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Publicação

Investigação experimental da atomização de jatos eletro-hidrodinâmicos e desenvolvimento de técnica inovadora de controlo por descarga de plasma

2025-11-26Dissertação de mestrado Acesso embargado
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datacite.subject.fosEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletromecânica
dc.contributor.advisorRodrigues, Frederico Miguel Freire
dc.contributor.advisorMarques, José Carlos Páscoa
dc.contributor.authorNunes, Gustavo Alexandre Camacho
dc.date.accessioned2026-01-26T10:35:24Z
dc.date.available2026-01-26T10:35:24Z
dc.date.issued2025-11-26
dc.description.abstractA atomização eletro-hidrodinâmica, também conhecida como electrospray, tem emergido como uma técnica promissora na produção de gotículas precisas e uniformes em diversas aplicações. Ao contrário da pulverização mecânica ou pneumática, o electrospray permite um controlo mais preciso sobre as caraterísticas das gotículas. Estas qualidades fazem do electrospray uma alternativa atrativa para processos de pintura e revestimento industrial. Apesar do seu potencial, a sua aplicação à escala industrial continua limitada devido à dependência de parâmetros físicos que influenciam a estabilidade do processo e dificultam a sua reprodutibilidade em maior escala. Neste contexto, a presente dissertação desenvolve uma investigação experimental focada na caraterização do processo de electrospraying e estabelece um novo método de controlo ativo baseado na descarga de plasma. Foi realizado um estudo paramétrico com três líquidos distintos, a acetona, etanol e etilenoglicol, que envolve a variação da distância emissor-coletor, do caudal e do diâmetro do emissor, de modo a analisar os seus efeitos na formação de gotículas. Os resultados foram adquiridos através de um analisador phase Doppler e câmara de alta velocidade, analisando o tamanho, velocidade, distribuição e ângulo do cone das gotículas formadas. Desta forma, estes resultados fornecem uma melhor compreensão do comportamento do electrospray e expandem os dados experimentais da literatura, tendo em vista a sua futura aplicação em escala industrial. Seguidamente, foi introduzido um método inovador de controlo que envolve a utilização em simultâneo de um atuador a plasma de geometria anelar com o electrospray de forma a manipular o campo elétrico local e o ambiente aerodinâmico. O atuador foi caraterizado eletricamente e aerodinamicamente, produzindo um vento iónico capaz de alterar o comportamento e estabilidade do regime cone-jet. O sistema electrospray-plasma demonstrou uma redução consistente no tamanho das gotículas e um aumento na velocidade para tensões de funcionamento do atuador de 5 kVpp a 8 kVpp, validando a viabilidade deste método de controlo.por
dc.description.abstractElectrohydrodynamic atomization, also known as electrospray, has emerged as a promising technique for producing precise and uniform droplets across various applications. Unlike mechanical or pneumatic spraying, electrospraying allows for more accurate control over droplet characteristics. These qualities make electrospraying an attractive alternative for industrial coating and painting processes. Despite its potential, its large-scale industrial application remains limited due to the dependence on physical parameters that influence process stability and hinder reproducibility at larger scales. In this context, the present dissertation develops an experimental investigation focused on characterizing the electrospray process and establishes a new active control method based on plasma discharge. A parametric study was carried out using three different liquids, acetone, ethanol, and ethylene glycol, and involving the variation of emitter– collector distance, flow rate, and emitter diameter in order to analyze their effects on droplet formation. The results were obtained using a phase Doppler analyser and a highspeed camera, allowing the analysis of droplet size, velocity, distribution, and cone angle. These results provide a deeper understanding of the behaviour of electrosprays and expand the available experimental data in the literature, considering the future application at an industrial scale. Subsequently, an innovative control method was introduced involving the simultaneous use of a annular geometry plasma actuator with the electrospray to manipulate the local electric field and aerodynamic environment. The actuator was electrically and aerodynamically characterized, generating an ionic wind capable of modifying the behaviour and stability of the cone-jet regime. The combined electrospray–plasma system demonstrated a consistent reduction in droplet size and an increase in velocity under specific conditions of 5 kVpp to 8 kVpp of applied voltage to the actuator, validating the feasibility of this method.eng
dc.description.sponsorshipEste trabalho foi financiado pelo projeto das agendas mobilizadoras “GreenAuto: Green Innovation for the Automotive Industry, grant number 02/C05- i01.02/2022.PC644867037-00000013”, cofinanciado pelo Plano de Recuperação e Resiliência Português, e também pela Fundação para Ciência e Tecnologia, FCT, através da unidade de Investigação C-MAST (Center for Mechanical and Aerospace Science and Technology), Research Unit No. 151, grant numbers UIDB/00151/2020 and UIDP/00151/2020 (https://doi.org/10.54499/UIDB/00151/2020; https://doi.org/10.54499/UIDP/00151/2020).
dc.identifier.tid204137500
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.6/19825
dc.language.isopor
dc.relationCentre for Mechanical and Aerospace Science and Technologies
dc.relationGreenAuto: Green innovation for the Automotive Industry, PPS15: Sistema de orientação do operador por RV/RA
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectElectrospray
dc.subjectEletro-hidrodinâmica
dc.subjectAtuador a plasma
dc.subjectControlo de escoamento
dc.subjectPintura automotiva
dc.subjectRevestimentos
dc.subjectPhase Doppler
dc.subjectElectrohydrodynamics
dc.subjectPlasma actuator
dc.subjectFlow control
dc.subjectAutomotive painting
dc.subjectCoatings
dc.titleInvestigação experimental da atomização de jatos eletro-hidrodinâmicos e desenvolvimento de técnica inovadora de controlo por descarga de plasmapor
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
oaire.awardTitleCentre for Mechanical and Aerospace Science and Technologies
oaire.awardTitleGreenAuto: Green innovation for the Automotive Industry, PPS15: Sistema de orientação do operador por RV/RA
oaire.awardURIinfo:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UIDB%2F00151%2F2020/PT
oaire.awardURIhttps://www.agendagreenauto.pt/
oaire.fundingStream6817 - DCRRNI ID
oaire.fundingStreamAgendas Mobilizadoras, PRR – Plano de Recuperação e Resiliência
person.familyNameNunes
person.givenNameGustavo Alexandre Camacho
person.identifier.ciencia-idED12-5243-FE68
person.identifier.orcid0009-0007-5380-0449
project.funder.identifierhttp://doi.org/10.13039/501100001871
project.funder.nameFundação para a Ciência e a Tecnologia
relation.isAuthorOfPublicationabf9faf9-3385-4e03-96ea-b8113e656158
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relation.isProjectOfPublication0ab4ecd6-8fcd-4cf9-acb5-9829bff89f46
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thesis.degree.name2º Ciclo em Engenharia Eletromecânica

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