Download Descargas eléctricas a presión atmosférica para

Descargas eléctricas a presión
atmosférica para
procesamiento por plasma en
el INFIP
Diana Grondona
INFIP
Instituto de Física del Plasma-UBA-CONICET
Buenos Aires-Argentina
Grupo de Tecnología de Plasma
Investigadores
Colaboradores:
 Dr. Hector Kelly
Grupo de Fluidodinámica de la
 Dra. Adriana Marquez
Facultad de Ingeniería de la
UBA
 Dr. Fernando Minotti
 Dr. Leandro Giuliani
 Dr. Guillermo Artana
 Dr. Ariel Kleiman
 Dr. Roberto Sosa
Estudiantes de doctorado
CINDEFI-Universidad Nacional de la
 Ing. Jorge Gallego
Plata. California State Polytechnic
 Lic. Lina Franco Arias
University-Ponoma-USA
 Lic. Andrés Arias Duran
 Dra. Graciela BrellesEstudiantes de grado
Mariño
 Mariana Fazio
Contenidos
 Descargas de Barrera Dieléctrica
 Descargas Corona
 Descarga “Cortina” de plasma
 MicroJet de plasma
Descargas de Barrera
Dieléctrica (DBD)
Descarga en
superficie
Aislante
Descarga en volumen
Aislante
Gas Ionizado
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
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.
Diámetro canal y cabeza
10-2- 10-1 cm
Generación de
electrones
secundarios por
fotoionización.
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
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
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
Aire a presión atmosférica
Descarga
DBD

Electrodos: aluminiomalla 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
Cortina
VAC
1
VDC
3
2
FUNCTION
GENERATOR
AUDIO
AMPLIFIER
50 
IDBD
50 
ITPC
Descarga
corona
negativa
 VDC - 0  -20 kV
 VAC – senoidal, voltaje pico-a-pico 0  35 kV, frecuencia 9 kHz.
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
Descarga con dos discos
conectados en paralelo
INSULTATING
ALUMINIUM
MESH
TUBE
FOIL
GROUND
CONECTION
1
3
2
DIELECTRIC DISK
1´
HIGH DC VOLTAGE
CONNECTION
2´
HIGH AC
VOLTAGE
CONNECTION
INSULATING
BASE PLATE
Fotos de la descarga
Aplicaciones
Tratamiento de gases contaminados
Iones
Gas
Ambiente
Reacciones químicas entre
los contaminantes y los
electrones energéticos ,
iones y radicales libres del
plasma
Radicales
Libres
Electrones
Contaminantes
Entrada de
gas
Salida de
gas
Conversión de
productos nocivos en
elementos no
contaminantes
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
Vag op = 5.5 KV
4
V
I
3
2
1.0
0.5
0
0.0
-1
-2
I [A]
Vag [KV]
1
-0.5
-3
-4
-1.0
0.000
0.001
0.002
t [s]
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