Descargas eléctricas a presión atmosférica para procesamiento por ...
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Descargas eléctricas a presión atmosférica para
procesamiento por plasma en el INFIP
Diana Grondona
Grupo de Tecnología de Plasma
Investigadores Dr. Hector Kelly Dra. Adriana Marquez Dr. Fernando Minotti Dr. Leandro Giuliani Dr. Ariel Kleiman
Estudiantes de doctorado Ing. Jorge Gallego Lic. Lina Franco Arias Lic. Andrés Arias Duran
Estudiantes de grado
Mariana Fazio
INFIP
Instituto de Física del Plasma-UBA-CONICET Buenos Aires-Argentina
Colaboradores:
Grupo de Fluidodinámica de la Facultad de Ingeniería de la UBA
Dr. Guillermo Artana
Dr. Roberto Sosa
CINDEFI-Universidad Nacional de la
Plata. California State Polytechnic University-Ponoma-USA
Dra. Graciela Brelles-Mariño
Contenidos
Descargas de Barrera Dieléctrica
Descargas Corona
Descarga “Cortina” de plasma
MicroJet de plasma
Descargas de Barrera Dieléctrica (DBD)
La descarga se genera en un gas a alta presión entre dos electrodos separados por una o más superficies aislantes.
Tensiones típicas ~ kV , Corrientes ~ mA Voltaje alterno o pulsado, frecuencias típicas de operación 500 Hz ÷ 500 kHz Dimensiones de la descarga~ mm
Electrodos Conductores
Gas Ionizado Aislante
Descarga en superficie
Descarga en volumen
Aislante
Electrodos Conductores
Gas Ionizado
Características de la DBD
•Ruptura dieléctrica del medio gaseoso entre los electrodos.
•La carga no traspasa de un electrodo a otro, el medio dieléctrico actúa como barrera (dicho medio no experimenta ruptura).
•Las cargas se acumulan en la superficie del aislante y generan un campo eléctrico que se opone al aplicado externamente, atenuando la descarga.
•La descarga puede estar compuesta por filamentos (streamers) o tener las características de una descarga tipo luminiscente transitoria.
Streamers
Canal delgado de plasma con una cabeza positiva con campo eléctrico intenso.
Generación de electrones secundarios por fotoionización.
Diámetro canal y cabeza 10-2- 10-1 cm Campo eléctrico en la cabeza del streamer 100-200 kV/cm. Campo externo mínimo para la propagación entre 5 y 7 kV/cm Velocidad de propagación ~ 108 cm/s Densidad de carga ~ 1010 -1012 cm-3
Electrodos delgados, como puntas o alambres. Intensificación del campo eléctrico. Alta presión (~ presión atmosférica) Alto voltaje continuo, alterno o pulsado (kV) Baja corriente (~ mA). Corona negativa: Descarga luminiscente-Puntos
discretos (aparecen en imperfecciones de los electrodos)
Corona positiva: Descarga filamentosa-streamers
Descargas Corona
Plasma no-térmicos
La energía del campo eléctrico es transferida a los electrones
Te ~ 1-10 eV (1 eV ~ 10.000 K)
Los electrones no pueden transferir su energía a las partículas pesadas
Te › › Ti
Ti ~ Tgas ~ Tambiente
Cortina de plasma con geometría cilíndrica
VDC - 0 -20 kV
VAC – senoidal, voltaje pico-a-pico 0 35 kV, frecuencia 9 kHz.
FUNCTION
GENERATOR
50
VDC
IDBD
1
2
3
50
ITPC
AUDIO
AMPLIFIER
Cortina Descarga DBD
Descarga corona negativa
VAC
Aire a presión atmosférica
Electrodos: aluminio-malla metálica
Dimensiones electrodo superior 34mm , electrodo inferior 38mm, malla 86 mm de diámetro.
Dieléctrico: Acrílico, diámetro 40 y 5.6 mm de espesor.
Espacio interelectrodico: 23 mm
Descarga estable compuesta por streamers uniformemente distribuidos
Señales eléctricas
Caracterización de la descarga
Medición de la Corriente y voltaje de la descarga
Emisión de luz Tubo fotomultiplicador Espectrómetro-OMA
Descarga con dos discos conectados en paralelo
INSULATING
BASE PLATE
2
3
1´
2´
HIGH DC VOLTAGE
CONNECTION
1
DIELECTRIC DISK
INSULTATING
TUBE
HIGH AC
VOLTAGE
CONNECTION
GROUND
CONECTION
ALUMINIUM
FOIL
MESH
Fotos de la descarga
Gas Ambiente
Electrones
Contaminantes
Iones
Radicales Libres
Reacciones químicas entre los contaminantes y los electrones energéticos , iones y radicales libres del plasma
Conversión de productos nocivos en elementos no contaminantes
Aplicaciones Tratamiento de gases contaminados
Entrada de gas
Salida de gas
Transformador convencional para luces de neon (25 KV, 50mA, 50 Hz). Vac : 5 kV - 10 kV Caudal de aire: 3 l/min – 12 l/min
Señales eléctricas
0.000 0.001 0.002-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4 V
Vag [K
V]
t [s]
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Vag op
= 5.5 KV
I
I [A
]
Potencial de ruptura del orden de 3 kV.
Pulsos de corriente del orden de 700 mA y una duración de 30ms
Microjet de plasma estable en aire de varios milímetros de longitud a
temperatura ambiente
Descargas aptas para procesos de esterilización, desactivación de bacterias, descontaminación de
cavidades dentales.
Gracias