Descargas de arco deslizante geram plasmas em pressão atmosférica que podem operar em três regimes diferentes: térmico, não-térmico ou transitório. No regime transitório a descarga inicialmente forma um arco térmico que durante sua evolução sofre uma transição para o regime não-térmico. Esta transição permite obter alta densidade eletrônica e seletividade química, tornando este tipo de descarga interessante para aplicações em processos químicos em fase gasosa a pressão atmosférica. No presente trabalho é realizada a caracterização de um sistema gerador de descargas de arco deslizante em vórtice com o objetivo de compreender melhor os fenômenos básicos deste tipo de reator, em especial, a influência que o fluxo de gás exerce sobre os parâmetros elétricos e o efeito da vazão e da corrente nos processos químicos ocorridos no meio reativo. A caracterização foi feita utilizando ar atmosférico, gás natural e mistura de ambos os gases. As análises foram feitas através de medidas elétricas, espectroscopia óptica e espectrometria de massas. Os experimentos com ar foram realizados variando a vazão mássica entre 0,6 e 3,6 g/s e a corrente da descarga de 76 a 583 mA e, para gás natural, na faixa de 0,4 a 0,7 g/s e 80 a 992 mA. Os experimentos com mistura de gases foram realizados com vazão total de 2,0 g/s variando a razão de equivalência de 0,9 a 11,3 com correntes entre 50 e 392 mA e com vazão total de 1,0 g/s com razão de equivalência fixa em 1,9, variando a corrente de 100 mA a 960 mA. Os resultados mostram que a tensão de ruptura cresce fortemente com o aumento da vazão de gás, ao mesmo tempo em que há um pequeno decréscimo da corrente. A freqüência da descarga, por sua vez, é função tanto da tensão de ruptura quanto da vazão. Observa-se que a reatividade do meio cresce com o aumento da corrente, elevando a produção de NO na descarga em ar e a conversão de gás natural nos experimentos com gás natural puro e com mistura de gases. A redução da vazão total pela metade nos experimentos com mistura dobra a conversão de gás natural, mostrando a importância do tempo de residência no processo.

Neste trabalho são apresentados os detalhes de projeto e construção de um equipamento de tocha de plasma gerada por uma descarga em arco de baixa potência, 300 - 2000W, para sintetização de filmes de diamantes "CVD", assim como são comentados os resultados da caracterização do arco elétrico, da tocha de plasma e dos filmes produzidos. O sistema foi projetado e construido de acordo com a dinâmica de gases unidimensional, teve como diretriz a necessidade de se utilizar componentes e equipamentos disponíveis no Laboratório Associado de Plasma do INPE. A descarga foi caracterizada eletricamente, ou seja, foram determinadas as curvas características da descarga, tensão em função da corrente, para diversas condições de operação, as quais foram comparadas com as curvas características obtidas por um modelo teórico simples desenvolvido para este sistema apresentando boa concordância. Verificou-se que o sistema de descarga apresenta dois modos de operação, que foram denominados modo luminescente e modo arco. No modo luminescente foram determinados os parâmetros da tocha de plasma: densidade e temperatura eletrônica usando sonda eletrostática dupla e no modo arco foi determinada a freqüência angular de rotação do arco utilizando um anodo dividido em quatro setores independentes. Foi realizado também uma análise da superfície dos eletrodos. Tanto no modo luminescente como no modo arco foram crescidos filmes de diamante que foram caracterizados pelas técnicas de microscopia eletrônica de varredura, dispersão em energia de raio-X, difração de raio-X e espectroscopia Raman. Os filmes produzidos no modo luminescente apresentam uma fase cristalina misturada com uma fase amorfa e pouca uniformidade ao passo que os filmes produzidos no modo "arco" são bem uniformes porém apresentam somente a fase amorfa.

The recently increasing interest in plasma assisted combustion is motivated by new possibilities for ignition and flame stabilization, in addition to pollutant emission reduction and control. The plasma generates a chemical active environment producing radicals, excited species and ions thus increasing the combustion process reaction rate. In this work the effect of plasma assisted combustion phenomena in a premixed flame of natural gas-air is investigated by using pollutant emission gas analysis, optical emission spectroscopy and high speed imaging. The plasma is created by using a gliding-arc discharge, chosen because of its properties: works at atmospheric pressure, generates high electron density plasma and has chemical selectivity. The reactor geometry limits the equivalence ratio (?) range of stability between ? = 0.3 - 0.7 and ? = 1.2 - 1.4. Within these ranges the equivalence ratios of ? = 1.2 and ? = 1.4 were chosen for investigation. The variable in this study is the applied electrical power ranging between 220W and 370W. Results show the behavior from fundamental components of natural gas combustion, as CH4, nitrous oxide components, carbon monoxide, carbon dioxide and others. Also, the formation of radicals was evaluated and high speed images were recorded for a better overview of the process. It was seen that relations between gas temperature, input electrical power and chemical dynamics influence the parameters of combustion, emission gases and radicals.

Neste trabalho são apresentados os resultados de investigações realizadas na coluna positiva de uma descarga de alta densidade de corrente (3,0 . 103 - 8,0 . 103 A/m2), operando em baixa pressão de vapor de mercúrio (2,0 . 10-2 - 1,4 . 10-1 Pa) e livre de campo magnético. Nestas condições a velocidade de deriva dos elétrons na direção axial, é o principal parâmetro responsável pelo transporte de corrente da descarga e pode alcançar uma apreciável fração da velocidade térmica dos elétrons. Esta velocidade de deriva influenciará na distribuição de velocidades dos elétrons, modificando-a para uma chamada maxwelliana com deriva. Os efeitos desta modificação são introduzidos na teoria radial da coluna positiva de Tonks e Langmuir para avaliar o comportamento do potencial de plasma e da densidade de elétrons com a distância radial e da temperatura de elétrons com a pressão. Estes parâmetros foram inferidos de características de sondas eletrostáticas (Sondas de Langmuir) cujas posições radiais e longitudinais podem ser alteradas, o que permitiu, também, verificar a uniformidade axial do plasma quando a velocidade de deriva dos elétrons é conduzida a valores críticos de auto-excitação de instabilidades eletrostáticas e formação de camada dupla. Teoricamente este efeito é estudado analisando-se as características de instabilidade de uma perturbação eletrostática axial do regime permanente. Assim, procedeu-se uma análise da estabilidade do plasma constituído de três fluidos: elétrons, íons e partículas neutras, considerando-se efeitos de colisões elásticas e inelásticas. Como resultado, algumas instabilidades eletrostáticas são previstas, identificadas pela relação entre a velocidade de deriva e a velocidade térmica dos elétrons. Na prática, ocorre uma faixa de valores desta relação que distingue os regimes de operação da descarga, desde o regime permanente (estável) para o qual esta faixa de valores é constante (0,4) até o regime de fortes oscilações de corrente da descarga quando assume valores em torno da unidade. Neste regime é conduzido um estudo sobre formação e manutenção de camadas eletrostáticas que se formam na coluna positiva do arco. A camada dupla (CD) é induzida a se formar num local desejado, pela constrição da seção de área transversal da descarga (constrição magnética da coluna de plasma) por um campo magnético axial produzido por uma bobina simples ou por uma bobina de Helmholtz. Este campo atua apenas localmente sobre os elétrons tal que seus efeitos nas regiões adjacentes das camadas eletrostáticas não são significativos. O deslocamento da camada dupla ao longo do eixo da coluna de plasma é controlado pelo movimento da bobina nesta direção o que permitiu não somente a caracterização do plasma nas regiões adjacentes à camada dupla como também obter vários perfis de potenciais das camadas eletrostáticas utilizando-se uma sonda auto-emissiva fixa no eixo da coluna. Neste aspecto, foi dado ênfase ao estudo experimental sobre a variação do perfil de potencial de camadas eletrostáticas da forma de perfeitos buracos de elétrons com relação aos parâmetros operacionais: a corrente da descarga, a pressão de vapor de mercúrio e a indução magnética local. Finalmente, foram efetuadas medidas em ambos os lados da CD das energias dos íons dirigidas radialmente, do potencial flutuante da parede e da dispersão de energia dos íons usando-se um analisador eletrostático de energia posicionado rente a parede do tubo de descarga. Os resultados mostram que os íons são fortemente aquecidos, especialmente no lado anódico da camada dupla.

Neste trabalho apresenta-se resultados de uma pesquisa experimental realizada no Laboratório de Plasmas e Processos do ITA, a qual, teve como objetivo principal desenvolver uma infra-estrutura laboratorial para simulação de ambiente de reentrada atmosférica e, em específico executar ensaios de materiais de proteção térmica, adequados a disponibilidade de recursos existentes. Em primeira instância são descritos os principais aspectos da reentrada, agrupando-os numa base de conhecimento necessária para iniciar pesquisas relacionadas à simulação experimental. Numa segunda instância, apresentam-se formas conhecidas de simulação de reentrada, descrevendo as principais características de um túnel de vento a plasma, do aparato experimental utilizado para geração dos jatos de plasma e dos métodos de diagnósticos para caracterização do jato produzido. Quanto ao aspecto prático, primeiro descreve-se características dos equipamentos que foram implementados na câmara de vácuo para ensaio de materiais, dos que já estavam disponíveis e dos que foram especialmente construídos para realização dos experimentos. A câmara com 3,2m3 de volume interno está equipada com sistema de bombeamento adequado para atingir a pressão residual de 10-4N/m2, medidores de vácuo, válvula automática para controle da pressão de processo e fluxímetros para 5 tipos de gases. Levantou-se a capacidade de bombeamento do sistema de vácuo, correlacionando fluxo de gás injetado e pressão, obtendo-se como resultados curvas completas de calibração da Estação Experimental, as quais definem os limites de parâmetros aerodinâmicos que podem ser simulados no sistema. Construiu-se e testou-se três tipos conceituais de geradores de jato de plasma, para ensaios térmicos de materiais: o reator do tipo catodo oco refrigerado a água, duas versões do reator do tipo descarga em regime de arco a baixa pressão, com catodo de mercúrio e condensador de vapor resfriado a nitrogênio líquido e duas versões de tocha de plasma. O reator do tipo descarga em de arco com catodo de mercúrio trata-se de uma concepção inovadora para geração do jato de plasma, através da qual, pode-se obter menor grau de contaminação do jato lançado na câmara de expansão. Foi construída uma fonte de potência elétrica capaz de gerar tensão de 1,6kV e corrente de 3A para produzir a descarga que forma o jato de plasma. Diversos ensaios foram efetuados visando caracterizar os parâmetros operacionais desses reatores bem como mostrar a viabilidade de se produzir na câmara de vácuo um jato de plasma com intensidade adequada para ser utilizado em ensaios térmicos de materiais. Analises de espectrometria de massa foram realizadas para caracterizar as espécies químicas do jato de plasma formado em Ar, N2, O2 e suas misturas. Finalmente ensaios térmicos preliminares confirmaram a aplicabilidade dos jatos de plasma gerados para o adequado teste de material, tendo sido produzidos jatos com potências da ordem de até 2,5MW/m2 em pressões entre 70 e 440N/m2 que correspondem a faixa entre 37 e 52km de atitude. A realização dos trabalhos permitiu ampliar conhecimento e experiência, indicando claramente a possibilidade de se atingir o objetivo principal da equipe de pesquisa que é a realização da proposta de planos para construção de um Túnel de Plasma Brasileiro.