PlasMa

For english version please click here

Teoria e simulação avançada de plasmas relevantes para aplicações energéticas

Designação do projeto | PlasMa: teoria e simulação avançada de plasmas relevantes para aplicações energéticas
Código do projeto | M1420-01-0145-FEDER-000016
Objetivo principal | Reforço da investigação, do desenvolvimento tecnológico e inovação
Região de intervenção | Região Autónoma da Madeira

Data de aprovação | 06-06-2019
Data de início | 01-01-2019
Data de conclusão | 31-12-2021
Custo total elegível | 1 408 453,90 €
Apoio financeiro da União Europeia (FEDER 85%) | 1 197 185,82 €
Comparticipação da Universidade da Madeira (15%) | 211 268,08 €

O Projeto PlasMa irá contribuir para o desenvolvimento e reconhecimento da investigação em ciência e tecnologia de plasmas com aplicações energéticas a nível internacional e por conseguinte irá tornar a Região reconhecida pela investigação realizada nessa área, através da publicação de artigos científicos nas mais importantes revistas internacionais da área e pela colaboração, já em curso, em projetos de IDT+I com parceiros de excelência internacionais.
O projeto é dedicado à investigação de duas formas de descargas de gás em gases a alta pressão, que constituem sub-projetos de I&D:


Sub-projeto Arco: interação plasma-elétrodos em descargas de arco de alta pressão, incluindo a erosão dos elétrodos

Objectivo
  • Desenvolver uma ferramenta rápida, robusta e precisa para a modelização de descargas de arco de alta pressão considerando a interação plasma-elétrodo de forma autoconsistente.
Ações específicas a realizar
  • Refinamento das condições fronteira que descrevem a troca de energia entre a região catódica e o volume do arco, sem introduzir uma estrutura mais complexa da região do arco próxima ao cátodo;
  • Garantir um acoplamento completo (térmico e elétrico) do cátodo com o plasma através da tomada em conta da variação, ao longo da superfície do cátodo, da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo, devido à resistência elétrica do volume do arco;
  • Acoplamento dos modelos de descargas de arco e de descargas de superfície e streamers com o código que simula os processos dentro do cátodo, incluindo a vaporização do material do cátodo e a eventual formação de crateras e a ejeção de gotas;
  • Desenvolvimento de um código integrado, que funcionará para qualquer conjunto de parâmetros de interesse, e que permitirá uma transição entre os modelos de descargas de arco e descargas tipo streamer conforme apropriado. Este código estará pronto a ser usado para aplicações industriais.
Resultados esperados
  • Código integrado, que funcionará para qualquer conjunto de parâmetros de interesse, e que permitirá uma transição entre os modelos de descargas de arco e descargas tipo streamer conforme apropriado. Este código estará pronto a ser usado para aplicações industriais;
  • Publicação de 10 artigos científicos nas melhores revistas internacionais das áreas relevantes.

Sub-projeto Streamers: disrupção e streamers de superfície em gases a alta pressão

Objectivo
  • Desenvolver um código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo. Este código estará pronto a ser usado para aplicações energéticas.
Ações específicas a realizar
  • Desenvolvimento de um código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo;
  • Validação do código com outros resultados numéricos e também resultados experimentais.
Resultados esperados
  • Código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo. Este código estará pronto a ser usado para aplicações energéticas;
  • Publicação de 5 artigos científicos nas melhores revistas internacionais das áreas relevantes.

Os sub-projectos serão desenvolvidos em colaboração com parceiros internacionais líderes nas suas respetivas áreas.

Galeria de fotos


Atividades no decorrer de 2020

O projeto PlasMa cumpre o objetivo de captar para a Madeira projetos de investigação financiados pela indústria internacional de alta tecnologia

O Departamento de Física e o Polo do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear na Universidade da Madeira começaram a desenvolver em parceria com, e com financiamento, da Siemens AG (Erlangen, Alemanha), um novo projeto dedicado à investigação de arcos de vácuo, com aplicações a equipamentos energéticos. Será o segundo projeto de investigação com financiamento da indústria internacional de alta tecnologia em curso no Departamento de Física e no Polo do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, estando outro a ser executado em parceria com a Schneider Electric (Grenoble, França).

Publicações do projeto em 2020
  1. M S Benilov, “Modeling the physics of interaction of high-pressure arcs with their electrodes: advances and challenges”, J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 53, no. 1, pp. 013002, 2020.

Atividades no decorrer de 2019

Visitas de consultores
  • A visita do Prof. Georgy Naidis, perito a nível mundial em modelos cinéticos detalhados, teve como objetivo a realização de discussões científicas para trabalho conjunto na modelização de descargas de coroa e streamer, bem como o desenvolvimento de trabalhos com emissão de campo, para simulação numérica com aplicação em interruptores de alta pressão e interruptores de baixa tensão.
Participação em conferências
Palestras convidadas apresentadas em conferências internacionais
  • Mikhail Benilov, Nuno Ferreira, Georgy Naidis, Does field emission from ‘real’ surfaces affect the high-pressure air breakdown in electric power equipment?, 8th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2019), Consorzio RFX, Padova, 16 a 19 de Setembro de 2019)
  • Helena Kaufmann, Carlos Silva, Mikhail Benilov, Numerical Simulation of the Initial Phase of Unipolar Arcing in Fusion-Relevant Conditions., 8th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2019), Consorzio RFX, Padova, 16 a 19 de Setembro de 2019)
Publicações do projeto em 2019
  1. H T C Kaufmann, C Silva and M S Benilov, “Numerical simulation of the initial stage of unipolar arcing in fusion-relevant conditions”, Plasma Phys. Control. Fusion, vol. 61, no. 9, pp. 095001, 2019.
  2. D F N Santos, M Lisnyak and M S Benilov, “Account of diffusion in local thermodynamic equilibrium and two-temperature plasma models”, J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 45, pp. 454003, 2019.
  3. M D Cunha, H T C Kaufmann, D F N Santos and M S Benilov, “Simulating changes in shape of thermionic cathodes during operation of high-pressure arc discharges”, J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 50, pp. 504004, 2019.
  4. M S Benilov, H T C Kaufmann, W Hartmann and L G Benilova, “Revisiting theoretical description of the retrograde motion of cathode spots of vacuum arcs”, IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 47, no. 8, pp. 3434-3441, 2019.
  5. N G C Ferreira, D F N Santos, P G C Almeida, G V Naidis and M S Benilov, “Simulation of pre-breakdown discharges in high-pressure air. I: The model and its application to corona inception”, J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 35, pp. 355206, 2019.
  6. M D Cunha, N Wenzel, P G C Almeida, W Hartmann and M S Benilov, “A simple model of distribution of current over cathodes of vacuum circuit breakers”, IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 47, no. 8, pp. 3462-3469, 2019. 
  7. E S Benilov and M S Benilov, “The Enskog-Vlasov equation: a kinetic model describing gas, liquid, and solid”, J. Stat. Mech: Theory Exp., vol. 2019, no. 10, pp. 103205, 2019.
  8. M S Benilov and N A Almeida, “Kinetic Bohm criterion in the Tonks-Langmuir model: Assumption or theorem?”, Phys. Plasmas, vol. 26, no. 12, pp. 123505, 2019.