Validity:

sitivo EHD

Os plasmas produzidos por uma descarga brilhante atmosf´erica requerem apenas cam- pos el´etricos. N˜ao requerem campos magn´eticos ou sistemas de v´acuo de baixa press˜ao.

A descarga brilhante atmosf´erica ´e produzida por fontes de corrente alternada de baixa frequˆencia ao inv´es do uso de tens˜oes de corrente constante. Deslocamentos de corren- tes s˜ao utilizados para produzir a descarga brilhante atmosf´erica, e correntes reais n˜ao s˜ao requeridas. A frequˆencia utilizada para produzir a descarga brilhante atmosf´erica ´e normalmente menor do que 10 kHz.

De acordo com Sherman (1998) a caracter´ıstica fundamental da descarga brilhante atmosf´erica ´e o mecanismo de aprisionamento de ´ıons. Este mecanismo consiste na os- cila¸c˜ao restrita e peri´odica de ´ıons ao longo de linhas de campo el´etrico. A tens˜ao RF induz uma oscila¸c˜ao dos ´ıons com a frequˆencia aplicada nos eletrodos da descarga bri- lhante atmosf´erica, tal que os ´ıons transitam pela fenda que separa os eletrodos mas n˜ao atingem os eletrodos durante um meio ciclo da tens˜ao RF aplicada. Roth (1995) demons- tra que a frequˆencia necess´aria para se obter o mecanismo de aprisionamento de ´ıons ´e dada pela seguinte rela¸c˜ao,

ν0 =

ZVrmse πM d2_v

c

(5.1)

onde ν0 ´e a frequˆencia RF requerida para aprisionar os ´ıons, Z ´e a carga dos ´ıons, Vrms ´e a tens˜ao rms aplicada, M ´e a massa iˆonica, d ´e a distˆancia de separa¸c˜ao entre os eletrodos e vc ´e a frequˆencia de colis˜ao entre as part´ıculas neutras e os ´ıons.

O plasma produzido pela descarga brilhante atmosf´erica n˜ao est´a em equil´ıbrio. Di- ferente das descargas brilhantes de corrente cont´ınua em baixas press˜ao, a temperatura cin´etica do el´etron, densidade eletrˆonica e a densidade iˆonica s˜ao dependentes do tempo e variam com o ciclo da tens˜ao de alta frequˆencia. Segundo Mohan (2004) o custo energ´etico da produ¸c˜ao da descarga brilhante atmosf´erica ´e baixo, pois, como se trata de uma des- carga brilhante, ela opera no ponto de Stoletow, onde o custo energ´etico da produ¸c˜ao de um par ´ıon-el´etron ´e m´ınimo, ou seja, 81eV para o ar. Os dispositivos produtores de descarga brilhante atmosf´erica s˜ao leves devido `a ausˆencia de magnetos e de grandes cor- rentes dissipativas. Portanto, podem ser utilizados no controle do escoamento de camada limite ou em aplica¸c˜oes de redu¸c˜ao de arrasto.

Cap´ıtulo 6

Produ¸c˜ao de Escoamentos EHD

6.1

Introdu¸c˜ao

O objetivo central deste trabalho consiste na obten¸c˜ao de dados que indiquem poss´ıveis melhorias no desempenho da produ¸c˜ao de escoamentos eletro-hidrodinˆamicos atrav´es da escolha adequada da geometria dos eletrodos. Entretanto, se faz necess´ario antes ad- quirir experiˆencia na produ¸c˜ao de escoamentos eletro-hidrodinˆamicos, bem como testar os elementos principais que ser˜ao utilizados na etapa experimental. Para tanto, foram realizados dois experimentos simples: primeiro a visualiza¸c˜ao do escoamento ao redor de um cilindro em um t´unel de vento de baixa velocidade e a visualiza¸c˜ao da indu¸c˜ao de escoamentos eletro-hidrodinˆamicos sobre uma placa plana utilizando uma configura¸c˜ao cl´assica da geometria dos eletrodos (eletrodos planos).

Para a suprir a necessidade de uma fonte de energia el´etrica, uma fonte de alta tens˜ao e alta frequˆencia foi desenvolvida e constru´ıda especificamente para este trabalho. O Apˆendice A apresenta este equipamento de forma pormenorizada. Para uma breve des- cri¸c˜ao, vale ressaltar que esta fonte pode fornecer uma tens˜ao que varia entre aproxima- damente 1 kVolts at´e 10 kVolts, com uma m´axima corrente de sa´ıda da ordem de 20 mA. Este fonte de alta tens˜ao fornece estas tens˜oes sobre a forma de corrente alternada na faixa de frequˆencias de 1 kHz a 10 kHz.

Para a medi¸c˜ao da tens˜ao de alimenta¸c˜ao dos eletrodos foi utilizada uma sonda de alta tens˜ao especialmente constru´ıda para esta investiga¸c˜ao. Este equipamento tem a caracter´ıstica fundamental de reduzir a tens˜ao de entrada a uma raz˜ao de 1000:1, ou

Figura 6.1 – Circuito Esquem´atico da Fonte de Alimenta¸c˜ao.

Figura 6.2 – Fonte de Alimenta¸c˜ao.

seja, apresenta em sua sa´ıda uma tens˜ao 1000 vezes menor do que a de entrada. Maiores detalhes sobre este equipamento podem ser obtidos no Apˆendice B. A Figura 6.3 mostra este equipamento.

Para a medi¸c˜ao da corrente fornecida aos eletrodos foi utilizando um transformador de corrente modelo TA12-100 (ver Apˆendice C). Este componente tem a caracter´ıstica de medir a corrente induzida ao longo de um fio condutor e fornecer uma sa´ıda em tens˜ao proporcional a corrente medida. Ou seja, ´e um componente que mede de forma n˜ao invasiva a corrente que flui por um condutor. Isto ´e extremamente adequado para a medi¸c˜ao de correntes que fluem por condutores submetidos a elevadas tens˜oes. Suas principais caracter´ısticas s˜ao: faixa de corrente de entrada de 0 a 5 A, raz˜ao de 1000:1 na tens˜ao proporcional de sa´ıda e capacidade de medir corrente por 1 minuto quando o condutor est´a submetido a uma tens˜ao de corrente alternada de 6,0 kVolts.

Figura 6.3 – Sonda de alta tens˜ao.

Figura 6.4 – Exemplo de medidas da tens˜ao e corrente fornecidas aos eletrodos.