Descargas eléctricas a presión atmosférica para procesamiento por plasma en el INFIP. Diana Grondona

Transcripción

1 Descargas eléctricas a presión atmosférica para procesamiento por plasma en el INFIP Diana Grondona

2 Investigadores INFIP Instituto de Física del Plasma-UBA-CONICET Buenos Aires-Argentina 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 Grupo de Tecnología de Plasma 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

3 Contenidos Descargas de Barrera Dieléctrica Descargas Corona Descarga Cortina de plasma MicroJet de plasma

4 Descargas de Barrera Dieléctrica (DBD) Aislante Descarga en superficie Gas Ionizado Aislante Descarga en volumen Gas Ionizado Electrodos Conductores Electrodos Conductores 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

5 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.

6 Streamers Canal delgado de plasma con una cabeza positiva con campo eléctrico intenso. Diámetro canal y cabeza cm Generación de electrones secundarios por fotoionización. Campo eléctrico en la cabeza del streamer kv/cm. Campo externo mínimo para la propagación entre 5 y 7 kv/cm Velocidad de propagación ~ 10 8 cm/s Densidad de carga ~ cm -3

7 Descargas Corona 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

8 Plasma no-térmicos La energía del campo eléctrico es transferida a los electrones T e ~ 1-10 ev (1 ev ~ K) Los electrones no pueden transferir su energía a las partículas pesadas T e T i T i ~ T gas ~ Tambiente

9 Cortina de plasma con geometría cilíndrica Aire a presión atmosférica Electrodos: aluminiomalla metálica Descarga DBD Cortina 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 FUNCTION GENERATOR AUDIO AMPLIFIER V AC I DBD 50 V DC I TPC Descarga corona negativa V DC kv V AC senoidal, voltaje pico-a-pico 0 35 kv, frecuencia 9 khz.

10 Caracterización de la descarga Descarga estable compuesta por streamers uniformemente distribuidos Medición de la Corriente y voltaje de la descarga Emisión de luz Tubo fotomultiplicador Espectrómetro-OMA Señales eléctricas

11 Descarga con dos discos conectados en paralelo GROUND INSULTATING TUBE ALUMINIUM FOIL MESH CONECTION 1 3 DIELECTRIC DISK 2 1 HIGH DC VOLTAGE CONNECTION HIGH AC VOLTAGE 2 CONNECTION INSULATING BASE PLATE

12 Fotos de la descarga

13 Aplicaciones Tratamiento de gases contaminados Radicales Libres Iones Electrones Gas Ambiente Contaminantes Reacciones químicas entre los contaminantes y los electrones energéticos, iones y radicales libres del plasma Entrada de gas Salida de gas Conversión de productos nocivos en elementos no contaminantes

14 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

15 V ag [KV] I [A] Señales eléctricas 4 3 V ag op = 5.5 KV V I t [s] -1.0 Potencial de ruptura del orden de 3 kv. Pulsos de corriente del orden de 700 ma y una duración de 30ms

16 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.

17 Gracias