Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Andrade, Raíssa Gabrielle Silva Araújo
Orientador(a): Guerra, Vádila Giovana lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164
Resumo: The application of air pollution control systems has become indispensable for industries and environments that have a high amount of particulate matter. Due to the harmful nature associated with the inhalation of these particles, it is necessary to reduce their concentration in the emissions dispersed in the air. Thus, the electrostatic precipitator is a viable alternative, due to its versatile operation and high efficiency, with the performance of this equipment being directly related to the operating conditions used and its geometry. The present work aimed to study the influence of geometric configurations on the efficiency of nanoparticle collection. For this, two electrostatic precipitators, single and double stage, located in research laboratories in Brazil and France, which differ in size and associated experimental unit, were evaluated. Therefore, the present work was divided into chapters, to allow a more detailed analysis of each of the experiments. One chapter presents the study of the single-stage electrostatic precipitator, in which the effects of inlet spacing were evaluated on the electrical characteristics and performance of the electrostatic precipitator in nanoparticle collection. Specifically, the analysis involved the use of 1 and 3 discharge electrodes. Next, the inclusion of a collection net was evaluated, which occurred in conjunction with the use of 1 discharge electrode. For this, an aerosol formed from a 0.1 g/L NaCl solution was used. The experiments were carried out for a particle diameter range between 6.15 and 241.4 nm. The electrostatic precipitator used has two collecting plates 10 cm high and 30 cm long, spaced 6.5 cm apart. 0.4 mm stainless steel wires were used as discharge electrodes, spaced 6.5 cm apart. The results indicated that the electric current values showed little or no variation when comparing the spacings used. In addition, the spacings that achieved the highest collection efficiencies were 15 cm (1 wire), 7.5 and 10.5 cm (3 wires), with the 23 cm configuration being the most favored by the insertion of the collection net. On the other hand, another chapter evaluated the double-stage electrostatic precipitator, composed of an ionizer 7 cm in diameter and 15 cm high, containing 8 discharge electrodes, and a collector with 8 collector plates 7 cm wide and 10 cm high. The experiments were carried out with an aerosol from a 5 g/L NaCl solution and for particles between 10 and 154 nm. This study was conducted in 5 stages, aimed at evaluating the collection efficiency with different voltages of the collector, the ionizer, air velocity, the distance between the ionizer and the collector and the type of ionizer, in addition to evaluating the ozone concentration and electrical charge per particle. The results indicated that the most efficient conditions were those that presented the highest voltages in both the collector and the ionizer. However, under these same conditions, ozone production was significantly high, reaching around 200 ppb. On the other hand, when using lower voltages, with maximum collection efficiencies around 60% and a reduced ozone concentration were obtained. Additionally, it was observed that the increase in the distance between the ionizer and the collector resulted in an increase in collection efficiency, possibly due to the prolongation of the particles residence time. Both the single-stage and double-stage precipitators can present high nanoparticle collection efficiencies, depending on the quantity and positioning of the discharge electrodes (for the single-stage) and the type of ionizer and the spacing between the ionizer and collector (for the double stage), in addition to the operational conditions for both cases. Therefore, it is imperative to thoroughly analyze the results obtained using the electrostatic precipitator, to choose the configuration that most appropriately aligns with the desired conditions.
id SCAR_7ad7c1725fb861c2385eef7771bac572
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19164
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str
spelling Andrade, Raíssa Gabrielle Silva AraújoGuerra, Vádila Giovanahttp://lattes.cnpq.br/0752059622240208http://lattes.cnpq.br/7711873793019553https://orcid.org/0000-0002-5354-8147https://orcid.org/0000-0002-0096-63292024-01-31T18:48:50Z2024-01-31T18:48:50Z2024-01-30ANDRADE, Raíssa Gabrielle Silva Araújo. Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164The application of air pollution control systems has become indispensable for industries and environments that have a high amount of particulate matter. Due to the harmful nature associated with the inhalation of these particles, it is necessary to reduce their concentration in the emissions dispersed in the air. Thus, the electrostatic precipitator is a viable alternative, due to its versatile operation and high efficiency, with the performance of this equipment being directly related to the operating conditions used and its geometry. The present work aimed to study the influence of geometric configurations on the efficiency of nanoparticle collection. For this, two electrostatic precipitators, single and double stage, located in research laboratories in Brazil and France, which differ in size and associated experimental unit, were evaluated. Therefore, the present work was divided into chapters, to allow a more detailed analysis of each of the experiments. One chapter presents the study of the single-stage electrostatic precipitator, in which the effects of inlet spacing were evaluated on the electrical characteristics and performance of the electrostatic precipitator in nanoparticle collection. Specifically, the analysis involved the use of 1 and 3 discharge electrodes. Next, the inclusion of a collection net was evaluated, which occurred in conjunction with the use of 1 discharge electrode. For this, an aerosol formed from a 0.1 g/L NaCl solution was used. The experiments were carried out for a particle diameter range between 6.15 and 241.4 nm. The electrostatic precipitator used has two collecting plates 10 cm high and 30 cm long, spaced 6.5 cm apart. 0.4 mm stainless steel wires were used as discharge electrodes, spaced 6.5 cm apart. The results indicated that the electric current values showed little or no variation when comparing the spacings used. In addition, the spacings that achieved the highest collection efficiencies were 15 cm (1 wire), 7.5 and 10.5 cm (3 wires), with the 23 cm configuration being the most favored by the insertion of the collection net. On the other hand, another chapter evaluated the double-stage electrostatic precipitator, composed of an ionizer 7 cm in diameter and 15 cm high, containing 8 discharge electrodes, and a collector with 8 collector plates 7 cm wide and 10 cm high. The experiments were carried out with an aerosol from a 5 g/L NaCl solution and for particles between 10 and 154 nm. This study was conducted in 5 stages, aimed at evaluating the collection efficiency with different voltages of the collector, the ionizer, air velocity, the distance between the ionizer and the collector and the type of ionizer, in addition to evaluating the ozone concentration and electrical charge per particle. The results indicated that the most efficient conditions were those that presented the highest voltages in both the collector and the ionizer. However, under these same conditions, ozone production was significantly high, reaching around 200 ppb. On the other hand, when using lower voltages, with maximum collection efficiencies around 60% and a reduced ozone concentration were obtained. Additionally, it was observed that the increase in the distance between the ionizer and the collector resulted in an increase in collection efficiency, possibly due to the prolongation of the particles residence time. Both the single-stage and double-stage precipitators can present high nanoparticle collection efficiencies, depending on the quantity and positioning of the discharge electrodes (for the single-stage) and the type of ionizer and the spacing between the ionizer and collector (for the double stage), in addition to the operational conditions for both cases. Therefore, it is imperative to thoroughly analyze the results obtained using the electrostatic precipitator, to choose the configuration that most appropriately aligns with the desired conditions.A utilização de sistemas de controle da poluição do ar tem se tornado indispensável para as indústrias e ambientes com uma alta quantidade de material particulado. Devido ao caráter nocivo associado à inalação dessas partículas, é necessário que ocorra a redução de sua concentração nas emissões dispersas no ar. Dessa forma, o precipitador eletrostático é uma alternativa viável devido à sua operação versátil e elevada eficiência, e o seu desempenho está diretamente relacionado às condições operacionais e à sua geometria. Neste contexto, o presente trabalho objetivou estudar a influência das configurações geométricas na eficiência de coleta de nanopartículas. Para isso, foram avaliados dois precipitadores eletrostáticos, de simples e duplo estágio, localizados em laboratórios de pesquisa no Brasil e na França, que possuem diferenças na sua dimensão e na unidade experimental associada. Portanto, o presente trabalho foi dividido em capítulos, para permitir uma análise mais detalhada dos experimentos. Um capítulo apresenta o estudo do precipitador eletrostático de simples estágio, com os testes realizados no Brasil, no qual foram avaliados os efeitos do espaçamento de entrada sobre as características elétricas e o desempenho do precipitador eletrostático na coleta de nanopartículas. Especificamente, a análise envolveu a utilização de 1 e 3 eletrodos de descarga. Em seguida, foi avaliada a inclusão de uma tela coletora, que ocorreu em conjunto com a utilização de 1 eletrodo de descarga. Para isso, foi utilizado um aerossol formado a partir de uma solução de NaCl de 0,1 g/L. Os experimentos foram realizados para uma faixa de diâmetro de partículas entre 6,15 e 241,4 nm. O precipitador eletrostático utilizado possui duas placas coletoras de 10 cm de altura e 30 cm de comprimento, espaçadas em 6,5 cm. Foram utilizados fios de aço inoxidável de 0,4 mm como eletrodos de descarga, espaçados entre si em 6,5 cm. Os resultados indicaram que os valores de corrente elétrica apresentaram pouca ou nenhuma variação quando comparados os espaçamentos utilizados. Além disso, os espaçamentos que atingiram maiores eficiências de coleta foram os de 15 cm (1 fio), 7,5 e 10,5 cm (3 fios), sendo a configuração de 23 cm a mais favorecida pela inserção da tela coletora. Por sua vez, outro capítulo avaliou o precipitador eletrostático de duplo estágio, com os testes realizados na França, composto por um ionizador de 7 cm de diâmetro e 15 cm de altura, contendo 8 eletrodos de descarga, e um coletor com 8 placas coletoras de 7 cm de largura e 10 cm de altura. Os experimentos foram realizados com um aerossol a partir de uma solução de NaCl de 5 g/L e para partículas entre 10 e 154 nm. Esse estudo foi conduzido em 5 etapas, voltadas para a avaliação da eficiência de coleta com diferentes voltagens do coletor, do ionizador, da velocidade do ar, da distância entre o ionizador e o coletor e do tipo de ionizador, além da avaliação da concentração de ozônio e da carga elétrica por partícula. Os resultados indicaram que as condições mais eficientes foram aquelas que apresentaram as voltagens mais elevadas tanto no coletor quanto no ionizador. Contudo, sob essas mesmas condições, a produção de ozônio no estágio de ionização mostrou-se elevada, atingindo cerca de 200 ppb. Em contrapartida, ao empregar voltagens mais baixas, obteve-se uma eficiência de coleta com máximas eficiências em torno de 60% e uma concentração reduzida de ozônio. Adicionalmente, observou-se que o aumento da distância entre o ionizador e o coletor resultou em um incremento na eficiência de coleta, possivelmente devido ao prolongamento do tempo de residência das partículas. Tanto o precipitador de simples estágio como o de duplo estágio podem apresentar altas eficiências de coleta de nanopartículas, a depender da quantidade e posicionamento dos eletrodos de descarga (para o de simples estágio) e do tipo de ionizador e do espaçamento entre ionizador e coletor (para o de duplo estágio), além das condições operacionais para ambos os casos. Por conseguinte, deve-se analisar minuciosamente os resultados obtidos por meio do precipitador eletrostático, com o intuito de escolher a configuração que mais adequadamente se alinha às condições desejadas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessConfigurações geométricasEficiência de remoçãoPrecipitação eletrostáticaNanopartículasENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAvaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricasEvaluation of the efficiency of electrostatic precipitators in collecting nanoparticles based on operational and geometric modificationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdfTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdfTese - Raíssa Andradeapplication/pdf8431924https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/110d4976-3c18-455a-9c2f-46cfe989523c/download226c10558760a5ac1a3be8ea12f9fcefMD51trueAnonymousREAD2024-04-01CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2f955993-081d-420b-ace7-e51f0a8e7a18/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53falseAnonymousREAD2024-04-01TEXTTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdf.txtTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdf.txtExtracted texttext/plain298036https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6f58eadd-6cfe-4c5e-b309-e85671b656a7/download7c1b76fde9d568fa9b6a90f1ef85d177MD54falseAnonymousREAD2024-04-01THUMBNAILTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdf.jpgTese - Raíssa Andrade_versão_final.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4338https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3fa96650-13fe-4387-a36c-303da3145de4/downloadf06554dd6d9ca3a5b9e71d2ee22506e7MD55falseAnonymousREAD2024-04-0120.500.14289/191642025-02-06 01:10:05.29http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19164https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T04:10:05Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Evaluation of the efficiency of electrostatic precipitators in collecting nanoparticles based on operational and geometric modifications
title Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
spellingShingle Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
Andrade, Raíssa Gabrielle Silva Araújo
Configurações geométricas
Eficiência de remoção
Precipitação eletrostática
Nanopartículas
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
title_full Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
title_fullStr Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
title_full_unstemmed Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
title_sort Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas
author Andrade, Raíssa Gabrielle Silva Araújo
author_facet Andrade, Raíssa Gabrielle Silva Araújo
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7711873793019553
dc.contributor.authororcid.por.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-5354-8147
dc.contributor.advisor1orcid.por.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-0096-6329
dc.contributor.author.fl_str_mv Andrade, Raíssa Gabrielle Silva Araújo
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Guerra, Vádila Giovana
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0752059622240208
contributor_str_mv Guerra, Vádila Giovana
dc.subject.por.fl_str_mv Configurações geométricas
Eficiência de remoção
Precipitação eletrostática
Nanopartículas
topic Configurações geométricas
Eficiência de remoção
Precipitação eletrostática
Nanopartículas
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description The application of air pollution control systems has become indispensable for industries and environments that have a high amount of particulate matter. Due to the harmful nature associated with the inhalation of these particles, it is necessary to reduce their concentration in the emissions dispersed in the air. Thus, the electrostatic precipitator is a viable alternative, due to its versatile operation and high efficiency, with the performance of this equipment being directly related to the operating conditions used and its geometry. The present work aimed to study the influence of geometric configurations on the efficiency of nanoparticle collection. For this, two electrostatic precipitators, single and double stage, located in research laboratories in Brazil and France, which differ in size and associated experimental unit, were evaluated. Therefore, the present work was divided into chapters, to allow a more detailed analysis of each of the experiments. One chapter presents the study of the single-stage electrostatic precipitator, in which the effects of inlet spacing were evaluated on the electrical characteristics and performance of the electrostatic precipitator in nanoparticle collection. Specifically, the analysis involved the use of 1 and 3 discharge electrodes. Next, the inclusion of a collection net was evaluated, which occurred in conjunction with the use of 1 discharge electrode. For this, an aerosol formed from a 0.1 g/L NaCl solution was used. The experiments were carried out for a particle diameter range between 6.15 and 241.4 nm. The electrostatic precipitator used has two collecting plates 10 cm high and 30 cm long, spaced 6.5 cm apart. 0.4 mm stainless steel wires were used as discharge electrodes, spaced 6.5 cm apart. The results indicated that the electric current values showed little or no variation when comparing the spacings used. In addition, the spacings that achieved the highest collection efficiencies were 15 cm (1 wire), 7.5 and 10.5 cm (3 wires), with the 23 cm configuration being the most favored by the insertion of the collection net. On the other hand, another chapter evaluated the double-stage electrostatic precipitator, composed of an ionizer 7 cm in diameter and 15 cm high, containing 8 discharge electrodes, and a collector with 8 collector plates 7 cm wide and 10 cm high. The experiments were carried out with an aerosol from a 5 g/L NaCl solution and for particles between 10 and 154 nm. This study was conducted in 5 stages, aimed at evaluating the collection efficiency with different voltages of the collector, the ionizer, air velocity, the distance between the ionizer and the collector and the type of ionizer, in addition to evaluating the ozone concentration and electrical charge per particle. The results indicated that the most efficient conditions were those that presented the highest voltages in both the collector and the ionizer. However, under these same conditions, ozone production was significantly high, reaching around 200 ppb. On the other hand, when using lower voltages, with maximum collection efficiencies around 60% and a reduced ozone concentration were obtained. Additionally, it was observed that the increase in the distance between the ionizer and the collector resulted in an increase in collection efficiency, possibly due to the prolongation of the particles residence time. Both the single-stage and double-stage precipitators can present high nanoparticle collection efficiencies, depending on the quantity and positioning of the discharge electrodes (for the single-stage) and the type of ionizer and the spacing between the ionizer and collector (for the double stage), in addition to the operational conditions for both cases. Therefore, it is imperative to thoroughly analyze the results obtained using the electrostatic precipitator, to choose the configuration that most appropriately aligns with the desired conditions.
publishDate 2024
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-01-31T18:48:50Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-01-31T18:48:50Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2024-01-30
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv ANDRADE, Raíssa Gabrielle Silva Araújo. Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164
identifier_str_mv ANDRADE, Raíssa Gabrielle Silva Araújo. Avaliação da eficiência de precipitadores eletrostáticos na coleta de nanopartículas a partir de modificações operacionais e geométricas. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19164
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/110d4976-3c18-455a-9c2f-46cfe989523c/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2f955993-081d-420b-ace7-e51f0a8e7a18/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6f58eadd-6cfe-4c5e-b309-e85671b656a7/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3fa96650-13fe-4387-a36c-303da3145de4/download
bitstream.checksum.fl_str_mv 226c10558760a5ac1a3be8ea12f9fcef
f337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aec
7c1b76fde9d568fa9b6a90f1ef85d177
f06554dd6d9ca3a5b9e71d2ee22506e7
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv repositorio.sibi@ufscar.br
_version_ 1851688836259643392