intrusive technique based on the analysis of the stimulated emission. This emissionis given by the energy delivered by the laser pulse to the soot particles, which is absorbedcausing an increase in temperature, generating incandescence, this signal is captured by asystem.Several authors have confirmed the linearity of the LII signal with the fraction in sootvolume, however, it is necessary to take into account dierent parameters that are stillunder study, such as the determination of an optimum creep that prevents the vaporizationof particles Or the use of a suitable delay time discriminates the LII signal against otheremissions such as fluorescence or sources of short duration interference.In the case of creep, there are 3 behaviors of the LII signal. At low fluences, the signalis too weak and fuses with noise, the ratio is highly increasing, at intermediate fluences,between 0.2 and J=cm2and0;5 j / 2, the signal is relatively stable, but continues to beincreasing, to 0.5 J=cm2 where a maximum is given, thereafter the signal begins to decay, caused by a vaporization of the particles Which causes that mass is lost and with it part ofthe signal.Having a creep range to operate, the analysis of the delay time was continued. For highfluences, the delay signal is fairly high in growth and decay and at a creep of 0.2It is finally decided that the images should be taken with a creep of about 0.2 J=cm2and a delay time of 75 ns.