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