Microcombustión

La microcombustión es la secuencia de reacciones químicas exotérmicas entre un combustible y un oxidante , acompañada de la producción de calor y la conversión de especies químicas a nivel microscópico . La liberación de calor puede generar luz en forma de incandescencia o llama . Los combustibles de interés suelen incluir compuestos orgánicos (especialmente hidrocarburos ) en fase gaseosa, líquida o sólida. El principal problema de la microcombustión es la elevada relación superficie-volumen . A medida que aumenta esta relación, también aumenta la pérdida de calor hacia las paredes de la cámara de combustión , lo que provoca la extinción de la llama .

El desarrollo de productos miniaturizados como microrobots , computadoras portátiles , vehículos microaéreos y otros dispositivos de pequeña escala está adquiriendo cada vez más importancia en nuestra vida diaria. Existe un creciente interés en desarrollar combustores de pequeña escala para alimentar estos microdispositivos debido a sus ventajas inherentes de mayor densidad de energía , mayores coeficientes de transferencia de calor y masa y tiempos de recarga más cortos en comparación con las baterías electroquímicas . ^{[ 1 ] [ 2 ]} La densidad de energía de los combustibles de hidrocarburos es 20-50 veces mayor que la de las baterías electroquímicas basadas en el concepto de iones de litio más avanzado. El concepto del micromotor térmico fue propuesto por Epstein y Senturia en 1997. ^{[ 3 ]} Desde entonces, se ha realizado una cantidad sustancial de trabajo hacia el desarrollo y la aplicación de dichos dispositivos de pequeña escala para generar energía a través de la combustión de combustibles de hidrocarburos. Los microcombustores son una alternativa atractiva a las baterías ya que tienen una gran relación de área de superficie a volumen, debido a lo cual, una cantidad significativa de calor se transfiere a través de las paredes lo que conduce a la extinción de la llama . ^{[ 4 ]} Sin embargo, la mayor tasa de transferencia de calor a través de paredes sólidas es ventajosa en el caso de los reformadores de vapor utilizados para la producción de hidrógeno . ^{[ 5 ]}

B. Khandelwal et al. han estudiado experimentalmente los límites de estabilidad de la llama y otras características en un microcombustor de dos etapas. ^{[ 6 ]} Encontraron que el combustor de etapas conduce a límites de estabilidad de llama más altos, además de que también ofrece perfiles de temperatura más altos que serían útiles para utilizar el calor producido por la combustión. Maruta et al. han estudiado experimentalmente las características de propagación de la llama de mezclas premezcladas de metano y aire en un canal recto de cuarzo de 2,0 mm de diámetro con un gradiente de temperatura de pared positivo a lo largo de la dirección del flujo. ^{[ 7 ]} Esta fue una configuración unidimensional simple para estudiar las características de estabilización de la llama en microcanales. Otros investigadores han estudiado el comportamiento de estabilización de la llama y el rendimiento de la combustión en un combustor de rodillo suizo , ^{[ 8 ]} motores de microturbina de gas, ^{[ 9 ]} un sistema microtermofotovoltaico, ^{[ 10 ]} un motor de pistón libre, ^{[ 11 ]} un combustor de microtubos, ^{[ 12 ]} combustores de canal radial, ^{[ 13 ]} y en varios otros tipos de microcombustores. ^{[ 14 ] [ 15 ]}