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dc.contributor.authorOliveira, Alessandro Estarque de
dc.date.accessioned2019-05-03T13:32:46Z
dc.date.available2019-05-03T13:32:46Z
dc.date.issued2019-02-22
dc.identifier.citationOLIVEIRA, Alessandro Estarque de. Precipitação eletrostática de nanopartículas: desenvolvimento de metodologias e investigações de fenômenos. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11352.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11352
dc.description.abstractMitigation of atmospheric pollutants emission and recovery of high-added value products are the main goals of studies on the optimization of devices that collect nanoparticles, which harmfulness is reported in the scientific literature. In the meantime, electrostatic precipitators collect above 99.9% of the particulate in a wide size range. However, studies on nanoparticles have evaluated velocities used in the industrial scale, while velocities less than 10 cm/s are barely explored. It is known that this range of velocities influences positively the diffusional mechanism in the filtration of nanoparticles. In order to evaluate this range of gas velocities, this work used a wire-plate electrostatic precipitator composed of two grounded copper plates with 30 cm of length, 10 cm of height, and 4.0 cm of spacing, and containing 8 stainless steel wires in its longitudinal axis, with diameter of 0.30 mm and 4.0 cm of spacing. Nano-aerosols of KCl, Fe2O3, NiO, and NaCl (this latter was only used in initial tests) were produced by the atomization of solutions and suspensions by nano-aerosols atomizers. Increase of particle concentration and decrease of gas velocity increased the efficiency in tests with two values of gas velocities (3.3 and 6.6 cm/s), each with two values of KCl solution concentrations (0.4 and 2.0 g/L), as well as in tests with 0.2, 0.4, and 2.0 g/L at 3.3 cm/s and tests with 1.0, 2.5, and 5.0 g/L at 8.2 cm/s, all under -8.0 kV. A methodology was purposed in which the aqueous concentration was varied proportionally with the gas velocity, using KCl aqueous concentrations of 4.0, 5.0, and 6.0 g/L respectively to 6.6, 8.2, and 9.9 cm/s, under -8.0 kV, in order to mitigate the dilution effect. Experimental results showed that it was possible to isolate the residence time effect on the efficiency. With this new methodology, tests were performed to evaluate velocities of 1.7, 3.3, 6.6, 9.9, 14.8, and 19.9 cm/s, using KCl solutions respectively of 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.5, and 6.0 g/L and electric fields of 3.95, 4.00, and 4.10 kV/cm. Electric field influenced positively the efficiency. Maximum points of efficiency were observed for 6.6 cm/s, which is not reported in the literature for nanoparticles and was associated with residence time, electro-fluid dynamics and diffusional effects of the particles. In tests with nanoparticles of NiO and Fe2O3 at 3.3 cm/s, it was verified the production of nanoparticles with narrower size distributions in the outlet of the device in relation to its inlet from -8.5 kV. This phenomenon was promoted by decreasing the velocity – evaluated in 1.61, 3.23, 4.83, 3.3, and 9.9 cm/s – and increasing the voltage – evaluated in -8.0, -8.5, -9.0, -10.0, -11.0, -13.0, and -15.0 kV – and was associated with the disaggregation of oxide agglomerates and the erosion of the wires. Finally, efficiency models coupled with Stokes Law and the Li and Wang model for the drag force were compared with experimental data. The efficiency model of Li-Chen-Tsai coupled with Li and Wang model better fitted the experimental data.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectPrecipitação eletrostáticapor
dc.subjectNanopartículaspor
dc.subjectControle ambientalpor
dc.subjectPoluição atmosféricapor
dc.subjectOperações unitáriaspor
dc.subjectElectrostatic precipitationeng
dc.subjectNanoparticleseng
dc.subjectEnvironmental controleng
dc.subjectAtmospheric pollutioneng
dc.subjectUnit operationseng
dc.titlePrecipitação eletrostática de nanopartículas: desenvolvimento de metodologias e investigações de fenômenospor
dc.title.alternativeElectrostatic precipitation of nanoparticles: methodology development and investigation of phenomenaeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Béttega, Vádila Giovana Guerra
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0752059622240208por
dc.description.resumoA mitigação da emissão de poluentes atmosféricos e a recuperação de produtos de alto valor agregado são os principais fins de estudos de otimização de equipamentos coletores de nanopartículas, cuja periculosidade é reportada na literatura científica. Neste ínterim, precipitadores eletrostáticos coletam mais de 99,9% do particulado de uma ampla faixa granulométrica. No entanto, estudos com nanopartículas têm avaliado velocidades utilizadas industrialmente, enquanto velocidades abaixo de 10 cm/s são escassamente exploradas. Sabe-se que esta faixa influencia positivamente o mecanismo difusional no processo de filtração de partículas nanométricas. Com o objetivo de avaliar esta faixa de velocidades, o presente trabalho utilizou um precipitador placa-fio contendo duas placas de cobre aterradas, de 30 cm de comprimento, 10 cm de altura e espaçadas em 4,0 cm, e 8 fios de aço inox dispostos em seu eixo longitudinal, de diâmetro igual a 0,30 mm e espaçamento de 4,0 cm. Nano-aerossóis de KCl, Fe2O3, NiO e NaCl (este último utilizado apenas em testes iniciais) foram gerados a partir da atomização de soluções e suspensões por dispersores de nano-aerossóis. Em testes com KCl sob duas velocidades do gás (3,3 e 6,6 cm/s), cada qual com duas concentrações de solução (0,4 e 2,0 g/L), bem como em testes com 0,2; 0,4; 2,0 g/L sob 3,3 cm/s e testes com 1,0; 2,5; 5,0 g/L sob 8,2 cm/s, todos sob voltagem de -8,0 kV, verificou-se que o aumento da concentração de particulado favoreceu a eficiência, bem como a diminuição da velocidade. Propôs-se uma metodologia na qual a concentração aquosa variava proporcionalmente à variação da velocidade, utilizando-se 4,0; 5,0; 6,0 g/L respectivamente para 6,6; 8,2; 9,9 cm/s, sob voltagem de -8,0 kV, de forma a mitigar efeitos de diluição. Os resultados indicaram que foi possível isolar o efeito do tempo de residência sobre a eficiência. Com esta nova metodologia, foram realizados testes avaliando-se velocidades de 1,7; 3,3; 6,6; 9,9; 14,8; 19,9 cm/s, utilizando-se concentrações de KCl de 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,5; 6,0 g/L, respectivamente, e campos elétricos de 3,95; 4,00; 4,10 kV/cm. O campo elétrico influenciou positivamente a eficiência. Constatou-se pontos de máximo de eficiência para a velocidade 6,6 cm/s, algo não relatado na literatura para nanopartículas e que foi associado a efeitos de tempo de residência, da eletro-fluidodinâmica do sistema e de efeitos difusionais das partículas. Em testes de precipitação de nanopartículas de NiO e Fe2O3 a 3,3 cm/s, verificou-se formação de nanopartículas de granulometrias na saída do precipitador mais finas que na entrada a partir de -8,5 kV. Tal fenômeno foi favorecido com a redução da velocidade – avaliada em 1,61; 3,23; 4,83; 3,3; 9,9 cm/s – e com o aumento da voltagem – avaliada em -8,0; -8,5; -9,0; -10,0; -11,0; -13,0; -15,0 kV – e foi associado com a desagregação de aglomerados de óxidos e com a erosão dos fios. Finalmente, foram avaliados modelos de eficiência acoplados à Lei de Stokes e ao modelo de Li e Wang para a força de arraste. O modelo de eficiência de Li-Chen-Tsai associado ao modelo de Li e Wang melhor representou os dados experimentais.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 131744/2017-8por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2654712372684137por


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