Descarga de corona

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Em eletricidade, uma descarga de corona é uma descarga elétrica produzida pela ionização de um fluido nas redondezas de um condutor, a qual ocorre quando o gradiente elétrico excede um certo valor, mas as condições são insuficientes para causar um arco elétrico.

Introdução[editar | editar código-fonte]

Коронный разряд.jpg

Uma descarga de corona é formada pela emissão de elétrons por eletrodos de alta tensão, no qual chocam-se com átomos do dielétrico adjacente ao eletrodo. O choque provoca a liberação de novos elétrons, formando um processo chamado de avalanche de Townsend.

Em objetos eletricamente carregados com superfície pontudas, ou com raio de curvatura relativamente muito baixo, como por exemplo fios ou cabos, ou possuindo irregularidades, ocorrerá uma concentração de campo elétrico nesta região. Quando este campo (ou gradiente do potencial elétrico) é grande o suficiente, e seja este objeto imerso em um fluido, na região imediatamente próxima à ponta ocorrerá uma ionização do fluido, tornando-o condutivo.

Se a geometria e gradiente são tais que a região ionizada continua a crescer ao invés de para a um certo raio, um circuito condutivo completo ira se formar, resultado em uma fagulha momentânea, ou em um arco continuo.

A descarga de corona ocorre somente entre dois eletrodos assimétricos; um altamente curvado (tal como buraco de uma agulha, ou furo de pequeno diâmetro) e uma superfície suave tal como um prato, ou o solo. A superfície curvada assegura um grande potencial elétrico em torno do eletrodo, para a geração do plasma. Para configurações possuindo campos relativamente uniformes, ocorrerão outros fenômenos de descarga, como por exemplo as geradas por lâmpadas fluorescentes.

Coronas podem ser positivas ou negativas, conforme a polaridade do potencial elétrico no eletrodo altamente curvado. Se o eletrodo curvado é positivo em relação ao eletrodo plano dizemos ter uma corona positiva, se negativo tempo uma corona negativa. A física das coronas positivas e negativas são marcadamente diferentes. Esta assimetria é um resultado da grande diferença de massa entre os elétrons e íons carregados positivamente, sendo que somente os elétrons tem a capacidade de ter um grau significativo de colisão inelástica ionizante a temperatura e pressões comuns.

Uma importante razão para estudar coronas é a produção de ozônio ao redor de condutores que sofre processos de corona. Um corona negativa gera muito mais ozônio que uma positiva.

A formação de ozônio baixo na linha de transmissão (CC) é conseqüência da ionização do átomo de oxigênio nas gotículas da molécula da água (H2O) que passa a ser H2O3, (água ozonizada); o tri-atomo do oxigênio (ozônio) se desprende da molécula e passa a ser um átomo singelo conhecido como corona, (figura de coroa do tri átomo do oxigênio). Nos anos 1970, eram vendidos ozonizadores residenciais, onde o ozônio era consumido junto com a água potável para esterilização. Logo, descobriu-se que ozônio baixo combinado com nitrogênio (nox)é cancerígeno. Nos ozonizadores eram utilizadas fontes de CA de alta frequência, os pequenos campos magnéticos ocasionados pela inversão de pólos na corrente (CA) aumentam o campo de ionização, fato este serem mais suscetíveis na linha CA.

Aplicações da descarga de corona[editar | editar código-fonte]

Коронный разряд2.jpg

A descarga de corona tem inúmeras aplicações comerciais e industriais

Coronas podem ser usadas para gerar superfícies carregadas, as quais são usadas em copiadoras eletrostáticas (fotocópia). Elas também podem ser usadas para remover partículas do ar inicialmente carregando-o, e conduzindo o fluxo carregado através de um filtro de polaridade alternada, depositando-se as partículas carregadas em placas de polaridade oposta.

Os radicais livres e íons gerados nas reações de corona podem ser usados para remover do ar certos produtos tóxicos, através de reações químicas, e serem usados para produzir ozônio.

Problemas causados por descargas de corona[editar | editar código-fonte]

A corona pode gerar ruído audível e de radio frequência, principalmente próximo a linhas de transmissão. Elas também representam uma perda de energia, e sua ação nas partículas da atmosfera, em associação a produção de ozônio e NOx, também podem ser prejudiciais a saúde humana onde as linhas de força passa através de áreas habitadas. Por isto, equipamentos de transmissão de energia são projetados para minimizar a formação de descarga de corona.

A descarga de corona é geralmente indesejável em:

  • Linhas de transmissão de energia elétrica, devido a perda de energia no efeito corona e barulho;
  • Em dentro de componentes elétricos tais como transformadores, capacitores, motores elétricos e geradores. Corona progressivamente danifica o isolamento interno destes mecanismos, levando a falha prematura dos equipamentos;
  • Situações nas quais aparecem tensões elevadas e a produção de ozônio deve ser evitada.

Mecanismo de descarga de corona[editar | editar código-fonte]

A descarga de corona da variedade positiva e negativa tem certos mecanismos em comum.

  1. Um átomo neutro ou molécula do meio, em uma região de forte campo elétrico (tais como a regiões de alto gradiente elétrico próximas a eletrodos curvados) é ionizada por um evento ambiental exógeno (por exemplo, como resultado de uma interação de um fóton), criando um íon positivo e um elétron livre;
  2. O campo elétrico então atua nestas partículas carregadas, separando-as, e evitando sua recombinação, e também as acelerando, aumentando sua energia cinética;
  3. Como um resultado da energização dos elétrons (o quais tiveram aumentado a razão carga/massa como também acelerados a grandes velocidades, favorecendo a criação de par elétron/ion-positivo pela suas colisões com átomos neutros. Estes então são envolvidos no mesmo processo de separação criando uma avalanche de elétrons;
  4. No processo que difere entre as coronas positivas e negativas, a energia deste processo de plasma é convertido em outras desassociações iniciais de elétron que iram semear futuras avalanches;
  5. uma espécie de íon criada com esta série de avalanches é atraída para o eletrodo plano, completando o circuito, e sustentando o fluxo de corrente.