Resumen:
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[ES] Una descarga “glow” es un plasma no térmico que se produce al circular
corriente a través de un gas, y en el contexto de este proyecto, a través
de aire a temperatura y presión ambiente. El plasma se crea aplicando
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[ES] Una descarga “glow” es un plasma no térmico que se produce al circular
corriente a través de un gas, y en el contexto de este proyecto, a través
de aire a temperatura y presión ambiente. El plasma se crea aplicando
una elevada tensión entre dos electrodos metálicos, detrás de los cuales
se sitúan planos equipotenciales, supuestos infinitos en comparación
con el tamaño del electrodo. El gas entre los electrodos se ioniza y
aparecen especies reactivas. Se obtiene un gas ionizado a baja
temperatura y con un coste energético relativamente bajo en
comparación con otras técnicas. Dicha reactividad y el carácter no
térmico del plasma confieren a las descargas “glow” un interés
industrial por sus aplicaciones potenciales en tratamiento de superficie y
más concretamente en descontaminación y desinfección en el ámbito
médico, tratamientos superficiales de materiales o aerodinámica.
Diversas tesis se han realizado en el Laboratorio EM2C de la École
Centrale Paris con el objetivo de estabilizar dicho plasma a temperatura
y presión de ambiente, entre las que destacan [1,3].
El proyecto que se presenta a continuación tenía como objetivo diseñar
y construir un reactor de aproximadamente 30x30x15 cm que
permitiese analizar de forma independiente la influencia en la
estabilidad del plasma de la distancia entre los electrodos (d) y de la
distancia entre el electrodo y el plano (L). A continuación, el proyecto se
focalizó en estudiar experimentalmente la influencia de la distancia L
entre el electrodo y el plano, y en comprender y explicar de forma
analítica las dos configuraciones de descargas “glow” observadas:
filamentos en dirección axial (“Single-Channel Glow”) y filamentos en
varias direcciones (“Multi-Channel Glow”) que pueden observarse en las
figuras 2.3 y 2.4. El SCG tiene aplicaciones industriales en las que se
requiera una aplicación puntual y con mayor energía (como la
fabricación de nano-materiales asistida por plasma), mientras que el
MCG se presta a producir grandes volúmenes de aire ionizado con menor densidad electrónica, cuya aplicación se da en descontaminación
física y química asistidas por plasma.
Poder analizar la influencia de L y d de forma independiente era el
requisito más importante del nuevo reactor (se puede consultar el
pliego de condiciones en el documento 3 - Specifications). Para ello, se
decidió utilizar un sistema de doble fijación con tornillos del electrodo a
la base del reactor y al plano equipotencial. Dicho sistema permite fijar
de forma fiable el electrodo a la base del reactor o por el contrario
hacerlo solidario al movimiento de los planos. El movimiento de las
bases del reactor y de los planos se consigue mediante sistemas de
translación de precisión milimétrica, que se pueden observar en las
figuras 3.2 a 3.6.
Debido a la gran cantidad de parámetros que influyen en la estabilidad
del plasma, se decidió partir de los resultados obtenidos previamente en
[1,2,3] para observar experimentalmente y entender desde un punto de
vista teórico el comportamiento de la descarga “glow” descubierta
previamente, al variar el parámetro L para una distancia d fijada. Tras
realizar medidas para una distancia d de 4 y 8 mm, se decidió
profundizar el análisis para d=8 mm por el tiempo disponible y los
resultados observados. Así pues, se procedió a realizar mapas de
existencia de los diferentes regímenes de plasma observados para cada
distancia L y cada tensión aplicada. Además, las técnicas de fotografía
rápida permitieron entender y observar la dinámica de la descarga.
A nivel experimental fue cómo se comprobó la existencia de dos
variantes de “glow”, SCG y MCG. Ambas descargas fueron diferenciadas
en un primer momento con criterios ópticos gracias al ojo humano, y en
un segundo momento con las imágenes obtenidas con la cámara rápida
y un análisis estadístico posterior. Se anotaron las transiciones de SCG
a MCG (según los criterios definidos para analizar las fotografías
tomadas y tratadas con Matlab, que pueden consultarse en el
documento 4 – Additional Measurements), formando mapas de
existencia según la tensión y la distancia L aplicadas.
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