La descarga de arco, una de las formas más habituales de descarga eléctrica en gases, se produce cuando circula entre electrodos metálicos una corriente eléctrica de alta densidad (por lo general del orden de 100-1.000 A/cm²). En un plasma de arco, debido a la elevada densidad de corriente y a la alta presión, el número de colisiones de los electrones con las partículas pesadas es grande, de modo que se produce un intercambio eficaz de energía entre los electrones y el resto de los componentes del plasma y, en consecuencia, se establece una misma temperatura para los electrones y el gas. Esta temperatura es bastante alta – según las condiciones de la descarga, oscila entre 4.500 K y 8.000 K.
Sistemas plasmoquímicos fuera del equilibrio para la producción de hidrógeno
En los últimos años se han realizado numerosos intentos de emplear plasma fuera del equilibrio de descargas de chispa pulsadas, de barrera, corona y de microondas, con el fin de reducir sobre todo el consumo de energía destinado a calentar el gas para iniciar las reacciones químicas, que en el plasma de arco de cuasiequilibrio es como mínimo del 40 %. A continuación se intenta analizar el estado actual de los problemas de la plasmoquímica aplicada fuera del equilibrio a presión atmosférica, con vistas a su uso en producciones de gran tonelaje. En las últimas décadas se ha prestado gran atención a la producción de hidrógeno, también en sistemas plasmoquímicos fuera del equilibrio. Ello obedece a los objetivos del desarrollo de la energía del hidrógeno mediante pilas de combustible, que proporcionan la conversión directa de la energía química del combustible en energía eléctrica con la máxima eficiencia y la mínima contaminación ambiental, lo que exige aumentar la producción industrial de hidrógeno.
Plasma de vapor de arco eléctrico
El agua ocupa un lugar especial como medio plasmógeno. Se trata de una sustancia muy extendida en la naturaleza, en la que desempeña un papel enorme al hacer posibles numerosas reacciones químicas y procesos físicos. Aquí se trata del vapor de agua a presión próxima a la atmosférica con temperaturas de hasta varias decenas de miles de grados. El llamado plasma de vapor de agua es uno de los medios químicamente más activos, y el vapor es un gas plasmógeno extremadamente barato. El plasma de vapor de agua no es solo un refrigerante, sino también un reactivo activo en las reacciones físicas y químicas. Por sus propiedades únicas de entalpía, respeto al medio ambiente, seguridad frente a explosiones y amplia disponibilidad, el plasma de vapor de agua resulta prometedor en los procesos tecnológicos de la metalurgia, la ingeniería energética, la ingeniería mecánica y la plasmoquímica. La ventaja del plasma de vapor de agua es la ausencia de óxidos de nitrógeno nocivos cuando el plasmatrón funciona con vapor de agua. Hasta la fecha, la principal aportación al desarrollo de los procesos plasmoquímicos de pirólisis y de conversión oxidativa de hidrocarburos se ha obtenido en el plasma de arco de cuasiequilibrio.