Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissERT.pdf: 4750422 bytes, checksum: b92f1de6c66e77c69c1b9cc0f98ae3f4 (MD5) Previous issue date: 2007-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The present work aims to evaluate the influence of some operational variables on the filtration process and cake detachment, and also the patchy cleaning phenomenon. The studied conditions were maximum pressure drop, 20, 40 and 60 cmc.a., filtration velocity, 5 and 10 cm/s, cleaning velocity, 10 and 15 cm/s and thickness of the cake. Phosphoric rock dust with Stokes diameters of 4,5 µm was used as powder material. The filter medium used was acrylic, polyester and polypropylene needlefelt. To characterize the cleanness of the fabric, it was used the technique to take a photograph of the filter after each cycle of cleanness, getting images of the partial detachment of the cake. These images of cycles 1, 2, 3, 5 and 10 had been studied and analyzed through analytical software of images, the Image-Pro Plus. The efficiency of regeneration and the size of the regenerated areas of the filter had been analyzed. The results showed that the residual pressure drop was higher for thicker cakes. The higher cleaning velocity was not necessarily the one that offers better cake removal. Concerning the patchy cleaning phenomenon, total area removed did not present a defined behavior with the number of cycles. The results also showed that acrylic needlefelt is the best one to this process. This filter medium requires regeneration less frequently as it presents a lower pressure drop tax. As consequence the process is more economic and the filter medium can me used for longer periods of time. / O objetivo desse trabalho foi estudar a influência das condições operacionais na formação e remoção de tortas de filtração de gases. Ensaios de 10 ciclos de filtração e de limpeza foram realizados, com o intuito de avaliar a influência da espessura da torta de filtração, velocidade de filtração e velocidade de limpeza na regeneração de três tecidos diferentes, no caso, acrílico, poliéster e polipropileno. Foram utilizadas velocidades de limpeza de 5, 10 e 15 cm/s e velocidades de filtração de 5 e 10 cm/s, com perda de carga máxima de 20, 40 e 60 cmc.a.. Concentrado fosfático com diâmetro volumétrico médio de 4,5 µm foi utilizado como material particulado. Para caracterizar a limpeza do tecido, foi utilizada a técnica de fotografar o filtro após cada ciclo de limpeza, obtendo imagens do destacamento parcial das tortas. Essas imagens dos ciclos 1, 2, 3, 5 e 10 foram estudadas e avaliadas através de um software analisador de imagens, o Image-Pro Plus. Foram analisadas a eficiência de regeneração e o tamanho das áreas regeneradas do filtro, obtendo informações a respeito da influência da estrutura do tecido sobre a remoção e forma dos patches. Os resultados mostraram que, para tortas mais espessas, a perda de carga residual foi mais elevada, independente da massa retida. Maiores velocidades de filtração não são necessariamente as que proporcionam melhor regeneração do tecido. Ao observar-se o fenômeno de remoção por blocos não houve um comportamento definido ao longo dos ciclos. Os resultados obtidos indicaram que o acrílico foi mais apropriado para a filtração do concentrado fosfático, nas condições experimentais investigadas, por apresentar uma menor taxa de perda de carga em função da carga mássica, o que torna a operação economicamente mais vantajosa, diminuindo as interrupções no processo, para a limpeza do meio filtrante, o que também diminui o desgaste do tecido.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2241.pdf: 2175210 bytes, checksum: c200fbcf2fa5c50e9058c7cec77d02a7 (MD5) Previous issue date: 2009-02-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / Venturi scrubbers are widely used in industrial plants in the cleaning of gases. In these scrubbers, the cleaning elements are the droplets formed at the injection of a liquid in the gas containing pollutants. The droplets act as collectors, incorporating the element to be removed. The liquid is usually injected through several orifices that promote a distribution of the droplets in the gas duct. The number of experimental studies in the formation of droplets in the Venturi scrubber is scarce, especially those concerned with the variation of the droplet size with the number of orifices of liquid injection. Therefore, the present work focused on the experimental investigation of the effects of the liquid injection in multiple jets in the formation and distribution of droplets in a Venturi scrubber. A laboratory scale scrubber, with a throat of 27 by 40 mm of cross-sectional, horizontally placed, was investigated. The data on droplet size was obtained with the Malvern Spraytec analyser, that makes possible in situ measurements by the passing a laser beam through the throat of the scrubber. The droplet size was analyzed varying the number of orifices of injection of the liquid from 1 to 4, the liquid flow rate between 300 and 1200 mL/min and the gas velocity in the throat of 59, 64, 69 and 74 m/s (L/G between 0.07 and 0.3 L/m3). The axial positions for measurements along the scrubber were varied between 120 and 240 mm. The effect of the formation of liquid film in scrubber walls was also analyzed. The experimental results showed that the increase of the liquid flow rate allowed a better distribution of the liquid inside the throat and also caused a stronger interaction among the jets. The number of injection orifices showed significant influence in the measured droplet size inside the throat, with the increase of the drop size with the increase of the number of orifices in operation. The interaction between jets and their droplets showed to have influence in the final size of the measured drop, since these sizes were larger in jets with larger interactions. The increases in the liquid jet and in the gas velocities favored the atomization process, causing decrease in the droplet sizes. The fraction of liquid film deposited in the walls of the scrubber varied significantly with the number of orifices in operation and consequently with the different penetrations of the jets. In general, jets with excessive penetrations generated a larger film fraction deposited in the walls of the scrubber and a smaller size of droplets. Through the analysis of dimensionless parameters, it was possible to quantify the influence of each operational condition in the size of the droplets generated inside of the studied Venturi scrubber. / Lavadores Venturi são largamente utilizados industrialmente na limpeza de gases. Nesses lavadores, os elementos limpadores são as gotas formadas a partir da injeção de um líquido no gás contendo contaminantes. Tais gotas possuem a função de incorporar o elemento a ser removido. A injeção de líquido se dá normalmente através de vários orifícios, que promovem uma distribuição das gotas no duto. São raros os estudos experimentais que estudam a formação de gotas no lavador Venturi, principalmente no que diz respeito à variação do tamanho da gota com o número de orifícios de injeção de líquido. Dessa forma, o presente trabalhou realizou a investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação e distribuição de gotas num lavador Venturi. Utilizou-se no estudo um Venturi retangular em escala de laboratório, com uma garganta de 27 por 40 mm de secção transversal, situado horizontalmente. Para a medição de tamanho de gotas foi utilizado o equipamento Malvern Spraytec, que possibilita a medida in situ através da passagem de um laser pela garganta do lavador. Analisou-se o tamanho da gota variando o número de orifícios de injeção do líquido de 1 a 4, a vazão do líquido entre 300 e 1200 mL/min. e as velocidades do gás na garganta de 59, 64, 69 e 74 m/s (razões L/G de 0,07 a 0,3 L/m3). As posições axiais de medidas ao longo do lavador foram variadas entre 120 e 240 mm. Também se analisou o efeito destas variáveis operacionais na formação de filme líquido nas paredes do lavador. Os resultados experimentais mostraram que o aumento da vazão de líquido fez com que o líquido ficasse melhor distribuído no interior da garganta e também ocasionou a maior interação entre os jatos. O número de orifícios de injeção do líquido mostrou influência significativa no tamanho da gota medida na garganta do equipamento, ocorrendo o aumento do tamanho da gota com o aumento do número de orifícios em funcionamento. A interação entre jatos mostrou exercer influência no tamanho final da gota medida, já que os tamanhos das gotas foram maiores em jatos com maiores interações. Os aumentos na velocidade do jato líquido e do gás favoreceram o processo de atomização, fazendo com que os tamanhos das gotas diminuíssem. A fração de filme líquido depositada nas paredes do lavador Venturi também variou significativamente com o número de orifícios em funcionamento e conseqüentemente com as diferentes penetrações dos jatos. Em geral, jatos com penetrações excessivas geraram uma maior fração de filme depositada nas paredes do lavador e um menor tamanho de gotas. Através da análise de parâmetros adimensionais foi possível quantificar a influência de cada condição operacional nos tamanhos das gotas geradas no interior do lavador Venturi em estudo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1887.pdf: 2018694 bytes, checksum: e69f497fdcda59d43b28054bd04b9c45 (MD5) Previous issue date: 2008-07-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / The study of the liquid film in the walls of a Venturi scrubber was chosen as the target of this work for representing one of the important phenomena that influence the collection efficiency of the equipment. Such efficiency decreases with the presence of the film once it has a superficial area per volume much smaller than the drops and, consequently, contributes very little in the removal of particles. Furthermore, the pressure drop on the Venturi depends on the energy spent to accelerate the drops and also of the attrition between the gas and the surface of the film. These two important parameters depend on the liquid fraction in the form of film. For these reasons, it is important for the project of Venturi scrubbers the quantification of the film fraction. The present work, therefore, carried out an experimental investigation of the effects that the liquid injection through multiple jets exerted in the formation of the liquid film in a Venturi scrubber of rectangular cross section. The behavior of the fraction of liquid film in each wall separately and of the total fraction of liquid film extracted were analyzed, varying the liquid flow rate from 0,3 to 1,2 l/min for gas velocities of 59, 64, 69 and 74 m/s. Throat lengths of 100, 160 and 220 mm were utilized. The results showed that the film fraction varies with the gas velocity, with the configuration of the liquid injection, with the liquid flow rate and with the axial distances along the throat. The analysis of the film extraction in the individual walls follows an asymmetric behavior in all operational conditions, showing a larger film deposition in the inferior wall independently of the injection configuration, thus indicating the effect of the gravity in the film deposition. Hence, the total fraction of liquid extracted from the four walls of the scrubber made possible a more satisfactory interpretation of the results. Within the experimental range investigated, the injection through four orifices at the gas velocity of 74 m/s at the higher liquid flow rates presented the smaller deposition of liquid in the scrubber walls. It was also evident that the deposition is dependent on the penetration of the jet: low penetrations tend to deposit in the jet injection wall while high penetrations deposit in the opposite wall. There is, therefore, a point of minimum deposition for the intermediate penetration of the jet. The best operational conditions, i.e. the smallest film fraction deposited in the walls, was obtained for the largest gas velocity and for the liquid being injected simultaneously through the four walls. / O estudo do filme líquido nas paredes de um lavador Venturi foi selecionado como alvo deste trabalho por representar um dos importantes fenômenos que influenciam a sua eficiência de coleta. Tal eficiência diminui pela presença do filme uma vez que este tem uma área superficial por volume muito menor do que as gotas e, com isso, contribui muito pouco na remoção de partículas. Além disso, perda de carga no Venturi depende da energia gasta para acelerar as gotas e também do atrito entre o gás e a superfície do filme. Esses dois importantes parâmetros dependem da fração de líquido na forma de filme. Por estes motivos é importante para o projeto de lavadores Venturi a quantificação da fração de filme. O presente trabalho realizou, portanto, uma investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação do filme líquido num lavador Venturi de seção retangular. Analisou-se o comportamento da fração de filme líquido em cada parede separadamente e da fração de filme líquido total extraído do lavador, variando a vazão do líquido entre 0,3 e 1,2 l/min para velocidade do gás de 59, 64, 69 e 74 m/s. Comprimentos da garganta de 100, 160 e 220 mm foram utilizados. Os resultados mostraram que a fração de filme varia com a velocidade do gás, com a configuração da injeção de líquido e com as vazões de líquido. A análise da extração de filme nas paredes individualmente segue um comportamento desigual diante de cada condição operacional, mostrando uma maior deposição de filme na parede inferior independentemente da configuração de injeção do líquido, indicando o efeito da gravidade na deposição de filme. Desse modo, a fração de líquido total extraída nas quatro paredes do lavador possibilitou uma interpretação mais satisfatória dos resultados. Nas condições operacionais investigadas neste trabalho, a configuração de injeção de líquido feita pelos quatro orifícios e a velocidade do gás de 74 m/s para as maiores vazões do líquido foram as que apresentaram a menor deposição de filme líquido nas paredes do lavador. Ficou também evidente que a deposição é dependente da penetração do jato: baixas penetrações tendem a depositar na própria parede de injeção enquanto altas penetrações depositam na parede oposta. Existe, portanto um ponto de mínima deposição, de penetração intermediária do jato. A melhor condição de operação, isto é, a menor fração de filme depositada nas paredes, foi obtida para a maior velocidade do gás e para

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2629.pdf: 4197394 bytes, checksum: 4091c8ebf9fcd3b43a61e387ad0c6b2f (MD5) Previous issue date: 2009-08-05 / Universidade Federal de Sao Carlos / El objetivo del presente trabajo fue simular la descarga de un flujo compuesto por fases gaseosa y solida dentro de un equipo denominado ciclón mediante la técnica numérica denominada Fluido dinámica computacional (CFD). Fueron examinados nueve ciclones con diferentes geometrías. Todos tenían el mismo diámetro principal (0,245 m) y a misma altura (0,875 m), pero la altura de la sección cónica vario de 0,235 m hasta 0,725 m así como también vario la altura del vortex finder de 0,122 m hasta 0,612 m. El paquete comercial utilizado en las simulaciones fue el Fluent 6.3.26. Los resultados de la simulación son analizados teniendo como referencia los datos experimentales obtenidos por Scarpa (2000) donde está disponible datos de la caída de presión y la eficiencia de colecta para los nueve ciclones estudiados. Fueron elaborados mallas de tipo hibrido. La función adapt del Fluent fue utilizado con la finalidad de refinar las mallas tanto en las proximidades de la pared así como en el interior del ciclón. El flujo gas partícula en el interior del ciclón fue modelado considerando como un flujo bifásico Euleriano Lagrangeano, turbulento, tridimensional. La solución numérica fue obtenida utilizando el algoritmo SIMPLEC. El modelo de turbulencia usado fue ������. La interacción entre las partículas fue modelada de dos maneras: utilizando la condición patron de Fluent y la otra fue mediante condiciones basadas en la comparación de las energías envolvías en la interacción. Esta última condición fue implantada mediante el uso de una función definida por el usuario UDF (user defined function). Los , masL oesl uresosu dltea dloass ofubntecnioidnoess daedmapute syt rUanD Fq ueen eel l mpoadqeuleot ed ec otumrbeurcleianl cFialu ��en��t pueden ayudar a aproximar los datos numéricos a los datos experimentales. / O objetivo do presente trabalho foi simular o escoamento das fases continua e particulada em separadores gás-sólido tipo ciclone através da Fluidodinâmica Computacional (CFD). Foram examinados nove ciclones com diferentes geometrias. Todos tinham o mesmo diâmetro principal (0,245 m) e a mesma altura (0,875 m), mas o comprimento da seção cônica variou de 0,235 m até 0,725 m e a altura do vortex finder variou de 0,122 m até 0,612 m. O software comercial utilizado nas simulações foi o Fluent 6.3.26. Os resultados da simulação são avaliados com base nos dados experimentais obtidos por Scarpa (2000). Dados da queda de pressão e eficiência de coleta do material particulado estão disponíveis para os nove ciclones estudados. Foram elaboradas malhas do tipo hibrido. A função adapt do Fluent foi utilizada para afinar as malhas tanto nas proximidades das paredes quanto no interior do ciclone. O escoamento gás-partícula no interior do ciclone foi modelado considerando escoamento bifásico euleriano lagrangeano turbulento tridimensional. A solução numérica foi obtida utilizando-se o algoritmo SIMPLEC. O modelo de turbulência usado foi o ������. A interação entre partícula parede foi modelada de duas formas: utilizando a condição padrão do Fluent e a outra foi mediante condições baseadas na comparação de energias envolvidas na interação. Esta ultima condição foi implantada através de uma função UDF (user defined function) definida pelo usuário no Fluent. Os resultados obtidos demostram que o modelo de turbulência ������ mais a função adapt e a função UDF no Fluent podem ajudar a aproximar os dados numéricos aos experimentais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3213.pdf: 1420864 bytes, checksum: 0050ede333d606a5bcfa6c2c7662fb54 (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / Venturi scrubber is an equipment applied to particulate material removal, soluble gases absorption, and gas stream odors reduction. This device utilizes of a liquid wash that collides a high velocity gas inside the scrubber. Liquid is then atomized, producing drops, which collect the particles. During the process, part of the drops retain at scrubber walls as a film. The referred film increases pressure drop, affecting efficiency. Our study aim, by observing the film fraction, was to reduce the pressure loss, increasing the scrubber efficiency, and lowering operational costs. Two Pease-Anthony circular transverse-section scrubbers, vertically set, were used. In order to obtain more information on the film fraction influence to the scrubber performance, some features such as dimensionless axial distance to the injection point, convergence angle, number of injection points, and throat diameter, were varied. Gas velocities used were 50, 70, and 90 m/s, as for jet penetration, 5% to 85%. Film fraction has varied to liquid jet penetration, and has shown a interval of minimal film formation on scrubber walls, to each specific configuration. Largest quantities of film were collected on the lower and higher jet penetrations. Liquid fraction on the scrubber walls has also varied to the gas velocity, liquid injection orifices configuration, dimensionless axial distance from the injection point, and throat diameter The convergence section angle, however, has not influenced the film fraction variation in any of the studied conditions, in terms of the jet penetration. A different behavior among the angles, were only obtained with the gas velocity. Different orifice configurations, under excessive penetrations, have changed the jet trajectory. / O lavador Venturi é um equipamento aplicado na remoção de material particulado, absorção de gases solúveis e redução de odores de correntes gasosas. O presente equipamento utiliza um líquido de lavagem que colide com um gás em alta velocidade dentro do lavador, este líquido é atomizado e forma gotas, as quais atuam na coleta de partículas. No decorrer do processo, uma parte das gotas se deposita na parede do lavador, formando um filme. Esse filme aumenta a queda de pressão e, consequentemente, afeta o desempenho do aparelho. Este trabalho teve com objetivo estudar a fração de filme, visando reduzir a perda de carga e obter uma melhor eficiência do lavador Venturi, reduzindo os gastos operacionais. Nesta pesquisa foram utilizados dois lavadores do tipo Pease-Anthony, de seção transversal circular, posicionados na vertical. No propósito de adquirir mais informações sobre a influência da fração de filme no desempenho do lavador foram variadas algumas características como distância do ponto de injeção, ângulo de convergência, número de orifícios de injeção, diâmetro da garganta. As velocidades de gás utilizadas foram 50, 70 e 90 m/s e penetração do jato de 5% a 85%. A fração de filme variou com a penetração do jato líquido e mostrou um intervalo de mínima formação de filme nas paredes do lavador para todas as configurações. Maiores quantidades de filme foram coletadas nas menores e maiores penetrações do jato. A fração de líquido na parede também variou com a velocidade do gás, configuração de orifícios de injeção de líquido, distância do ponto de injeção e diâmetro da garganta, sendo nesta a fração de filme maior no lavador de menor diâmetro. Entretanto, o ângulo da seção convergente não influenciou na variação da fração de filme em nenhuma das condições estudadas em relação à penetração do jato, sendo obtido um comportamento diferente entre os ângulos apenas em relação à velocidade do gás. As diferentes configurações de orifícios, quando utilizada penetrações excessivas, mudaram a trajetória do jato.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5139.pdf: 12746336 bytes, checksum: 29fb732e5229386de121842edce9b72b (MD5) Previous issue date: 2013-04-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / The presence of particles after the reverse air pulse cleaning process inside the filter medium ensures the increase in pressure drop of the subsequent cycle. The performance of the filter medium after several filtration cycles and cleaning cycles with reverse air pulse is not clearly known. For this purpose, the main objective of this work was to investigate the performance of the filter medium with reverse air pulse cleaning through the study of cleaning efficiency and by observing the regeneration of filter media. The satisfactory performance of the experimental unit was observed in the preliminary trials during filtration and cleaning by reverse air pulse having polypropylene and acrylic as filter media and phosphate concentrate as particulate matter. It was found that the increase in the number of filtration and cleaning cycles had an influence on the behavior of the filter media, when the filtration velocity was kept at 4 cm/s, the pressure drop at 200 Pa and with pulse time of 200 ms. It was observed that, even with the heterogeneity of filter media, particles were trapped on the surface of the fabric and the number of particles retained increased with the increase in the number of cycles. When comparing the filter media submitted to two hundred filtration and cleaning cycles, it was found that the polypropylene filter presented greater permeability, greater specific resistance and cake porosity, greater amount of mass retained after cleaning and greater cleaning efficiency than the acrylic filter using the same operational parameters. However, the performance was satisfactory for both filter media which, despite their differences, showed to be adequate for the operations of filtration and reverse air pulse cleaning. / A presença de partículas após a limpeza por pulso de ar reverso no interior do meio filtrante garante o aumento da queda de pressão do ciclo subsequente. O desempenho do meio filtrante após vários ciclos de filtração e limpeza por pulso de ar reverso, não é claramente conhecido. Para tal finalidade, teve-se como objetivo principal a investigação do desempenho do meio filtrante com limpeza por pulso de ar reverso, através do estudo da eficiência de limpeza e da observação da regeneração dos meios filtrantes. A satisfatória performance da unidade experimental foi observada nos ensaios preliminares durante a filtração e limpeza por pulso de ar reverso, utilizando como meio filtrante o polipropileno e o acrílico, e como material particulado o concentrado fosfático. Verificou-se a influência do acréscimo do número de ciclos de filtração e limpeza no comportamento dos meios filtrantes, mantendo-se a velocidade de filtração de 4 cm/s, a queda de pressão de 200 Pa e o tempo de pulso de 200 ms. Observou-se, mesmo com a heterogeneidade dos meios filtrantes, que houveram partículas retidas na superfície do tecido, que aumentaram com o acréscimo do número de ciclos. Constatou-se, ao comparar os meios filtrantes submetidos a duzentos ciclos de filtração e limpeza, que o filtro de polipropileno apresentou maior permeação, maior resistência específica e porosidade da torta, maior quantidade de massa retida após a limpeza e maior eficiência de limpeza, comparada ao filtro de acrílico utilizando os mesmos parâmetros operacionais. No entanto, o desempenho foi satisfatório para ambos os meios filtrantes, que apesar de suas diferenciações, mostraram-se adequados em operações de filtração e limpeza por pulso de ar reverso.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMCRF.pdf: 11090482 bytes, checksum: acd91fb03f2001e7f8897df596f44b7d (MD5) Previous issue date: 2005-05-24 / Universidade Federal de Minas Gerais / The removal of submicron particles from gaseous streams is becoming an increasingly important operation, both in industrial (nanotechnology) as well as in occupational (inhalation of particula te matter) applications. Among the equipments commonly employed for the removal of particula tes of the gaseous stream, the electrostatic precipitator, ESP, is the one capable of removing particles of such size with high efficiency. Furthermore, it has other advantages as the low pressure drop and the flexibility of working at higher temperatures. Therefore, the objective of this research was to evaluate the influence of operational and design parameters in the efficiency of particle removal of a plate-wire ESP operating in the removal of submicron particles. The precipitator was built in acrylic, with copper plates as collecting electrodes and stainless steel wires as discharge electrodes. The study was divided in two stages: the first studied the collection of PM2.5 (high risk particle matter), using alumina, with median diameter of 0.6 mm and maximum diameter of 2.5 mm as test powder, while the stage 2 focused the nanometric range, utilizing particles of sodium chloride, with diameters between 8 and 100 nm. In stage 1, the project parameters analyzed were duct length (L), diameter of the discharge electrodes (2r) and spacing between them (2c); the operational variables were the electric field (E) and the air velocity (v). Each variable was evaluated in two levels, whose values were Lne = 15 and 30 cm; 2r = 0.045 and 0.025 cm; 2c = 4 and 2 cm; E = 5 and 8 kV/cm and, finally, v = 0.5 and 1.0 m/s. The process performance was evaluated through the analysis of the global efficiency of removal of the particula te matter, obtained through isokinetic sampling. In stage 2, the project parameter analyzed were the duct length (Lne), the ratio s/2c and the distance between the collection plates (2s) and the operational variables were the air velocity (v) and current density (j). Each operation variable was evaluated in three levels, whose values were v = 0.125, 0.25 and 0.50 m/s and j = 1.8, 2.8 and 3.8 mA/m2. The project parameters were studied in two leve ls, Lne = 15 and 30 cm and 2s = 0.04 and 0.06 m. The process performance was evaluated through the analysis of the removal efficiency of the particulates obtained by particle counting, with the use of the Condensation Particle Counter 3007, from TSI. It was observed that the precipitator possesses high collection efficiency, even in the nanometric size range, were efficiencies larger than 99% were obtained, depending on the used configuration. As expected, the increase in air velocity, as well as the decrease of the collecting plate length and of the generated current caused a decrease in the efficiency. Conversely, larger spacing between plates resulted in an increment in the efficiency, phenomenon also observed by some other researchers for larger particles. The ratio s/2c did not show a clear tendency in particle removal. When compared to models from the literature, the one that offered the better adjustment to the experimental data was the classic Deutsch model when used with a drag coefficient given by a modified version of the Li and Wang (2003a e b) equation. / A remoção de partículas submicrométricas de correntes gasosas tem-se constituído numa operação cada vez mais importante, tanto em aplicações industriais (nanotecnologia) quanto ocupacionais (inalação de material particulado). Dentre os equipamentos comumente empregados para a remoção de material particulado da corrente gasosa, o precipitador eletrostático é o que se apresenta mais apto a remover partículas de tal tamanho com alta eficiência. Desse modo, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência dos parâmetros de operação e de projeto na eficiência de remoção de um precipitador eletrostático do tipo placa-fio, operando na remoção de partículas sub e nanométricas. O precipitador foi construído em acrílico e possui placas coletoras de cobre e eletrodos de descarga de aço inox. O estudo foi dividido em duas etapas: a primeira estudou a coleta de PM2,5 (material inalável de alto risco), utilizando alumina, com diâmetro mediano de 0,6 mm e diâmetro máximo de 2,5 mm, enquanto a etapa 2 focou a faixa nanométrica, utilizando partículas de cloreto de sódio, com diâmetros entre 8 e 100 nm. Na etapa 1, os parâmetros de projeto analisados foram comprimento do duto (Lne), diâmetro dos eletrodos de descarga (2r) e espaçamento entre os mesmos (2c) e as variáveis de operação foram o campo elétrico (E) e a velocidade de escoamento do ar (v). Cada variável foi avaliada em dois níveis, cujos valores foram Lne = 15 e 30 cm; 2r = 0,045 e 0,025 cm; 2c = 4 e 2 cm; E = 5 e 8 kV/cm e, finalmente, v = 0,5 e 1,0 m/s. O desempenho do processo foi avaliado através da análise da eficiência global de remoção do material particulado, obtida através de amostragem isocinética. Na etapa 2, os parâmetros de projeto analisados foram L, relação s/2c e distância entre as placas de coleta (2s) e as variáveis de operação foram v e densidade de corrente (j). Cada variável de operação foi avaliada em três níveis, cujos valores são v = 0,125, 0,25 e 0,50 m/s e jne = 1,8, 2,8 e 3,8 mA/m2. Já os parâmetros de projeto foram estudados em dois níveis, Lne = 15 e 30 cm e 2s = 0,04 e 0,06 m. O desempenho do processo foi avaliado através da análise da eficiência de remoção do material particulado, obtida através da contagem de partículas. Observou-se que o precipitador possui grande capacidade de coletar partículas até mesmo na faixa nanométrica, obtendo eficiências para alguns casos maiores que 99%, dependendo da configuração utilizada. Como esperado, o aumento da velocidade do gás, bem como a diminuição do comprimento das placas coletoras e da corrente gerada, causaram uma diminuição da eficiência. Em contrapartida, o maior espaçamento entre as placas acarretou um incremento na eficiência, fenômeno também observado por alguns outros pesquisadores para partículas maiores. A relação s/2c não apresentou uma tendência clara na remoção do material particulado. Quando avaliados os modelos presentes na literatura, aquele que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo clássico de Deutsch, quando utilizado o coeficiente de arraste dado por uma versão modificada da equação de Li e Wang (2003a e b).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissEVC.pdf: 1096978 bytes, checksum: fcd2420b28807d0014014a616c31b3c2 (MD5) Previous issue date: 2004-03-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / The different models utilized for the calculation of the collection efficiency of electrostatic precipitators are based in distinct hypotheses about the behavior of the particles inside the equipment. Hence, in one extreme they consider the particles in perfect mixture, in a flat concentration profile in turbulent flow, known as the Deutsch model, and in the other it is assumed a laminar flow without mix. Other authors proposed intermediate theoretical behaviors. However, experimental results are very scarce. Therefore, to know the real behavior inside the precipitator, an experimental method was devised to measure and determine the concentrations of the aerosol and verify which of the proposed behaviors in the literature describe adequately the data. The electrostatic precipitator utilized was of the plate-wire type, in laboratorial scale, with a 0.50 m in length and 0.20 m in width, with 6 discharge electrodes. It was observed that the points of higher concentrations occurred in the duct center and decreased towards the walls. The Deutsch model offered the best description of the experimental profile. However, it was noticed that in the entrance region, a different behavior occurred. Also, it was noticed that, with the increase of the electric field, the concentration decreased both in the center as near the wall, and this variable presented a more significant effect in the concentration than the gas velocity. / Os diferentes modelos utilizados para o cálculo da eficiência de coleta de precipitadores eletrostáticos baseiam-se em diferentes hipóteses sobre o comportamento das partículas no interior do equipamento. Assim, em um extremo, consideram-se as partículas em mistura perfeita e perfil de concentração achatado em função do escoamento turbulento, conhecido como modelo de Deutsch e no outro, assume-se que o escoamento seja laminar, sem misturas. Outros autores propõem comportamentos teóricos intermediários. No entanto, dados experimentais são muitos escassos. Portanto, com o intuito de conhecer o comportamento real no interior do precipitador, desenvolveu-se uma metodologia experimental para medir as concentrações do aerossol no interior do precipitador e verificar quais os comportamentos mostrados na literatura descrevem adequadamente os dados. O precipitador eletrostático usado foi do tipo placa-fio em escala laboratorial com comprimento de 0,50 m, largura de 0,20 m e 6 eletrodos de descarga. Observou-se que os pontos de maior concentração ocorreram no centro e que esta diminui na direção das paredes. O modelo de Deutsch ajustou-se melhor aos pontos experimentais. No entanto, notou-se que na região de entrada ocorreu um comportamento diferenciado. Foi ainda possível verificar que, com o aumento do campo elétrico, a concentração diminuiu tanto no centro como próximo às paredes, sendo a variável que apresentou um efeito mais significativo na concentração frente a velocidade do gás.

Ciclones são equipamentos largamente empregados na separação de partículas do ar ou na limpeza de gases de processos por ação da força centrífuga. Neste trabalho, um ciclone lavador modificado foi projetado, construído, e sua eficiência de coleta de partículas foi avaliada. O equipamento consiste de um ciclone separador tipo Americano com triplo cone, em cujo corpo cilíndrico foram introduzidos bicos nebulizadores de água. Graças a essa configuração ele pode ser usado em galpões industriais, apresenta facilidade de construção e operação e baixo custo. O autor projetou esse ciclone objetivando não somente a eficiência de coleta, mas também a compacidade, o baixo consumo de água e de eletricidade, a possibilidade de purificação de gases ou vapores tóxicos, e ainda, o resfriamento de gases quentes pela umidificação até a saturação, de acordo com os fundamentos da separação de poeiras empregada nos scrubbers úmidos. O estudo consistiu de uma avaliação experimental das condições de operação à temperaturas ambiente e superiores à ambiente, variando também a altura da chaminé e a vazão de água de umidificação da poeira. Os ensaios foram realizados em duas etapas. Na primeira, objetivou-se identificar as melhores condições de operação usando todo o potencial de variação do equipamento, e empregando um projeto fatorial de três fatores (three-way). A segunda etapa objetivou-se estimar a eficiência de coleta do ciclone lavador usando como poluente, partículas de quartzo micronizado com diâmetro médio de 7,48 µm. A concentração de partículas no gás foi de 20 a 100 mg/m3 de ar. Foi obtida uma eficiência média de 97.07±1.03 %, para 4 bicos nebulizadores, 4 aquecedores em funcionamento e altura da chaminé 645 mm, para uma vazão de gás 0,358 m3/s de gás. Concluindo a modificação do projeto aumento a eficiência de coleta de aproximadamente 70 % ,em ciclones secos, para 97,07 %. / Cyclones are devices widely employed to separate and collect particles from the air or for cleaning up gases for processes by the action of centrifugal force. In this work a modified cyclone washer was designed, fabricated, and its collection efficiency evaluated. This equipment consists of an Americantype cyclone separator with a triple cone into whose cylindrical body a spray nozzle was introduced. Thanks to its configuration, it can be used in industrial warehouses and is fairly simple to build and operate, as well as inexpensive. The author designed this cyclone with a view not only to efficiency but also compactness, low water and electricity consumption, the possibility of toxic gas or vapor absorption, the cooling of hot gases and aerosol humidification up to saturation, according to fundamentals of dust separation with wet scrubbers. The study consisted of an experimental evaluation of the operating conditions at ambient and higher than ambient temperatures, changing the chimney height and water flow rate, with the purpose of humidifying dust. The tests were carried out in two steps. The first step aimed to identify the best operating condition using the entire potential variation and employing a three-way factorial design. The second step aimed to estimate the efficiency of the cyclone washer was evaluated in the collection of micronized quartz particles with an average diameter of 7.48 µm. The amount of particles varied from 20 to 100 mg/m3 of air. An average efficiency of 97.07±1.03 % was obtained with four spray nozzles, with its four heaters turned on, chimney height of 0.645 m and 0.358 m3/s of gas. In conclusion, the design modification had increased the collection efficiency from about 70 %, in dry cyclones, to 97.07 %.

Ciclones são equipamentos largamente empregados na separação de partículas do ar ou na limpeza de gases de processos por ação da força centrífuga. Neste trabalho, um ciclone lavador modificado foi projetado, construído, e sua eficiência de coleta de partículas foi avaliada. O equipamento consiste de um ciclone separador tipo Americano com triplo cone, em cujo corpo cilíndrico foram introduzidos bicos nebulizadores de água. Graças a essa configuração ele pode ser usado em galpões industriais, apresenta facilidade de construção e operação e baixo custo. O autor projetou esse ciclone objetivando não somente a eficiência de coleta, mas também a compacidade, o baixo consumo de água e de eletricidade, a possibilidade de purificação de gases ou vapores tóxicos, e ainda, o resfriamento de gases quentes pela umidificação até a saturação, de acordo com os fundamentos da separação de poeiras empregada nos scrubbers úmidos. O estudo consistiu de uma avaliação experimental das condições de operação à temperaturas ambiente e superiores à ambiente, variando também a altura da chaminé e a vazão de água de umidificação da poeira. Os ensaios foram realizados em duas etapas. Na primeira, objetivou-se identificar as melhores condições de operação usando todo o potencial de variação do equipamento, e empregando um projeto fatorial de três fatores (three-way). A segunda etapa objetivou-se estimar a eficiência de coleta do ciclone lavador usando como poluente, partículas de quartzo micronizado com diâmetro médio de 7,48 µm. A concentração de partículas no gás foi de 20 a 100 mg/m3 de ar. Foi obtida uma eficiência média de 97.07±1.03 %, para 4 bicos nebulizadores, 4 aquecedores em funcionamento e altura da chaminé 645 mm, para uma vazão de gás 0,358 m3/s de gás. Concluindo a modificação do projeto aumento a eficiência de coleta de aproximadamente 70 % ,em ciclones secos, para 97,07 %. / Cyclones are devices widely employed to separate and collect particles from the air or for cleaning up gases for processes by the action of centrifugal force. In this work a modified cyclone washer was designed, fabricated, and its collection efficiency evaluated. This equipment consists of an Americantype cyclone separator with a triple cone into whose cylindrical body a spray nozzle was introduced. Thanks to its configuration, it can be used in industrial warehouses and is fairly simple to build and operate, as well as inexpensive. The author designed this cyclone with a view not only to efficiency but also compactness, low water and electricity consumption, the possibility of toxic gas or vapor absorption, the cooling of hot gases and aerosol humidification up to saturation, according to fundamentals of dust separation with wet scrubbers. The study consisted of an experimental evaluation of the operating conditions at ambient and higher than ambient temperatures, changing the chimney height and water flow rate, with the purpose of humidifying dust. The tests were carried out in two steps. The first step aimed to identify the best operating condition using the entire potential variation and employing a three-way factorial design. The second step aimed to estimate the efficiency of the cyclone washer was evaluated in the collection of micronized quartz particles with an average diameter of 7.48 µm. The amount of particles varied from 20 to 100 mg/m3 of air. An average efficiency of 97.07±1.03 % was obtained with four spray nozzles, with its four heaters turned on, chimney height of 0.645 m and 0.358 m3/s of gas. In conclusion, the design modification had increased the collection efficiency from about 70 %, in dry cyclones, to 97.07 %.