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.

Na atualidade há uma busca por novos materiais para a fabricação da estrutura das aeronaves como meio de gerar melhorias tanto na manufatura como na manutenção das mesmas. Os materiais compostos, entre eles os compósitos de fibra de carbono, são materiais que acrescentam as características esperadas quando comparados aos metais. Contudo, os materiais compostos não são bons condutores de eletricidade e desta forma uma atenção deve ser dada para as conseqüências de incidências de descargas atmosféricas em aviões que são constituídos destes materiais. Este trabalho avalia a ocorrência de centelhamento em junções de compósito de fibra de carbono encontradas nas asas de uma aeronave quando da passagem de uma corrente de alta intensidade proveniente de uma incidência direta de uma descarga atmosférica. Para alcançar os resultados desejados os parâmetros da corrente de descarga são avaliados na teoria e na prática.

O trabalho desenvolvido nesta dissertação busca um melhor entendimento da tecnologia de partida elétrica de motores aeronáuticos em corrente alternada como alternativa interessante e mais eficiente que os arranques-geradores com escovas e os sistemas pneumáticos, além de possuir aderência natural à filosofia "More Electric Airplane" (MEA). Como base para os cálculos para o dimensionamento do sistema de partida elétrica sem escovas identificou-se as curvas de torque do arranque-gerador e do motor de propulsão, e, a relação da rotação das máquinas com o tempo de partida. O equacionamento proposto visou obter uma estimativa da energia que seria demandada pela fonte de energia elétrica; no caso, baterias. A partir da demanda de energia calculada, analisaram-se as opções de bateria disponíveis para o atendimento do sistema e, com isso, identificaram-se limitações das opções disponíveis para o atendimento da demanda dos aviões analisados, quatro aeronaves com categorias distintas de motor. Analogamente, encontraram-se limitações para futuros desenvolvimentos de baterias no que diz respeito ao peso, volume e custo. O resultado principal do trabalho estabeleceu a criticalidade do uso de baterias para a partida elétrica em corrente alternada de motores aeronáuticos de acordo com a classe de tração.

Abordam-se aqui alternativas que visam tanto a melhoria na eficiência , quanto o aumento na produção de ozônio por meio de células com barreira dielétrica e geometria cilíndrica. O ozônio é gerado por meio de microdescargas que ocorrem no interior das células apresentadas, utilizando-se o oxigênio como matéria prima. Mostra-se que para uma relação ótima na geração de ozônio exige-se um estreito compromisso entre vários parâmetros. Outro ponto importante estudado neste trabalho foi que este provou a possibilidade de utilizar-se óleo como dielétrico para células geradoras de ozônio, utilizando-se o óleo ao mesmo tempo como fluído refrigerante. A fonte de alta tensão necessária para o funcionamento do sistema utilizou-se de um transformador do tipo "flyback".

Os métodos de separação isotópica que utilizam lasers baseiam-se na capacidade diferenciada, apresentada pelas variedades isotópicas, em absorverem radiação eletromagnética em determinadas freqüências. Portanto, se uma mistura de 235U e 238U for irradiada por um laser cuja freqüência seja ressonante com uma linha de absorção do 235U e que tenha uma linha de emissão suficientemente estreita, a radiação será absorvida preferencialmente por este isótopo. A determinação das freqüências de absorção é, portanto, de fundamental importância para o desenvolvimento do processo de separação isotópica via lasers. Foram investidos esforços neste trabalho, na obtenção de uma ferramenta espectroscópica que forneça os comprimentos de onda que, através de absorção a múltiplos passos, ionize o átomo de urânio. Para isto, utilizou-se uma lâmpada de catodo oco (LCO) para obter as transições do urânio e estudar alguns processos físicos que ocorrem neste tipo de descarga por meio das técnicas de espectroscopia optogalvânica e de fotoionização a múltiplos passos. Pela técnica optogalvânica, e utilizando uma LCO com descarga contínua (DC), foi realizada espectroscopia de absorção de até duas freqüências distintas para o urânio. Através desta técnica foi possível determinar o tempo de vida efetivo do nível 7M7 do urânio, bem como as taxas de colisão entre os átomos de urânio e o gás tampão argônio e com os elétrons da descarga. Com esta mesma lâmpada, porém, com descarga pulsada, e realizando espectroscopia na pós-descarga, através da medida de corrente de íons, foi possível fazer espectroscopia de três freqüências pela absorção sucessiva de até três comprimentos de onda distintos. Com esta técnica de espectroscopia dá-se um importante avanço para o processo de separação isotópica via lasers. Os vários estudos realizados possibilitaram observar que existe a formação de aglomerados de urânio na pós-descarga, bem como medir o tempo de veida efetivo do nível 7M7 do urânio por esta técnica. Com o objetivo de tentar entender alguns dos processos físicos que ocorrem numa descarga de catodo oco, foi possível medir o tempo de difusão ambipolar do plasma de urânio, produzido por fotoionização na pós-descarga e, por meio deste, determinar a seção de choque de colisão elástica entre os íons de urânio e os átomos de argônio. De posse destes parâmetros, podemos dizer que obtivemos um novo método espectroscópico de inferir a temperatura de descarga.

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.

Neste trabalho são apresentados os resultados de investigações realizadas num jato de plasma de baixa intensidade. O jato de plasma foi produzido por descarga elétrica através do gás argônio em expansão no vácuo. A expansão do gás é produzida a partir de um orifício de constrição numa parede fina, separando um tubo de descarga (câmara fonte) de uma câmara de vácuo (câmara de expansão), havendo um um grande gradiente de pressão através do orifício. A descarga elétrica é produzida entre um catodo oco alocado na câmara fonte e um ânodo, aterrado, na câmara de expansão. Foram feitos orifícios de (0,6; 1,0 e 2,0) mm de diâmetro, separadamente. As condições de operação foram: corrente de descarga variando entre 10 e 100mA, voltagem de descarga entre 400 e 600 V, fluxo de massa variando de 0,8 a 10 sccm, correspondendo a pressões de 13 a 133 Pa e 1,33 10-2 a 1,33x10-1 Pa na câmara fonte e na câmara de expansão, respectivamente. Foi observada a formação de um plasma de constrição na forma de um saco de plasma, na ragião de constrição estendendo-se de um lado a outro do orifício. O jato de plasma é visualmente observado numa forma cônica originando-se próximo à saída do orifício. A caracterização do jato de plasma de constrição, foi feito utilizando sondas eletrostáticas e analisadores de energia. Parâmetros típicos ao longo do eixo do jato de plasma são: densidade de corrente de elétrons de ordem de 3 mA/cm2, corrente de saturação de íons da ordem 30 mA/cm2, potencial flutuante de -120 a -30 V, energia dos íons entre 30 e 120 eV, e energia dos elétrons entre 30 e 200 eV. Das medidas do perfil de potencial, observou-se um degrau do potencial entre o plasma de constrição e a coluna positiva, correspondendo a uma camada dupla que envolve o plasma da constrição. No lado do jato de plasma, através das medidas de energia dos íons com um analisador eletrostático, medidas do perfil do potencial de plasma e potencial flutuante ao longo do eixo central, com uma sonda cilíndrica, foi observada a formação de uma segunda dupla, sendo esta a responsável pela aceleração dos íons e a desaceleração dos elétrons que se dirigem do orifício para a câmara de expansão. Desta forma, o plasma de constrição encontra-se numa região de potencial mais elevado em relação a sua vizinhança, comportando-se como um poço de potencial que aprisiona elétrons térmicos criados no saco de plasma. Globalmente, a fonte compreende três tipos de plasma, quais sejam: o plasma da coluna positiva formado no tubo de descarga, o plasma de constrição (saco de plasma) e o jato de plasma. O casamento entre o plasma da coluna positiva e o plasma de constrição ocorre através de uma camada dupla (CD1) de forma quase esférica, envolvendo o plasma de constrição. O casamento entre o saco de plasma e o jato de plasma, também é estabelecido através de uma camada dupla (CD2). A CD1 é formada por 4 populações de partículas, sendo estas os íons e elétrons do plasma da coluna positiva e íons e elétrons do saco de plasma. A CD2 é formada por três populações de partículas, sendo estas os íons e elétrons do saco de plasma e os elétrons rápidos provenientes da coluna positiva. Os íons da coluna positiva não conseguem atravessar a CD1 por não terem energia positiva são acelerados pelo potencial da CD1, ganhando substancial velocidade de deriva. Os íons e elétrons do saco de plasma são formados devido a colisões ionizantes entre os elétrons provenientes da coluna positiva e os átomos ou moléculas do gás, sendo esta ionização mais intensa do que na coluna positiva. Osd elétrons formados no saco de plasma são termalizados e permanecem no saco de plasma por não terem energia suficiente para sair do poço de potencial. É assumido no modelo, que um jato de plasma é formado pelos íons provenientes do saco de plasma e elétrons rápidos provenientes da coluna positiva e que atravessam o saco de plasma. Nenhuma produção de partículas carregadas é suposta ocorrer na câmara de expansão. Um estudo teórico das camadas duplas foi desenvolvido utilizando o método do "Potencial de Sagdeev"e uma descrição cinética da dinâmica das partículas carregadas que compõem essas estruturas eletrostáticas. São utilizados dados experimentais e condições de contorno consistentes para determinar o Potencial de Sagdeev de cada uma das camada duplas, em diferentes condições operacionais da fonte. Uma quadratura a partir da equação do Potencial de Sagdeev, é numericamente realizada para obter os perfis de potenciais das camadas duplas. Os resultados mostram que a largura das camadas duplas aumentam com a corrente de descarga e diminui com o aumento da pressão do gás. Utilizando a fonte de jato de plasma como reator de processos, foram investigadas algumas aplicações como: corrosão de filmes finos de carbono tipo diamante, deposição de filmes finos de cobre por espirramento e esterilização de amostras contaminadas com microorganismos. os resultados mostram potenciais aplicações desta fonte de partículas, a qual deve, no entanto, ser otimizada para cada tipo de aplicação. Finalmente esta dissertação de tese contém explicações originais sobre a fenomenologia dos jatos de plasma frios, operando em regime de descarga luminescente com baixa intensidade de corrente. O modelo cinético que discrimina as populações de partículas carregadas envolvidos na geração do feixe de plasma, assim como o mecanismo eletrostático de energização dos elétrons e íons do jato de plasma, aqui apresentados, são contribuições relevantes, relevantes deste trabalho.

A bateria, equipamento indispensável a projetos elétricos de aeronaves, possui, assim como demais componentes, uma degradação da saúde ao longo de sua vida. No atual cenário da aviação, essa degradação é muitas vezes acompanhada pelos operadores utilizando inspeções com intervalos fixos (hard times) composta de diagnósticos simples, o que pode implicar em remoção do equipamento antes do término de seu ciclo de vida ou na ocorrência de falhas não previstas entre os períodos de inspeções. A subutilização da bateria ou a falha não prevista promove um custo ao operador e representa uma redução da segurança de voo. Esse trabalho apresenta uma metodologia baseada em modelo capaz de monitorar a saúde da bateria aeronáutica de lítio-íon e de estimar a vida útil restante (RUL - Remaining Useful Life) desse componente, aplicando técnicas de PHM (Prognostics and Health Management) para predizer o tempo de falha e, assim, reduzir o custo de manutenção e contribuir para a segurança da operação. O estudo utiliza um repositório de dados disponibilizados pela NASA para gerar o modelo de descarga, o modelo de capacidade e o modelo do estado de saúde da bateria ao decorrer de seu ciclo de vida. Os modelos são utilizados para simular a operação da bateria em diferentes perfis de operação. Utilizando os resultados obtidos através das simulações, é realizado o cálculo baseado em regressão linear para estimar RUL e sua respectiva incerteza, provendo assim informação necessária para o operador gerenciar a manutenção da bateria no decorrer de sua vida útil.

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.

Este trabalho aborda a conformidade dos medidores de energia em sistemas não senoidais, na busca do aumento de qualidade no faturamento de energia elétrica. Para tanto, enfoca a medição mais justa e um melhor relacionamento entre concessionária e consumidor. As análises foram realizadas nos laboratórios da Eletropaulo, do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo, e no Laboratório do Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia (Enerq), USP. Trata-se de um estudo que faz parte de um projeto maior de Pesquisa e Desenvolvimento da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Seu objetivo foi investigar se a distorção de tensão e corrente nos medidores de faturamento de energia elétrica provoca desvios na energia medida. Pretendeu-se ainda avaliar se as harmônicas inseridas nos medidores eletromecânicos possuem maior ou menor desvio na energia medida, em comparação aos medidores eletrônicos. A metodologia utilizada incluiu levantamento de estudos de pesquisa e desenvolvimento, além de ensaios de laboratório com amostras de equipamentos de dois fabricantes nacionais. Como parâmetros para os ensaios, levantaram-se curvas, por meio de medições de cargas reais. Os resultados das medições obtidas em situações reais foram comparados com aquelas levantadas nos laboratórios. Os resultados dos ensaios laboratoriais foram analisados e comparados com os limites estabelecidos nas normas vigentes, dentre as quais, destacam-se: o Regulamento Técnico Metrológico do INMETRO e os Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST. O presente estudo concluiu que os instrumentos ensaiados em conforme normas, quando parametrizados para não considerar a potência de distorção no cálculo de reativo, atendem os parâmetros de exatidão. Esses dados são válidos tanto para as funções de VArh quanto para Wh. / This work addresses the reliability of energy meters in nonsinusoidal systems, looking for the increase of quality in the electric energy billing. To that purpose, it focuses on a fairer metering and a better relationship between the concessionaire and consumer. The tests were carried through in the laboratories of Eletropaulo, of the Electro-Technology and Energy Institute in the University of São Paulo, and in the Laboratory of the Center of Studies in Power Quality Regulation (Enerq), USP. This study is part of a bigger project in Research and Development of the Electric Energy National Agency (Aneel). Its objective was to investigate whether the distortion of voltage and current in the electric energy billing meters had deviations in the metered energy. It was also intended to evaluate whether the inserted harmonics in the electromechanical meters have greater or minor deviation in the metered energy, in comparison to the electronic meters. The methodology used included a survey of studies, research and development of the electric sector, besides laboratory tests with two national equipment samples. As parameters for the tests, wave were formulated by means of real load metering. The results of the metering obtained in real situations were compared with those collected in the laboratories. The results of the laboratory tests were analyzed and compared with the limits established in the norms in force, amongst which one highlights: the Technical Metrological Regulation from Inmetro and the Electric Power Distribution Procedures in the National Electric System Prodist. The present study concluded the instruments analyzed under normalized conditions, when parameterized to not consider the distortion power in the calculation of reactive, meet the 60Hz frequency, within the accuracy parameters. These data are valid both for the VArh functions and the Wh.