Banca de DEFESA: HUDSON MARQUES COSTA

Uma banca de DEFESA de MESTRADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : HUDSON MARQUES COSTA
DATA : 24/09/2026
HORA: 14:00
LOCAL: Microsoft Teams
TÍTULO:

Modelagem matemática e numérica de um cátodo de RF para aplicações em propulsores Hall: validação, caracterização do plasma e otimização bioinspirada da corrente de elétrons extraída.

PALAVRAS-CHAVES:

Hall thrusters. Radio-frequency plasma cathode. Inductively coupled plasma. Bio-inspired optimization algorithms.

PÁGINAS: 166
RESUMO:

Esta dissertação desenvolve uma metodologia integrada para a modelagem matemática, a simulação numérica, a caracterização e a otimização geométrica de um cátodo de plasma por radiofrequência baseado em plasma acoplado indutivamente, com aplicação como fonte de elétrons para o propulsor Hall, nomeado como PHALL III. O estudo tem como objetivo estimar os principais parâmetros do plasma, representar os processos de geração e extração de elétrons e identificar uma configuração geométrica capaz de maximizar a corrente eletrônica extraída sob condições operacionais de baixa potência. A metodologia combina simulações termofluídicas no \textit{COMSOL Multiphysics}, modelos de regressão para a pressão e a temperatura do gás, estimação da temperatura e da densidade eletrônica, modelagem matemática do plasma acoplado indutivamente, simulações numéricas bidimensionais axissimétricas e otimização por meio dos algoritmos bioinspirados PSO, O-PSO, DE e HO. Inicialmente, o estudo avalia o procedimento utilizando um cátodo RF da literatura com dados experimentais disponíveis. Para essa configuração, a comparação entre o modelo preditivo e o modelo numérico ICP fornece densidades eletrônicas de 1.2161E18 1/m³ e 1.2651E18 1/m³, respectivamente, enquanto o experimento apresenta 1.1000E18 1/m³. O modelo preditivo fornece uma temperatura eletrônica de 2.0644 eV, enquanto o modelo numérico ICP resulta em 1.8491 eV para o modelo numérico em comparação com o valor experimental de 1.9000 eV. A simulação numérica calcula uma corrente extraída de 0.6381 A, com diferença de aproximadamente 8.8% em relação ao valor experimental de 0.700 A, enquanto o modelo matemático obtém 0.5744 A. Em seguida, a pesquisa aplica a metodologia ao cátodo RF desenvolvido para o PHALL III, considerando potência de radiofrequência de 60 W e vazão de argônio de 5 sccm, e utiliza a otimização bioinspirada para modificar seus parâmetros geométricos. A aplicação dos quatro algoritmos indica configurações semelhantes e uma região comum de melhor desempenho. A geometria otimizada concentra os campos eletromagnéticos e a potência absorvida em um volume de plasma menor, eleva a densidade eletrônica e aumenta a corrente extraída da faixa de [0.2869 - 0.3817] A para [0.998 -1.4091] A, sem alterar as condições operacionais. A análise conclui que a geometria influencia diretamente a geração de plasma e a extração de elétrons e indica que a metodologia proposta constitui uma estrutura preditiva para o projeto e a otimização de cátodos RF de baixa potência, reduzindo a dependência exclusiva de procedimentos experimentais nas etapas iniciais de desenvolvimento.

MEMBROS DA BANCA:
Externo à Instituição - GUSTAVO PAGANINI CANAL - USP
Presidente - 1912898 - DANIEL MAURICIO MUNOZ ARBOLEDA
Externo ao Programa - 2879502 - LUI TXAI CALVOSO HABL - nullExterno ao Programa - 1742664 - PAOLO GESSINI - null