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[en] DESIGN, NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL EVALUATION OF AN INERTIAL IMPACTOR USED TO COLLECT ATMOSPHERIC AEROSOLS / [pt] PROJETO, SIMULAÇÃO NUMÉRICA E TESTE EXPERIMENTAL DE UM IMPACTADOR INERCIAL EM CASCATA PARA AMOSTRAGEM DE AEROSSÓIS ATMOSFÉRICOSCLAUDIA MARCIA FERREIRA COSTA 14 March 2006 (has links)
[pt] O impactador inercial em cascata é um instrumento no
qual
uma amostra
de ar e poluentes (aerossóis) é obrigada a percorrer um
trecho contendo
obstáculos, chamados placas de impactação. Os obstáculos
forçam o jato a
mudar de direção, mas como as partículas têm maior
inércia
do que o fluido, não
acompanham as linhas de corrente do escoamento e acabam
por depositar-se
sobre estes obstáculos. Diferenças na geometria
envolvendo
diminuição de área
de passagem de escoamento e conseqüente aumento de
velocidades, fazem
com que, a cada estágio, partículas de diâmetros menores
sejam coletadas. O
desafio é projetar um instrumento que maximize a
eficiência de coleta,
diminuindo as perdas por deposição indesejável de
partículas nas paredes,
recirculações e outros efeitos. Nesta Dissertação de
Mestrado foi realizado o
projeto de um impactador de três estágios coletando,
respectivamente, partículas
com diâmetro aerodinâmico de 10, 2,5 e 1 (mi)m, operando
com
vazão de 30 lpm
(litros por minuto) e pressão atmosférica. Na análise de
desempenho do
instrumento, foram realizadas simulações numéricas com o
objetivo de analisar
características do escoamento e da trajetória de
partículas e levantar as curvas
de eficiência de coleta. Foram realizados, também,
testes
experimentais
reproduzindo condições de uso com o intuito de levantar
as
curvas de eficiência
reais. Os resultados numéricos e experimentais foram
comparados e
apresentam-se ao final, conclusões sobre o desempenho do
instrumento e
recomendações para trabalhos futuros. / [en] Impactors are simple devices in which a sample flows of
air and pollutants
flow around an obstacle, called impaction plate. Particles
with sufficient inertia will
slip across the flow streamlines and impact on the
obstacle. Particles with less
inertia will follow the airflow away from the impaction
surface. Inertial cascade
impactors have more than one impaction area. Each one has
an impaction plate
and a nozzle plate. From one stage to the other, the
nozzle diameters become
smaller and, consequently, the velocities are higher. This
allows for the collection
of smaller particles. The challenge is to design an
instrument with the higher
collection efficiency as possible, reducing wall losses,
recirculation regions and
other effects. In this study a 3-stages inertial cascade
impactor was designed and
tested. The cut-point aerodynamic diameters for each stage
were 10, 2.5 and 1
(mi)m, respectively, when operating with a flow rate of 30
l/min at atmospheric
pressure. To evaluate the instrument, some numerical
simulations were
performed. They provided results for the flow field,
particle trajectories and the
collection efficiency curves. Experimental tests were also
done to allow for the
determination of the real efficiency curves. The numerical
and experimental data
were compared. Finally, the conclusions of the work and
recommendations for
future studies are presented.
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Conjunto de estruturas miniaturizadas para manipulação de misturas. / Set of miniaturized structure used for manipulation of mixture.Lilian Marques Silva 24 June 2010 (has links)
Atualmente a Engenharia supera novas fronteiras, principalmente devido à redução das dimensões dos equipamentos, e um exemplo desses impactos é o atual estágio de desenvolvimento da nanotecnologia. Ademais, não só as questões ambientais inerentes à contaminação do meio físico como também seu monitoramento devem ser continuamente abordadas para garantir que o profissional possa atuar nessa nova condição. O objetivo deste trabalho foi determinar como um grupo de estruturas miniaturizadas pode ser usado na remoção de partículas de um meio líquido ou gasoso e a separação de componentes de uma mistura. Também objetivou-se desenvolver uma metodologia simples de testes voltada para o estudo do comportamento dos fluidos no interior de estruturas onde material particulado e pequenas dimensões dificultam a passagem deste fluido. A utilização de canais preenchidos com material particulado ocorre tanto na Engenharia Química, para produção de compostos, como na Química, para a análise de substâncias. Os testes utilizaram equipamentos comuns em laboratório de química, uma estrutura para produção de spray, duas estruturas impactadoras distintas para remoção de partículas, e duas estruturas, denominadas como canais tridimensionais e de separação preliminar, para separação de compostos orgânicos voláteis. As substâncias puras permitem avaliar o tempo de residência e compará-lo com as misturas. As estruturas apresentaram comportamento muito semelhante quando comparadas as filmagens com o auxílio de traçadores e as simulações usando FEMLABÒ. O conjunto proposto de estruturas permite produzir spray com gotas de até 10 mm e obter uma impressão digital de compostos orgânicos em uma mistura, pois os resultados permitem montar tabelas qualitativas e semi-quantitativas que descrevem vários fenômenos, tais como, difusão, separação de compostos, perda de carga, etc. Estas estruturas apresentaram uma série de vantagens, tais como, mesodimensionamento, que facilita sua produção e manuseio, e possibilidade de uso em demonstrações de como ocorrem os fenômenos internos à estrutura. / Nowadays, mainly due to products miniaturization, engineering faces new horizons, which can be easily exemplified by the enhancement on nanotechnology development. Furthermore, not only environmental contamination but also environmental monitoring must be addressed in order to produce a systemic knowledge. Therefore, the aim of this work was to determine how a group of miniaturized structures could be used on particle removal and component separation on a mixture. Also a secondary target was to develop a simple methodology in order to determine the fluid behavior inside the structures where particle material and small dimensions hinder flow passage. The use of packed channels is common not only in Chemical Engineering, on synthesis production, but also in Chemistry, for chemical analysis. Tests were carried out using equipment normally present in Chemistry to evaluate a set of structures composed by: one spray, two different impactors and other two different structures (one of them with five different outlets) for separation of volatile organic compounds. Tests were performed in liquid and gaseous phases and used several reactants (kerosene, gasoline, acetone, 2-propanol and ethanol) and their mixtures; pure reactants allow evaluation of the resident time and comparison with mixtures behavior. Simulations were also performed and the structure behavior evaluated by tracers shows good agreement with simulations data. The whole group of structures allows the production of spray with up to 10mm droplet dimension and the footprint of components in a mixture, i.e., the obtained data can be disposed as qualitative and quantitative tables, which describe several phenomena, such as diffusion, separation of compounds, load loss, etc. These structures present several advantages since dimensions on mesorange not only facilitate their production and manipulation bur also allow to unravel phenomena occurring inside the structures.
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Conjunto de estruturas miniaturizadas para manipulação de misturas. / Set of miniaturized structure used for manipulation of mixture.Silva, Lilian Marques 24 June 2010 (has links)
Atualmente a Engenharia supera novas fronteiras, principalmente devido à redução das dimensões dos equipamentos, e um exemplo desses impactos é o atual estágio de desenvolvimento da nanotecnologia. Ademais, não só as questões ambientais inerentes à contaminação do meio físico como também seu monitoramento devem ser continuamente abordadas para garantir que o profissional possa atuar nessa nova condição. O objetivo deste trabalho foi determinar como um grupo de estruturas miniaturizadas pode ser usado na remoção de partículas de um meio líquido ou gasoso e a separação de componentes de uma mistura. Também objetivou-se desenvolver uma metodologia simples de testes voltada para o estudo do comportamento dos fluidos no interior de estruturas onde material particulado e pequenas dimensões dificultam a passagem deste fluido. A utilização de canais preenchidos com material particulado ocorre tanto na Engenharia Química, para produção de compostos, como na Química, para a análise de substâncias. Os testes utilizaram equipamentos comuns em laboratório de química, uma estrutura para produção de spray, duas estruturas impactadoras distintas para remoção de partículas, e duas estruturas, denominadas como canais tridimensionais e de separação preliminar, para separação de compostos orgânicos voláteis. As substâncias puras permitem avaliar o tempo de residência e compará-lo com as misturas. As estruturas apresentaram comportamento muito semelhante quando comparadas as filmagens com o auxílio de traçadores e as simulações usando FEMLABÒ. O conjunto proposto de estruturas permite produzir spray com gotas de até 10 mm e obter uma impressão digital de compostos orgânicos em uma mistura, pois os resultados permitem montar tabelas qualitativas e semi-quantitativas que descrevem vários fenômenos, tais como, difusão, separação de compostos, perda de carga, etc. Estas estruturas apresentaram uma série de vantagens, tais como, mesodimensionamento, que facilita sua produção e manuseio, e possibilidade de uso em demonstrações de como ocorrem os fenômenos internos à estrutura. / Nowadays, mainly due to products miniaturization, engineering faces new horizons, which can be easily exemplified by the enhancement on nanotechnology development. Furthermore, not only environmental contamination but also environmental monitoring must be addressed in order to produce a systemic knowledge. Therefore, the aim of this work was to determine how a group of miniaturized structures could be used on particle removal and component separation on a mixture. Also a secondary target was to develop a simple methodology in order to determine the fluid behavior inside the structures where particle material and small dimensions hinder flow passage. The use of packed channels is common not only in Chemical Engineering, on synthesis production, but also in Chemistry, for chemical analysis. Tests were carried out using equipment normally present in Chemistry to evaluate a set of structures composed by: one spray, two different impactors and other two different structures (one of them with five different outlets) for separation of volatile organic compounds. Tests were performed in liquid and gaseous phases and used several reactants (kerosene, gasoline, acetone, 2-propanol and ethanol) and their mixtures; pure reactants allow evaluation of the resident time and comparison with mixtures behavior. Simulations were also performed and the structure behavior evaluated by tracers shows good agreement with simulations data. The whole group of structures allows the production of spray with up to 10mm droplet dimension and the footprint of components in a mixture, i.e., the obtained data can be disposed as qualitative and quantitative tables, which describe several phenomena, such as diffusion, separation of compounds, load loss, etc. These structures present several advantages since dimensions on mesorange not only facilitate their production and manipulation bur also allow to unravel phenomena occurring inside the structures.
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