Novel wind turbine Ice protection/ detection and flow control system based on electro active Dielectric Barrier Discharge plasma actuators

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Desenvolvimento e análise experimental de atuadores a plasma baseados em polímeros eletroativos para controlo ativo de escoamentos e mitigação de acumulação de gelo

Publication . Mbanguine, Leonardo Alberto; Marques, José Carlos Páscoa; Rodrigues, Frederico Miguel Freire

Os atuadores a plasma de barreira dielétrica de descarga (DBD) são dispositivos eletrónicos com grande interesse nas áreas da indústria aeronáutica e eólica, particularmente para aplicações de controlo de escoamento e degelo. A presente dissertação tem como objetivo propor e estudar uma nova classe de atuadores a plasma baseado em polímeros eletroativos (EAP). Este novo tipo de atuador, para além das capacidades de um atuador a plasma convencional, apresenta ainda a capacidade de geração de movimento da sua superfície dielétrica, através de ativação eletrostática, que promove a remoção de gelo. Primeiramente, foi selecionado um elastómero dielétrico e uma graxa condutora com características especificas para viabilizar o novo conceito de atuador EAP. Estes materiais foram utilizados para fabricar atuadores a plasma e foi demonstrado que permitem eficazmente gerar uma descarga de plasma semelhante à gerada por atuadores convencionais. Posteriormente, o polímero eletroativo foi testado com níveis de alta tensão DC e foi quantificada a percentagem de aumento de área da superfície por ação das forças eletrostáticas. Seguidamente, foram construídos três atuadores EAP com espessuras de camada dielétrica diferentes (1mm, 2mm e 3mm) e foram analisados minuciosamente quanto ao seu comportamento elétrico, comportamento fluido dinâmico e comportamento térmico. Estas análises foram também realizadas para atuadores convencionais de Kapton, com a mesma definição geométrica, de modo a comparar os resultados com um atuador a plasma DBD de referência. Os resultados demonstraram que para níveis de tensão mais elevadas o polímero pode atingir um aumento de cerca de 100% da sua área superficial. Para além disso, foi demonstrado que o atuador EAP consegue gerar velocidades de escoamento induzido superiores a 3 m/s, sendo por isso viável para funções de controlo de escoamento. Por último, verificou-se que os atuadores EAP, à semelhança com atuadores a plasma convencionais, proporcionam um aumento considerável da temperatura de superfície, podendo atingir temperaturas superiores a 100 ºC.

2024-11-29Master thesis

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