experimental investigation on molecular fragmentation and

Proposta de uma tocha indutiva para a melhoria da queima de materiais utilizando técnicas
magneto hidrodinâmica
José Antonio Bernardino de Oliveira.1**; Prof.Andrés Ortiz Salazar.2; Glauco George Cipriano Maniçoba.3
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LAMP - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
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LAMP - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
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LAMP - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
1. Introdução
A motivação deste trabalho está no estudo da magnetohidrodinâmica, quando aplicada a
uma tocha a plasma, este equipamento será integrada posteriormente a uma planta de nitretação
iônica destinada ao tratamento superficial de materiais, como lixos domésticos, hospitalares,
industriais, produtos derivados do petróleo e etc. Melhorando a potência de queima, resfriamento
das paredes da tocha, e a redução ainda mais de gastos energéticos, permitindo a dissociação destes
materiais em menor tempo, que em contrapartida poderá utilizar o tratamento de mais materiais,
diminuindo muito a utilização de locais de despejos, como lixões. O tratamento de lixo por plasma
transforma resíduos perigosos em resíduos últimos, inofensivos ao meio ambiente, que podem ser
inclusive reaproveitados em outros processos ou diretamente. O plasma é considerado um fluido
com comportamento quase neutro devido a este fato pode-se associar tal técnica a uma tocha
indutiva para obter através do estreitamento do plasma através do campo magnético para obter uma
melhor ejeção do plasma, concentração do feixe de ejeção e com isso obter uma maior temperatura
de dissociação, e pressão permitindo mais rapidez no tratamento dos materiais, e também obter a
refrigeração no interior do corpo da tocha por parte do plasma, diminuir o tempo da tocha ligada
diminuindo o gasto de energia elétrica e com isso obter a dissociação de maior número materiais.
2. Parte Experimental
PROPOSTAS PARA O EFEITO MHD NA TOCHA
A princípio existem três tipos de propostas para o desenvolvimento do efeito Magnetohidrodinâmicos em
tocha a plasma:
1. PRÓPRIO CAMPO MAGNÉTICO.
Neste teste iremos realizar medidas em computador para a observação dos efeitos causado pelo campo
magnético do indutor de cobre da própia tocha, utilizando a indução magnética do própio indutor da tocha.
2. UM ÍMÃ PERMANENTE NA BOCA DA TOCHA.
Neste outro processo, colocaremos um ímã permanente em forma de anel na boca da tocha forçando no
sistema a ejeção do plasma utilizando o ímã como uma espécie de espelho magnético permanente
confinando a ejeção do plasma, Devido o campo magnético produzido pelas bobinas da tocha, pode ocorrer
que o campo magnético influencie de forma negativa no fluxo magnético causado pelas linhas de campo do
ímã posto como um espelho magnético na boca da tocha.
3. UM ANEL DE COBRE COLOCADO NA BOCA DA TOCHA.
Aqui utilizaremos o fenômeno da magnetização induzida, no qual o campo magnético formar-se-á a
partir do campo magnético da bobina da própria tocha, nesta proposta não é só a tocha que é utilizada
como a bobina primária, mas também a bobina colocada na boca da tocha, A proposta nesta seção é a tocha
com uma bobina localizada na boca da tocha, a ideia aqui é forçar na bobina um campo magnético, para o
confinamento na saída do plasma na boca da tocha.
3. Resultados e Discussões
Os resultados foram obtidos através do programa COMSOL, para o “PRÒPIO CAMPO
MAGNÉTICO”, nesta simulação a princípio obtemos resultados, para uma tocha com uma corrente de
100A, uma pressão inicial de 0,02 torr, temperatura inicial de 500 K, para uma frequência de 13,56 MHz.
Na Figura 1. O pico de densidade dos elétrons ocorre do lado de fora do reator, fora da bobina RF.
Para que a densidade dos elétrons, neste caso, seja suficientemente elevada para provocar alguma
blindagem do campo elétrico azimutal. A "temperatura" do elétron é mais alta está fora da bobina, que é
onde ocorre a maior parte da deposição de energia.
No Gráfico 1 mostra que Inicialmente, a potência dissipada é dissipada na bobina (~ 500 W).
Depois de cerca de 1 microssegundo, a ignição do plasma começa e como os átomos de gás neutro
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Msc.José Antônio Bernardino de Oliveira.
dividido em elétrons e íons, os elétrons começam a absorver mais e mais potência. Durante um período
de 2 microssegundos, o plasma vai absorver o poder de absorção por volta de 1600 W.
Fig. 1 Densidade eletrônica na tocha
Graf. 1 Resistência na bobina.
A conclusão que é obtida a partir de simulações, com o modelo da tocha a plasma, mostra é que a partir do
fenômeno da magnetohidrodinâmica ou magnetoplasmadinâmica, no qual foi observado que o estreitamento
causado pelas linhas de campo elétrico e magnético é que a ejeção do plasma é bem maior, propiciando
melhor queima e jatos mais compridos, nesta simulação foi executado com o gás a uma dada pressão, isto é
confinado, o próximo passo é observar a mesma simulação para o plasma em movimento, e as linhas de
campo aumentando a velocidade de expansão do plasma, esta simulação será realizada a pressão atmosférica.
O que será realizado em laboratório será montar uma tocha em tamanho pequeno, e observar estes
processos, comparando-os e modificando parâmetros, como pressão na passagem do gás, variação de
corrente, e observando quais dos três processos mostrados acima, o mais oferece melhor desempenho.
4. Referências
[1] Ozono, Edson; Izoldi,Maurício; Silva, Maria L. P.; Saraiva, Francisco C.; Ruchko,Leonid F.; Galvão,
Ricardo M. O. “MINITOCHAS INDUTIVAS PARA TRATAMENTO SUPERFICIAL” Boletim
Técnico da FATEC-SP - BT/ 22 – pág.18 a 22 – Julho / 2007.
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[3] Gedalin, Michael. “LECTURE NOTES IN PHYSICS INTRODUCTION TO PLASMA PHYSICS”,
[4] Chen, Francis F.; Departamento de Engenharia Elétrica; Chang, Jane P. Departamento de Engenharia
Química Universidade da Califórnia, Los Angeles, “NOTAS DE AULA SOBRE PRINCÍPIOS DA
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[5] Alfven, H. " A existência de ondas eletromagnéticas-hidrodinâmica "(1942) Nature , vol. 150, pp 405
[6] “MAGNETOHYDRODYNAMIC (MHD) POWER GENERATION”, Chapter IV
http://navier.stanford.edu/PIG/C4_S9.pdf
[7] Aoki, Luciano Pires. ”Estudo do efeito magnetohidrodinâmico em um eletrólito a partir do uso de um
dispositivo ejetor eletromagnético”. ( 2011 ). São Carlos – SP.
[8] Isoldi, Maurício. “Construção de uma tocha indutiva para obtenção de plasma térmico à pressão
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[9] Torrente, G.; Puerta, J. and Labrador, N., “Two-temperature single-flow modelo f a thermal plasma
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[10] Souza, João Henrique Campos de, ”Estudo da Dinâmica de Partículas em um Propulsor a Plasma do
tipo Hall com Ímãs Permanentes.” Tese de Mestrado Universidade de Brasília – Instituto de Física – Núcleo
de Estudos da Estrutura da Matéria – Laboratório de Plasmas. Brasília – DF - 2006.
[11] “Usando o poder do plasma para eliminar/reciclar resíduos", Techplasma - Tecnologia e Serviços Ltda,
Grupo Kompac - Brasil, http://www.kompac.com.br
[12] SHIGUEOKA, HISATAKI. “EFEITO TOROIDAL SOBRE A ESTABILIDADE DE PLASMA
CONFINADO POR UM CAMPO MAGNÉTICO. ” Universidade Estadual de Campinas – SP. Tese de
Mestrado – 1977.
[13] GUINÉ, MARIA FERNANDA. ”ESPECTROMETRIA DE EMISSÃO ATÔMICA COM PLASMA
ACOPLADO INDUTIVAMENTE. (ICP-AES).” Centro de Energia Nuclear na Agricultura – CENA –
Universidade de São Paulo – USP –SP .
Agradecimentos
Deus, quem me possibilitou e está aqui.
Meus pais, minha esposa e meus familiares e amigos.