estudo e simulação de uma t acoplamento indutivo ulação

ESTUDO E SIMULAÇÃO
ULAÇÃO DE UMA TOCHA DE PLASMA TÉRMICO
TÉ
COM
ACOPLAMENTO INDUTIVO.
INDUTIVO
Andrés Ortiz Salazar, [email protected]
[email protected] 1
Glauco George Cipriano Maniçoba, [email protected] 1
José Alberto Diaz Amado, [email protected] 2
José Antonio Bernardino
ernardino de Oliveira ,[email protected] 1
Jean Paul Dubut, [email protected]
Alberto Soto Lock ,[email protected]
Filipe de Oliveira Quintaes, [email protected]
[email protected] 4
1
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, LAMP-DCA/UFRN
LAMP
2
Instituto Federal da Bahia , COEEL/IFBA
EEL/IFBA
3
Instituto Nacional de Pesquisa
esquisa Espacial,
Espacial INPE/CRN
4
Instituto Federal de Educação,Ciência
ncia e Tecnologia do Rio Grande do Norte, IFRN
Resumo: Importantes
mportantes incrementos da tecnologia do plasma nas indústrias
indústrias aeroespacial, metalúrgica e de tratamento
de resíduos, entre outras, foram obtidas, devido ao atual desenvolvimento tecnológico. Uma das aplicações dessa
tecnologia, têm se tornado cada vez mais importante por reduzir, em muitos casos, a produção de resíduos em vários
processos industriais.
O plasma pode ser definido como um gás parcialmente ionizado onde co-existem
co existem elétrons livres e íons
positivos em movimento, em um processo onde ocorre transferência de energia por radiação, condução e aquecimento
aqueci
Joule entre outros.
Atualmente, no DCA/UFRN,
/UFRN, está sendo desenvolvida uma planta, que tem a finalidade de eliminar resíduos
tóxicos, utilizando plasma térmico.
O estudo do efeito e comportamento da geração de plasma, neste trabalho, foi baseado em uma tocha
acoplada indutivamente, mas conhecida como "ICPT - Inductive Coupled Plasma Torch". No presente trabalho, são
detalhados os parâmetros da implementação física, bem como, o modelo matemático utilizando o principio de
funcionamento do transformador.
r. Pela simulação do sistema, pode-se
pode se compreender e analisar os diferentes fenômenos
magnéticos e térmicos na geração do plasma.
A escolha de plasma acoplado indutivamente é justificada por não possuir eletrodos metálicos internos, a
serem erodidos pelo jato de plasma, evitando possíveis contaminações. Também, há a possibilidade, do
reaproveitamento dos gases residuais na co-geração
co
energética.
Palavras-chave: plasma, ICPT, simulação, modelo matemático.
1. INTRODUÇÃO
O plasma pode ser definido como um
um gás parcialmente ionizado contendo elétrons, íons e átomos neutros,
mantendo-se
se macroscopicamente neutro em um processo onde ocorre transferência de energia por radiação, condução
e aquecimento joule entre outros.
Existe varias formas de produzir o plasma,
plasma, nesse trabalho vai se limitar a abordagem apenas do plasma
térmico, que é um tipo de plasma produzido em laboratórios com uso de dispositivos chamados de “tochas de plasma”.
Esses dispositivos que vão transformar energia elétrica em energia térmica transportado
transportado por um gás. Também são
dispositivos que variam largamente em projeto e utilização, e tem sido bastante aplicado na indústria e vem garantindo
importantes incrementos tanto nas áreas aeroespacial, metalúrgicas, tratamentos de resíduos e entre outras.
outr
(GinéRosias, Maria Fernanda,1998).
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis -Maranhão
As tochas de plasma possuem mecanismo que fornecem energias suficientemente estáveis que vai manter o
equilíbrio dinâmico das partículas formadas no plasma, suas condições energéticas vão depender da composição e da
mistura dos gases. E esse mecanismo pode ser através de descarga elétrica por arco voltaico ou indutivo por bobinas.
No mecanismo por descarga elétrica os elétrons obtêm energia por aceleração no campo elétrico estabelecido entre os
eletrodos. Já no processo indutivo, os elétrons recebem energia do campo magnético induzido, produzido por uma
bobina energizada por uma fonte de alta radio frequência (RF). (M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, 2005).
A tecnologia de plasma no tratamento de resíduos é muito superior as outras por não ser poluente e não ter
tecnologia que possa competir ate esse momento, e também por ter a facilidade de ser instalado em qualquer lugar do
mundo. Também os custos do sistema com tecnologia a plasma em comparação com sistema convencional são mais
barato. Atualmente, esta sendo desenvolvida no LAMP (Laboratório de Avaliação e Medição em Petróleo) - UFRN
(Universidade Federal Rio Grande do Norte), uma planta de tratamento de resíduos e efluentes industriais por plasma
térmico constituída por uma tocha a plasma térmico acoplado indutivamente (ICP), fonte de Radio frequência (RF),
reator primário que possuem um alimentador contínuo de resíduos, reator secundário de combustão, lavador de
gases,compressor de ar e demais sistemas auxiliares. (Dubut,2009 e Guimarães, T. Q. D. M. A. M.; Salazar, A. O.,
2006).
Neste trabalho, vão ser obtidos, através de resoluções numéricas de modelos físicos e matemáticos, utilizando o
principio do funcionamento do transformador, a modelagem e simulação da tocha indutiva. Esse tipo de
desenvolvimento permitirá uma otimização da tocha e entendimento dos fenômenos que ocorrem durante um processo
via plasma. Para se ter idéia do fluxo de calor e da relação magnética aplicados na tocha foi desenvolvida uma
simulação para se ter uma representação da taxa de calor e fluxo magnético na tocha e também para dar um grau de
confiança aos cálculos.
2. DESCRIÇÃO DA TOCHA A PLASMA E DO APLICADOR RF
Existem numerosas concepções de tochas RF, mas o desenho de base para nossa análise é o modelo proposto
na literatura por Reed (1961), apresentado na Figura 1.
A tocha de plasma é composta por dois tubos concêntricos com pequena distância anular entre si. O tubo
externo, de raio r0, é chamado de tubo de confinamento do plasma e, geralmente, é fabricado em quartzo ou material
cerâmico. Na zona de descarga, o tubo de confinamento é envolvido por uma bobina de cobre comportando algumas
espiras, conforme as características da fonte de alimentação RF. Esta bobina curta geralmente é resfriada por um fluxo
circulante de água. Um tubo intermediário, fabricado também em quartzo ou material cerâmico, de raio r3, se estende
0
aproximadamente até o nível da primeira espira. Este tubo serve, essencialmente, para canalizar um fluxo de gás m3
escoando ao longo da parede do tubo de confinamento a fim de reduzir as perdas condutivas e convectivas do plasma e
limitar o sobreaquecimento do tubo de confinamento.
0
O fluxo de gás plasmático m2 é introduzido entre o tubo intermediário e o tubo central, isto é,
longitudinalmente com uma componente de vórtice. É neste gás que ocorre a descarga ionizante. O tubo no centro da
0
tocha, quando existente, canaliza o fluxo de gás m1 que serve para introduzir os materiais reativos ou as pólvoras
utilizadas em tratamentos de superfícies. As freqüências de operação das tochas RF se estendem de algumas centenas de
kHz até algumas dezenas de MHz, para potências indo do kW até o MW. Para a aplicação definida neste trabalho, a
freqüência máxima de operação foi fixada em 450 kHz por ficar situada na faixa atribuída às aplicações em ISM
(Industrial, Scientific and Medical band) e estar no limite factível de funcionamento dos inversores a IGBTs , no estado
atual da tecnologia. (Dubut, 2009).
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
Figura 1. Vista em corte de uma tocha RF acoplada indutivamente
A descarga ionizante que ocorre no interior do tubo de confinamento da tocha é produzida de
duas maneiras distintas: pelo campo eletrostático axial, para o modo de excitação em baixa potência, ou
pelo campo eletromagnético azimutal, quando a corrente circulando pelo indutor é suficientemente alta
para assegurar o processo de ionização do meio. Neste modo indutivo, a descarga é mantida pela indução
do campo magnético variando no tempo. Como o modo indutivo é dominante nas condições normais de
operação estabelecidas para a aplicação proposta, despreza-se o modo eletrostático, considerando-se
exclusivamente o modo de operação eletromagnético descrito na literatura por Thomson. Desta forma,
representa-se a descarga por um modelo equivalente constituído por um transformador virtual com núcleo
de ar, no qual o primário é o indutor da tocha e o secundário é formado pelo próprio anel de plasma.
Assim, com base no modelo do transformador de plasma proposto por Piejak, estabelecem-se as
expressões relacionando os parâmetros elétricos externos, como a tensão e corrente RF no indutor da
tocha. A potência aplicada na descarga pode, assim, ser expressa através de grandezas mensuráveis, como
tensão e corrente de descarga. (Dubut, 2009).
3. MODELO DO TRANSFORMADOR DE PLASMA
As relações geralmente apresentadas em artigos especializados levam somente em conta as
características físicas do plasma sem, todavia, considerar sua interação com o aplicador . Isto se traduz em
equações de difícil manipulação e de pouca interatividade com as grandezas elétricas mensuráveis e os
parâmetros que caracterizam efetivamente o aplicador RF. A idéia é então descrever a descarga indutiva
no plasma por meio de um modelo formado por um transformador virtual com núcleo de ar e de uma
única espira . O transformador virtual assim formado consiste de dois enrolamentos interagindo entre si
por meio de um campo magnético mútuo. A Fig. 2 representa o diagrama hipotético do aplicador RF em
corte, com o transformador formado pelo próprio indutor atuando como primário, e o secundário virtual
formado pelo caminho da descarga de plasma.( Dubut,2009).
b
R
r
I RF
δp
N espiras
r
r
I p = N ⋅ I RF
l
Plasma
Z
Figura 2 – Diagrama hipotético do modelo a transformador de plasma
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
O campo magnético produzido pela corrente circulando no enrolamento primário interage com
o secundário. O primário do transformador é constituído pela bobina da tocha composta de N espiras
que possui uma indutância
L1 , uma resistência R1 , e cujo coeficiente de qualidade do indutor é definido
por Q = ω ⋅ L1 R1 . Uma tensão RF, de valor V1 e freqüência angular ω é aplicada ao indutor,
produzindo uma corrente I1 . A descarga que se estabelece no plasma é constituída por descargas
filamentares em paralelo formando a espira secundária de um transformador virtual a ar com indutância
L´2 e resistência de plasma R pl . A indutância de descarga do plasma L´2 consiste de duas
componentes, a indutância de inércia dos elétrons
carga do plasma, sendo expressa por Le = R pl
ν
Le que representa a parte complexa da impedância de
, e a indutância geométrica ou magnética
ao caminho da corrente de descarga. A indutância de inércia dos elétrons
L2 , devida
Le é definida pela
σ = e 2 ⋅ ne me ⋅ (ν + jω ) , sendo: e , a carga do elétron, ne , a densidade do
me , a massa do elétron, e ν , a freqüência efetiva de colisão do elétron. A indutância virtual L2
condutividade do plasma
plasma,
é acoplada magneticamente ao primário do transformador formado pelo indutor, através da indutância
mútua M . Para maior simplificação, é assumido que o modo dominante da descarga na análise proposta
é indutivo, desprezando-se o modo capacitivo que ocorre no início da descarga, à baixa potência . A
figura 3 mostra o diagrama do modelo equivalente do aplicador RF da tocha ICTP que é utilizado na
análise. (Dubut, 2009).
I1
R1
M
I2
Zpl
Rpl
V1
L2
ω
⋅ R pl
ν
Fig. 3 - Diagrama do modelo equivalente do transformador de plasma
De forma genérica, a indutância de um indutor solenóide é proporcional ao quadrado do
número de espiras
N e ao raio r da bobina, sendo L ∝ (N ⋅ r )2 . Por analogia, para o transformador a
ar hipotético formado por dois indutores coaxiais de mesmo comprimento e acoplados entre si, a relação
caracterizando as indutâncias
L2  N 2 ⋅ r2 

=
L1  N1 ⋅ r1 
, e o fator de acoplamento
L1 e L2 é expressa na forma:
2
k como sendo:
(1)
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
r 
k =  2 
 r1 
2
(2)
Considerando que, neste caso específico,
L2 = k ⋅
N 2 = 1 , e substituindo na equação 3.95, tem-se:
L1
N12
(3)
Aplicando a lei das malhas de Kirchhoff ao transformador hipotético formado, obtém-se um
conjunto de equações descrevendo o circuito primário e secundário, sendo:
v1 = i1 ⋅ R1 + i1 ⋅ jω ⋅ L1 + i2 ⋅ jω ⋅ M
(4)
0 = i2 ⋅ jω ⋅ L2 + i1 ⋅ jω ⋅ M + i2 ⋅ Z pl
(5)
, e:
M = k ⋅ L1 ⋅ L2 , e Z pl a impedância da descarga de plasma. A impedância
, com a indutância mútua
total do secundário pode ser então escrita como:
Z 2 = Z pl + jω ⋅ L2
(6)
A impedância primária
Z1 medida na entrada do transformador representado pelo indutor é
obtida por substituição nas equações (4), (5) e (6), sendo:
Z1 =
ω2 ⋅ M 2
ω2 ⋅ M 2
v1
= Z pl ⋅
+
j
⋅
L
−
j
⋅
L
⋅
ω
ω
1
2
2
2
i1
Z2
Z2
(7)
O sinal negativo é associado à reatância do secundário cuja corrente, segundo a lei de Lenz,
tende a neutralizar o fluxo magnético no circuito primário. A impedância da descarga de plasma é
expressa por:
Z pl = R pl + j
ω
⋅ R pl
ν
A impedância
Z 2 , após substituição em (7), tem a forma:
Z 2 = R pl + j
ω
⋅ R pl + jω ⋅ L2
ν
(8)
(9)
Substituindo novamente na equação (7), a impedância primária é:
Z1 = ω 2 ⋅ M 2 ⋅
R pl
Z2
2

ω


 ω ⋅ L2 + ⋅ R pl  

ν

+ j ω ⋅ L1 − ω 2 ⋅ M 2 ⋅ 
2


Z2


(10)
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
Com base na equação (10), observa-se que a impedância vista no primário é composta de uma
parte resistiva Ri , e de uma parte reativa que pode ser definida como X i = ω ⋅ Li . Expressando essas
grandezas, têm-se:
Ri = R1 + ω 2 ⋅ M 2 ⋅
R pl
Z2
(11)
2
, e:

ω


 ω ⋅ L2 + ⋅ R pl  

ν

X i = ω ⋅ Li = ω ⋅ L1 − ω 2 ⋅ M 2 ⋅ 
2


Z2


Combinando as equações (11), (12) e substituindo
(12)
L2 por (3), deriva-se uma expressão para
R pl e para o fator de acoplamento k como sendo função das variáveis R1 , Ri , L1 , Li , ν e ω , então:
k=
ω 2 ⋅ (L1 − Li )2 + (Ri − R1 )2
ω


ω ⋅ L1 ⋅ ω ⋅ (L1 − Li ) − ⋅ (Ri − R1 )
ν


(11)
, e:
R pl = (Ri − R1 ) ⋅
k ⋅ ω ⋅ L1
ω


N12 ⋅ ω ⋅ (L1 − Li ) − ⋅ (Ri − R1 )
ν


(12)
A corrente na descarga de plasma é obtida da equação (5), sendo:
I pl =
I1
k 3 2⋅ ⋅ ω ⋅ L1
⋅
2
N1 

ω ⋅ L1
ω
 2 ⋅ k + ⋅ R pl  + R pl2
ν
 N1

(13)
A tensão devida à componente ôhmica do plasma, em fase com a corrente, é dada por:
v pl = i2 ⋅ R pl
(14)
, e a potência RF dissipada na descarga de plasma expressa por:
Ppl =
v 2pl
R pl
Essas equações permitem caracterizar os principais parâmetros do aplicador RF da tocha ICTP,
porém são de difícil aplicabilidade uma vez que relacionam grandezas diretamente ligadas à carga de
plasma.
(15)
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4. SIMULAÇÃO DO PLASMA TÉRMICO NA TOCHA
Para o desenvolvimento da simulação umas séries de parâmetros precisaram ser consideradas,
pelo fato do plasma térmico alcançar altas temperaturas associadas com saturação da densidade da
energia. À medida que a pressão do gás aumenta, o numero de colisões entre os elétrons e partículas
neutras aumentam. Em pressões bastante altas, os elétrons obtêm energia cinética e a transferem
parcialmente via colisões inelástica para os íons e partículas neutras. Devido essa característica a
temperatura dos elétrons torna-se iguais as dos íons, neste ponto surge um efeito que é conhecido como
equilíbrio termodinâmico Local (LTE- Local Thermodynamic Equilibrium). Para modelar o plasma
utilizou do modelo MHD (magnetohidrodinâmica) ver Faria Júnior,Roberto da Trinidade,1995, bastante
empregado em diversos trabalhos para a modelagem e simulação das regiões da tocha de plasma térmico.
4.1. Definição do modelo:
A geometria da tocha foi representado inicialmente por um tubo de vidro cilíndrico envolvida
por uma bobina de 7 voltas em torno do tubo. O gás é aquecido através de colisões elásticas e inelásticas.
As colisões inelásticas são responsáveis pela maior parte do aquecimento do gás, para a geração do
plasma o gás escolhido foi o argônio, por possuir uma vantagem energética e também por ser o gás mais
utilizado em equipamentos comerciais. Uma corrente de 200 A é aplicada a cada volta da bobina.
O comportamento físico do plasma foi modelado através de hipóteses comuns nas simulações de
tocha de plasma térmico, no qual vem sendo implementada em uma ferramenta computacional COMSOL
MULTIPHISICS®. As seguintes hipóteses foram adotadas:
• Fluxo constante e laminar;
• O plasma é opticamente fino;
• A dissipação de calor devido às tensões de viscosidade é desprezada;
• E as correntes de deslocamento são desprezadas.
4.2. Equações Governantes
A densidade eletrônica e a energia média são calculadas através da resolução de um par de
equações da tração- difusão para a densidade e:
∂
(ne ) + ∇.[− ne (µ e .E ) − De .∇ne ] = Re
∂t
(16)
(17)
∂
(nε ) + ∇.[− nε (µ ε .E ) − Dε .∇nε ] + E.Γe = Rε
∂t
- Energia de conservação:
 k

∇.( ρuh) = ∇ ∇h  + JxE − R
c

 p

Onde Re é a fonte de elétrons, RƐ é a perda de energia devido a colisões inelástica, De é o
coeficiente de difusão eletrônica, e ne densidade eletrônica, nƐ densidade energética , µ e permeabilidade
eletrônica, E campo elétrico, µ Ɛ permeabilidade energética, Γe números de pares e- do Ar+ fluindo por
segundo através de um volume, ∇ vetor gradiente, ρ é a densidade do plasma, h é a entalpia, u é a
velocidade, k é a condutividade térmica, cp é o calor especifico com pressão constante, J é a densidade da
corrente induzida no plasma, e R é a perda radioativa volumétrica. E todas as unidades estão no sistema
internacional (S.I) .
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
4.3. Procedimentos Computacionais
As equações governantes estão sendo resolvidas pelo COMSOL MULTIPHISCS®, onde a
simulação foi realizada levando em consideração a formação do plasma no interior da tocha, no caso, no
tubo de confinamento, para se ter noção das condições físicas da região interior da tocha, e do
comportamento da formação de plasma no interior do tubo, pela influência das bobinas. Onde nesta
simulação teve como característica a formação do plasma indutivamente, estudo do fluxo de gás, e o
modo de transferência de calor do plasma.
4.4. Resultados
O modelo desenvolvido fornece uma boa previsão do analise da tocha como na distribuição de
velocidade, densidade, potencial elétrico, e contorno de pressão e temperatura dos componentes do
fluido, e acoplamento de energia. A seguir os resultados referentes ao analise feito no interior da
tocha de plasma:
(a)
(b)
Figura 4. (a) Densidade do elétron (b) temperatura do elétron
(a)
(b)
Figura 5. (a) Potencial elétrico (b) Gráfico do contorno da pressão no interior da tocha
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
(a)
(b)
Figura 6. a) Velocidade da tocha em 3D, (b) Temperatura da tocha em 3D
5. CONCLUSÃO
O trabalho teve como objetivo fazer uma visão geral do estudo do comportamento da geração de
plasma descrita por uma tocha indutiva, detalhando através de um modelo matemático no caso o
principio de funcionamento do transformador,essa modelagem matemática foi importante pra prever as
característica da tocha.Também foi feito a simulação utilizando um modelo bidimensional assimétrico
do plasma de indução através de equações utilizada na formação do plasma, para o fornecimento
detalhado da tocha por ser muito difícil de ser realizar.
Para a geração do plasma foi usado como gás plasmático o argônio, e o plasma em equilíbrio
termodinâmico local utilizando o modelo MHD que é uma combinação das equações de Navier-Stokes
para dinâmica dos fluidos e das equações de Maxwell para o eletromagnetismo. Onde os parâmetros
introduzidos nas simulações para esta tocha são tomadas a partir da literatura. Onde os resultados ainda
são os iniciais, mas serve como analise para o comportamento da geração do plasma no interior do tubo
da tocha. Onde foi notado que o plasma não é homogêneo, e as distribuições da temperatura no fluxo
laminar apresenta gradiente de temperatura acentuada, e a energia eletromagnética rotacional fornecida
pela bobina indutiva é absorvida por uma camada entre o eixo da tocha e as paredes do tubo.
6. AGRADECIMENTOS
Ao CAPES, PPGEEC/UFRN Programa de Pós-graduação em engenharia elétrica e computação
e CNPq.
7. REFERÊNCIAS
Altair S. de Assis, 2008, “Inertização do Lixo Tóxico com a Tecnologia de Plasma”. Universidade
Federal Fluminense – IM – GMA.
Andrés O. Salazar, Giancarlos C. Barbosa, Madson A. A. Vieira, Filipe de O. Quintaes and Jacimário
R. da Silva, 2011, “Modeling and Simulation of High Voltage and Radio Frequency Transformer,” IEEE
TRANSACTIONS ON MAGNETICS.
Dubut, J. P., 2009, “Conversor CC/CA de alta frequência baseado em inversores ressonantes com
comutação sequencial para excitação de uma tocha indutiva a plasma térmico”, Doutorado em Engenharia
Elétrica, PPEEC, UFRN.
VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 31 de julho a 03 de Agosto 2012, São Luis Maranhão
Giné-Rosias, Maria Fernanda,1998, “Espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado
indutivamente”. (ICP-AES). Piracicaba: CENA, 148P.:il. (Série Didática, v.3)
Guimarães, T. Q. D. M. A. M.; Salazar, A. O., 2006, “Automation system applied to plasma inertization
plant”. Congresso Brasileiro de Automação - CBA.
Gudmundsson, J.T.; Lieberman, M.A., 1997, “Magnetic induction and plasma impedance in a
cylindrical inductive discharge”. Plasma Sources Science Technology. USA, v. 6, p. 540-550, jul.
Kreith, Frank and Mark S. Bohn; Revisão técnica Flávio Maron Vichi e Maria Teresa Castilho Mansor,
2003, “ Princípios de transferência de calor”. São Paulo: Pioneira Thompson Learning ,
Laboratório de análise de resíduos – LAR, 2003, “Tecnologia de plasma”. UERJ - Universidade do
Estado do Rio de Janeiro,PP.1-11.
M. A. Lieberman and A. J. Lichtenberg, 2005, “Principles of Plasma Discharges and Materials
Processing”, John Wiley & Sons, Inc..
Faria Júnior,Roberto da Trinidade,1995, “ Analise espectral MHD em plasma cilíndrico de duas camadas.
Aplicações a mancha solares”. Dissertação (mestrado),Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física.
8. DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluídos no seu trabalho.
DESIGN AND SIMULATION OF A THERMAL PLASMA TORCH WITH INDUCTIVE
COUPLED
Andrés Ortiz Salazar , [email protected] 1
Glauco George Cipriano Maniçoba, [email protected]
José Alberto Diaz Amado, [email protected]
José Antonio Bernardino de Oliveira ,[email protected]
Jean Paul Dubut, [email protected] 3
Alberto Soto Lock ,[email protected]
Filipe de Oliveira Quintaes,[email protected]
1
University Federal of Rio Grande of the Norte, LAMP-DCA/UFRN
2
Institute Federal for Education, Science and technology of Bahia, COEEL/IFBA
3
Institute National Research Space, , INPE/RN
4
Institute Federal for Education of Rio Grande of the Norte, IFRN
Abstract: Important increases of plasma technology in the aerospace, metallurgical industry and
residues treatment, among others, were obtained because of the topical technology development. One of
the applications of this technology has become more important to reduce in many cases the production of
the residues in various industrial processes.
The plasma can be defined as a partly ionized gas which co-exist free electrons and positive ions
in motion, in a process where energy occurs transfer from radiation, conduction and joule heating and
among other.
Nowadays, in the LAMP /UFRN is being developed a plant, which has the purpose to eliminate
toxic residues using thermal plasma.
The study of the effect and behavior of the plasma generation in this work was based on an
inductively coupled torch, but Known as “ICPT – Inductive Coupled Plasma Torch”. In the present work
are detailed physical implementation parameters and the math model, using the working principle of the
transformer. For the simulation of the system, can understand and analyze different magnetic and
thermal phenomenon in the generation of plasma.
The choice of inductively coupled plasma is justified for not having internal metal electrodes, to
be eroded by the plasma jet, avoiding possible contamination. Also, there is the possibility of the reusing
the residual gas in the co-generation energetic.
Keywords : plasma, ICPT, simulation, math model.
.