This document presents a study of the numerical simulation of non-equilibrium plasma discharges in air mixtures in the atmospheric pressure regime. Such plasma is formed by applying a very high electric field over a very short time duration (nano-microsecond) which preferentially heats the electrons to very high temperatures (10 electron Volts or more) while preventing thermalization of the gas. Preferentially heating the electrons to very high temperatures allows the discharge to efficiently and rapidly ionize and dissociate the gas mixture without losing too much energy to thermalization or vibrational excitation. Consequently, two useful characteristics of these discharges are low gas temperatures and rapid electron chemistry. This study focuses on two applications of interest: ignition of fuel-air mixtures and plasma enhanced medicine. For ignition, there are two situations that arise where it is difficult for traditional spark ignition systems to operate. The first is at the supersonic flow regime where the residence time of the flow in the engine is low. The second is high pressure ignition of lean fuel-air mixtures. For plasma medicine and surface treatment, non-equilibrium plasma is an effective means of delivering reactive radical species to the surface while limiting damage due to thermal heating. The problems of interest are characterized by the formation of weakly ionized plasma in the presence of flow fields such as supersonic boundary layers or low speed jets. To simulate the coupled plasma-fluid flow physics of these discharges, two numerical tools are utilized. The first is a two-temperature, multiple species, self-consistent plasma solver with finite rate chemistry which is used to simulate the plasma as it forms in a neutral background gas. The second tool is a multiple-species compressible flow solver which calculates the flow field properties of the background gas mixture. / text

Orientador: Rogério Pinto Mota / Resumo: Polímeros a plasma são uma classe de materiais que possuem aplicações em diversos tipos de indústrias, como biomédica, alimentícia, embalagens, eletrônica, farmaceutica, entre outras. Esses materiais possuem características que os diferem dos polímeros convencionais, como uma estrutura química ordenada aleatoriamente, boa adesão a diferentes substratos e possuem cadeias muito entrelaçadas. Estes polímeros podem ser utilizados para a função de drug delivery, podem ser carregados com um medicamento e liberá-lo quando in vivo, este conceito de drug delivery permite a realização de um tratamento localizado e com uma dose mais segura de medicamento. O processo de polimerização a plasma também tem características que o difere da polimerização convencional, ele é capaz de realizar reações que demandam muita energia e não poderiam acontecer por química convencional, os parâmetros aplicados podem ser ajustados para customizar até certo ponto o material obtido e não gera resíduos. Inicialmente a polimerização a plasma era realizada em baixa pressão, mais recentemente a alternativa de realizar o processo em pressão atmosférica vêm ganhando destaque por ser relativamente mais barata e pelas características diferentes da descarga e dos polímeros a plasma resultantes. Existem muitas configurações de fontes de plasma em pressão atmosférico, dentre elas os jatos de plasma (APPJs), nestas fontes o plasma é gerado por descargas DBD ou corona no interior de tubos ou cavidades e é expelida para ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

The great need to sterilize biologically sensitive or sterile material in operating theatres, has been given great importance for years. Among the various decontamination techniques being studied, there is a relatively new technique that involves using plasma for the process of decontaminating and sterilizing operating theatres. Plasma is known as the fourth State of matter, and holds the properties of free electrons, ions and cations, as well as other reactive species. This makes it a good candidate for the sterilization and/or decontamination of biological material. Nowadays, the use of plasma is being used with equipment that serves in the process of decontamination. Yet, this equipment at present, is working with low pressure and small volumes, based on the configuration of the electrodes. Generally, noble gases or peroxide are used to produce plasma, which makes it very difficult to use in the field. This thesis requires atmospheric pressure and non-thermal plasma generation equipment. In particular, a system called Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma (APPC-NTP) and another system called Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma (APPJ-NTP), which are based on two different systems. Both systems are characterized by the use of pure air as gas for the production of plasma. They work at atmospheric pressure and produce plasma at room temperature, which makes them perfect candidates to be used cost-effectively in many situations, even in the field, and can be used in the decontamination of sensitive material. The objective of this thesis is to investigate and establish a correlation if any, between independent variables entering the system, and dependent variables, or output of the system. This, in order to understand the behaviour of the plasma generated in the conditions, explained in the previous paragraph. While it is true that there are two different systems, the APPC-NTP and APPJ-NTP, the first has been divided into two, during the development of this thesis. Because two completely different voltage amplifiers have been used, the variables which have been studied, both input and output, have given different results. In conclusion, the work which has been done for this thesis, has established the correlation between the variables of entry and exit. Thus, leaving open the possibility of studying the behaviour of these, in relation to the efficiency of biological decontamination or sterilization. / La necesidad de descontaminar biológicamente material sensible o de esterilizar material en quirófanos, ha hecho durante años que se estudien diversas técnicas de descontaminación. Entre ellas surge una técnica relativamente nueva que es la posibilidad de descontaminar o esterilizar mediante plasma. El plasma es conocido por ser el cuarto estado de la materia, y debido a que es un estado en el que están presentes electrones libres, iones, cationes y otras muchas especies reactivas, parece que puede ser un buen candidato para conseguir la esterilización y/o descontaminación de material biológico. En la actualidad ya existen equipos que descontaminan mediante plasma pero estos equipos trabajan a bajas presiones y con pequeños volúmenes por la configuración de los electrodos y, en general, utilizan gases nobles o peróxido para producir el plasma por lo que hace que sea muy complicado su uso en campo. En esta tesis se utilizan equipos de generación de plasma no térmico a presión atmosférica, en concreto dos sistemas diferentes: un sistema denominado cámara de plasma a presión atmosférica - Plasma no térmico o APPC.NTP (Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma) y otro sistema denominado Jet de plasma a presión atmosférica - Plasma no térmico o APPJ-NTP (Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma). Ambos sistemas se caracterizan por usar aire puro como gas para la producción de plasma, trabajar a presión atmosférica y producir plasma a temperatura ambiente, lo que los convierte en candidatos perfectos para poder ser utilizados de forma económica en multitud de situaciones, incluso en campo, y de poder ser usados en la descontaminación de material sensible. El objetivo de esta tesis es única y exclusivamente tratar de establecer, en caso de existir, correlaciones entre variables independientes de entrada al sistema y variables dependientes o de salida del sistema a fin de entender el comportamiento del plasma generado en las condiciones explicadas en el párrafo anterior. Si bien es verdad que existen dos sistemas diferentes el APPC-NTP y el APPJ-NTP, el primero se ha dividido en dos durante el desarrollo de la tesis debido a que se han utilizado dos amplificadores de voltaje totalmente diferentes, por lo que las variables estudiadas tanto de entrada como de salida han sido distintas. El trabajo de esta tesis ha concluido con el establecimiento de las correlaciones obtenidas entre las variables de entrada y de salida dejando abierta la posibilidad de estudiar el comportamiento de estas en relación a la eficiencia de descontaminación biológica o la esterilización. / La necessitat de descontaminar biològicament material sensible o d'esterilitzar material als quiròfans, ha fet al llarg d'anys que s'estudien diverses tècniques de descontaminació. D'aquestes en surt una tècnica relativament nova que consiteix en descontaminar o esterilitzar mijançant plasma. El plasma és conegut per ser el quart estat de la matèria, y i degut a que és un estat en el que estan presents electrons lliures, ions, cations i altres espècies reactives sembla que pot ser un bon candidat per a aconseguir l'esterilització i/o descontaminació de material biològic.Eixida del sistema amb loblectiu d'entendre el comportament del plasma generat en les condicions. A l'actualitat ja existeixen equips que descontaminen mijançant plasma però aquestos equips treballen a baixes pressions i amb xicotets volums per la configuració dels electrodes i que, en general, utilitzen gasos nobles o peròxid per a produir el plasma, aquestes raons fan que siga molt complicat el seu ús en camp. A aquesta tesi s'utilitzaran equips de generació de plasma no tèrmic a pressió atmosfèrica, en concret dos sistemes diferents, un sistema anomenat càmera de plasma a pressió atmosfèrica-Plasma no tèrmic o APPC.NTP (Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma) i altre sistema anomenat Jet de plasma a pressió atmosfèrica - Plasma no tèrmic o APPJ-NTP (Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma). Tots dos sistemes es caracteritzen per l'ús d'aire pur com a gas per a la producció de plasma, treballar a pressió atmosfèrica i produir plasma a temperatura ambient, i per tant els converteix en cadidats perfectes per a poder ser utilitzats de forma econòmica en multitud de situacions, inclòs en camp i de poder ser usats en la descontaminació de material sensible. L'objectiu d'aquesta tesi és única i exclusivament tractar d'establir, en cas d'existir, correlacions entre variables independents d'entrada al sistema i variables dependents o d'eixida del sistema amb la finalitat d'entendre el comportament del plasma generat en les condicions exposades al paràgraf anterior. Malgrat que existeixen dos sistemes diferents, el APPC-NTP i el APPJ-NTP, el primer s'ha dividit en dos al llarg del desenvolupament de la tesi degut a que s'han utilitzat dos amplificadors de voltatge totalment diferents, pel que les variables estudiades, tant d'entrada con d'eixida, han estat diferents. El treball de la tesi ha conclòs amb l'establiment de les correlacions obtingudes entre les variables d'entrada i d'eixida deixant oberta la possibilitat d'estudiar el comportament d'aquestes en relació a l'eficiència de descontaminació biològica o l'esterilització. / Baeza Oliete, G. (2017). Contribución a la Generación de Plasma Frío Mediante Electrodos Tipo SMD y JET [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86202 / TESIS

No description available.