Modelado directo de la radiación térmica en llamas a partir de imágenes infrarrojas multiespectrales: Aplicación a llamas axisimétricas de etileno y combustión de PMMA.

La contaminación atmosférica por hollín constituye un desafío crítico de salud pública y ambiental, evidenciando la urgencia de metodologías precisas para su caracterización. Sin embargo, cuantificar hollín en procesos de combustión enfrenta desafíos técnicos fundamentales: la radiación térmica de llamas con alto contenido de hollín resulta de la superposición compleja entre bandas espectrales discretas de gases de combustión y la emisión continua de hollín, dificultando la identificación individual de cada contribuyente mediante métodos convencionales. Este trabajo desarrolla y valida experimentalmente una metodología de modelado directo de transferencia radiativa espectralmente resuelta usando un enfoque Line-by-Line de alta resolución para gases, un modelo para hollín en régimen de Rayleigh, y solución numérica de la ecuación de transferencia radiativa en geometría axisimétrica para sintetizar imágenes infrarrojas multiespectrales comparables con mediciones de una cámara Telops MS-M1K. La validación experimental en llamas de difusión laminares axisimétricas (Yale 60 y Yale 80) demuestra reproducción cuantitativa de mediciones experimentales con errores relativos entre 16-67 % dependiendo del filtro y llama. El análisis de descomposición espectral revela que la separabilidad entre contribuciones de gas y hollín depende críticamente de la selección del filtro y contenido de hollín, identificando F6 como una banda casi pura de CO2, F7 y F8 como bandas sensibles a hollín-H2O y F5 como una banda mixta de todas las especies. El análisis de sensibilidad mediante elasticidades cuantifica cómo la temperatura emerge como la variable dominante universal, permitiendo proponer una estrategia de inversión secuencial que maximiza la separabilidad espectral. La aplicación a combustión de polimetilmetacrilato (PMMA) demuestra la aplicabilidad de la metodología a configuraciones complejas. Este trabajo establece un protocolo sistemático para la síntesis y validación de imágenes multiespectrales sintéticas en llamas con alto hollín, proporcionando herramientas metodológicas para monitoreo de emisiones, optimización de combustión, caracterización de incendios y desarrollo de diagnóstico óptico no intrusivo.