Construcción de un prototipo generador toroidal de plasma de baja temperatura (GTP) para evaluar la eficiencia obtenida frente a generadores lineales aplicados en la industria de tratamiento de metales

Abstract

El documento proporciona un análisis y evaluación exhaustivos del diseño, construcción y experimentación de un generador toroidal de plasma basado en un circuito inversor de voltaje. Se eligió el inversor por su capacidad para controlar el alto voltaje, flexibilidad y disponibilidad en la industria de generación de plasmas de alta frecuencia. Se parametrizó el comportamiento del fluido del plasma a través de simulación FEM y CFD. Uno de los principales desafíos encontrados durante las pruebas fue la interferencia de los arcos eléctricos en los dispositivos de medición. Para mitigar esto, se consideraron diversas estrategias basadas en la separación de circuitos y el uso de diferentes configuraciones de entrada y salida de voltaje. El uso de un microcontrolador y sensores digitales para medir variables como la temperatura fue descartado debido a la interferencia electromagnética generada por el circuito amplificador de voltaje, la cual afectaba la adquisición de datos. En particular, se identificó que los arcos de corona y los pulsos electromagnéticos (EMP) podían alterar las mediciones y el comportamiento de los controladores. El circuito generado a través de software y simulación electrónica, es eficaz para la generación de alto voltaje y la creación de arcos de descarga, aunque se requiere una configuración cuidadosa para minimizar la interferencia electromagnética y mejorar la precisión de las mediciones. Se mantuvo la adquisición de datos digital en función de la presión, bajo condiciones controladas, y se reemplazó los sensores de temperatura por un termómetro analógico. La eficiencia del generador de plasma llega a un 90.33% bajo condiciones de operación de 121.11°C a una presión nominal de 100.000 kPa. Cabe destacar las variables de estabilidad y equilibrio de la salida del plasma fueron descartadas, por lo que no se considera viable la eficiencia del plasma bajo los parámetros desarrollados.