Estudio experimental de descargas eléctricas no-térmicas de alta presión: descargas tipo Glow y plasma-jet

Se reportan actividades de índole experimental y numérico en el área de los plasmas no– térmicos a presión atmosférica, y sus aplicaciones tecnológicas. En particular, dentro de las diferentes fuentes de plasma, se estudiaron descargas tipo glow en regímenes intermedios de corriente (descargas híbridas), descargas tipo plasma–jet; y descargas estabilizadas por barrera dieléctrica (DBD). En la faz numérica se realizó un modelo global de la cinética química del aire a alta temperatura del gas (hasta ~ 6000 K), considerando la ionización asociativa con la participación de átomos en diferentes niveles de excitación, como característica distintiva. El modelo fue aplicado a dos configuraciones experimentales distintas: una descarga tipo glow en aire ambiente y con un flujo de gas precalentado de alta velocidad. Los resultados numéricos indican que las reacciones de ionización asociativas entre átomos excitados N(²P,²D) y el estado fundamental O(³P), juegan un rol importante en la generación de carga en el aire a altas temperaturas. Además, se estudió la transición glow–arco empleando un modelo de fluido extendido que tuvo en cuenta el carácter no–local de la ionización en la lámina catódica de una descarga en aire con cátodo frío. El modelo permitió describir los diferentes regímenes de una descarga estacionaria: desde el régimen glow normal, pasando por el glow anormal, hasta las primeras fases de la transición glow–arco. Los resultados indicaron que existe una densidad de corriente crítica (que depende fuertemente de las características superficiales del cátodo) por sobre la cual se produce la inestabilidad glow–arco, que es disparada por un cambio en el mecanismo de emisión catódico de electrones: desde la emisión secundaria estimulada por impacto iónico hasta la emisión por campo. En la faz experimental, se aplicó la técnica refractiva schlieren en la caracterización de una descarga tipo plasma–jet de oxígeno y una descarga híbrida pulsada en aire ambiente. En el primer caso el foco estuvo puesto en la evaluación de los errores en la determinación de la temperatura del gas asociados con el ingreso de aire ambiente en el jet de oxígeno por difusión turbulenta; mientras que, en el segundo caso, se estudió por primera vez la influencia de las fluctuaciones de la corriente de la descarga sobre el índice de refracción medido del plasma. Además, se empleó la técnica de espectroscopía de absorción en el UV–Vis para estudiar la concentración en fase gaseosa de ozono generada por una DBD, con vistas a su aplicación en el área de “plasmas en la agricultura”. Finalmente, dentro de este marco, se reportan los resultados del tratamiento de semillas del gran cultivo argentino a través de descargas DBD. Los resultados en este sentido mostraron que el plasma es una tecnología novedosa y amigable con el ambiente, capaz de controlar efectivamente patógenos de interés agropecuario y mejorar significativamente atributos de calidad de las semillas; aumentando a su vez la velocidad de crecimiento de las plántulas y la imbibición de las semillas. Como conclusión de este trabajo de Tesis, entendemos haber realizado una contribución en el área de las descargas no–térmicas a presión atmosférica, en particular en el entendimiento de la cinética química del aire a alta temperatura, de las inestabilidades en la lámina catódica que inducen la transición glow–arco, de la aplicación cuantitativa e interpretación de datos de técnicas refractivas en escenarios fluctuantes; y en el área emergente a nivel global de “plasmas en la agricultura”.