Appunti di Applicazioni industriali dei plasmi M

Introduzione Plasma

Plasma = 4° stato della materica (gas ionizzato), ha entropia più elevata!

• È composto da:
  • elettroni
  • neutri → molecole/atomi
  • ioni → molecole/atomi
  • radiazione luminosa/calorica

En cinetica = e⁻, atomi, ioni atomici

Generatore Elettrico...

• a ∖ p → OMOgeneo
• a p ∖ patm → SCARICHE FILAMENTARI

Langmuir accetta a⁾iviO gli elettroni, dose il Sosno pochi e⁷, il gas ionizzato che ...

• Requisiti per essere Plasma
  • gas ionizzato
  • quasi neutrale globalmente
  T_i, T_rot, T_n → T_h (Non equilibrio)

  Plasmi di Interesse Tecnologico...

  Interazione tra particelle

  - Atomi

  1. Collisione elastica -> trasferimento di energia cinetica
  2. Collisione anelastica -> oltre al trasferimento di energia cinetica, viene fornito ΔE tra ground state e un livello energetico superiore per gli elettroni. -> è come se fosse aumento di energia potenziale
  3. Ionizzazione -> l'energia ceduta è maggiore di quella di ionizzazione e si espulso dell'atomo in potenziale.

  - Molecole

  1. Collisione elastica -> energia cinetica
  2. Collisione anelastica -> fornito ΔE che porta a stato eccitato in potenziale

  Diagramma del potenziale di Morse

  Equilibrio stabile intorno a E_min

  NB: passando da ground state to stato eccitato, anche R_e si sposta e meno compressione sulle nubi delle parti dell'elettrone

  3. Vibrazione -> moto periodico intorno ad asse internucleare
  4. Rotazione -> moto attorno ad un asse normale a quello nucleare

  NB: l'eccitazione elettronica ΔE è associata a uno specifico stato roto-vibrazionale, lo stato non perde essenzialmente e invece equivalente a livello roto-vibrazionale dello stato eccitato -> possono scendere livelle elettronici in energia potenziale.

  ARTICOLI SCIENTIFICI E BREVETTI

  ARTICOLO SCIENTIFICO: scopo: divulgazione (no interessi economici)

  • descrizione dettagliata, risultati e procedure
  • fa pubblica e certifica l'importanza

  TITOLO: semplice e conciso

  RIVISTA:EDITORE (noto)REVISORE (non noto) ➔può chiedere ulteriori dati

  AUTORI: ordine in base al ruolo (ricoperto nella ricerca)...

  • 1° chi ha scritto e fatto esperimenti
  • in mezzo chi ha contribuito
  • ultimo chi ha coordinato il tutto (laboratorio, fondi...)

  TIPI DI ARTICOLO: ⚪SPERIMENTALI ➔ricerca⚪REVIEW ➔ riassunto stato dell’arte

  • OPEN ACCESS = pubblico a tutti
  • NON OPEN ACCESS = solo titolo e abstract, costo 30-100 €

  RIFERIMENTI: 1° AUTORE RIVISTA ANNO...(in alto a dx) ➔ LINK DOI x identificativo univoco articolo

  ABSTRACT: un paragrafo riassuntivo

  • ⚪ CORRISPONDENCE: un autore può fornire il proprio contatto per rispondere ai colleghi
  • ⚪ BACKGROUND/INTRO: contestualizzazione problema, stato dell'arte, obiettivo
  • ⚪ MATERIALI e METODI: si indicano tutti i dettagli sperimentali e studio riproducibile
  • ⚪ RISULTATI: tabelle ecc.
  • ⚪ DISCUSSIONE: spiegazione risultati e gap che viene colmato dallo stato dell'arte
  • ⚪ CONCLUSIONI: riassunto risultati + prospettive future
  • ⚪ BIBLIOGRAFIA: tutti gli articoli relativi al que argomento vanno citati. Essi devono esistere da un autore attendibile e pubblicati da una rivista attendibile.

  REVISIONE PARITARIA:è l'articolo viene revisionato da un esperto nel settore, anonimo, che decide se scarto, torna all'autore, editore, accettabile/utile

  INDICATORI

  AUTORI: H-index numero di citazioni e n° articoli (indice affidabilità)

  RIVISTE: Impact Factor (IF) permette di dividere le riviste in quartili, nel loro specifico settore

  (Ranking tra riviste)

  TAGLIO PLASMA

  DRY (in aria)UNDERWATER (sott'acqua)

  Shield gas: non genera plasma, protegge da eventuali detriti dello spacco ed estrae reazioni da scorie e metallo fuso.Spesso → ARIA (de-ionizzato e filtrato) a pressioni di 2 bar (vs 6 bar cutting gas).

  Se i gas di plasma che quelli di shield sono sulfurati, devono presentare un’elevata resistenza perché detti molto duraturi allo sulfurio.

  GAS:

  • OSSIGENO: reagisce esternamente con acciai doc.E' l'elettrodo però deve essere in cerio (tungsteno inceriabile).
  • AZOTO o ARIA: ok con acciaio ossidabile o alluminio.
  • GAS NOBILI (argon) o miscele (argon + H₂, 5 CH₄): T ↑ E ↑ qualità taglio.

  QUALITÀ DEL TAGLIO: bauæ

  angolo di taglio: è intrinsecamente imperfetto, angolo dx ≠ angolo sx → SWIRL→ norma ISO 9013: data qualità di taglio → uso successive lavorazioni

  rispetto alle altre tecnologie lavora meglio a spessori elevati (oltre 10 mm) ed è più pesante

  TAGLIO PLASMA alza definizione:• no bauæ• no 3 elevati (≤ 2°)

  bauæ → aetc: velocità troppo veloce, poco calore per fusione corretta, poca cinetica per sporcare materiale. Bauæ difficili da separare.

  • basse velocità: troppo calore e non riesce a espandere materiale fuso,perché ha poca cinetica. Bauæ spungose e facili da separare.

  IR produttore dote taglio e condizioni operative fornsico grafico sulle velocità di interesse.

  Se fluidodinamica non corretta e bauæ superiori, pericolo materiale fuso su torcia.

  FASI CRITICHE TAGLIO: trasferimento arco.

  START/STOPONOFF

  ACCENSIONETAGLIOSPEGNIMENTO

  PRIMAfasciamento arcofase sponamento

  FASI CRITICHE:

  • trasferimento arco →se non flusso più riscaldatoarco sfondamento e chiude verso la torcia
  • spegneteico:critte per nonone attivato

  Il picco di trasporto è dove c'è Jmax ovvero nella zona della skin depth.

  Efficienza accoppiamento 50-60%: perdite resistive e energia + perdite radiative e parete → raffreddamento.

  Noz 1985 - Articolo Exodus:

  G1 G2 G1 G2

  Qui: carrier gas porta materia prima che va evaporata.Plasma gas carrier, che sostiene il plasma.Se flusso di raffreddamento tenue lavora plasma da parete (sheet gas).

  Analisi computazionale (Paulos)

  Plasma come cilindro conduttivo di raggio Rwcon temp uniforme e stessa conduzione.

  ↑ se potenza è ceduta principalmente alla skin che poi lavora tuttala cedola del plasma per sosteners ↑ → S ↑ Potenza ceduta ed pesima.

  Efficienza di accoppiamento: dipende da _Rw e da _Rw

  R_w < 1 se 2π_w, se _RwRc ma in pratica _Rw ~ 0.7 - 0.8, è massimizzabile aumentandola.e dimensioni del sistema

  R_w che dipende da δ_δ → E (1,5 - 4) ho max eff accoppiamento

  Minima potenza sostenimento plasma: dipende da f e P

  P_min: ↓ se ↑ f↑ se ↑ P

  → vale io stesso gamma medio elettroni→ dipende della compostate del gas (P min in argon -> accendo in Ar).

  I processi che richiedono aumento entropico non basta Ar che ionizzo 2 volte e basta,

  ma altre specie.

  Bilancio di energia:

  - dipende da _Rw/_Rc.- perdite trasmissione e generazione ~30%- perdite accoppiamento

  → calore nel plasma dentro la torcia- perdite convezionea, conduzione, irraggiamento (↑ se ↑_RwRc). - se sono le uniche

  Considerazioni:- I_max nello skin depth: è la regione di costruzione d max potenza ed pot}da dentro andato piccole e schiacciato.- lunghezze plasma ↑ se da portato del gas ↑- temperature picco minore se gas che non è argon.