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Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6695.pdf: 5587762 bytes, checksum: 18422df241d7678995fda12c8a8bf70f (MD5) Previous issue date: 2015-01-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / Human exposure to nanoparticles is increasingly becoming a concern, including in the workplace, due to urban and industrial development and the increasing use of motor vehicles. Filtration using fibrous filters is among the various options that can be used to provide efficient elimination of particles. It is known that there has been little research concerning the removal of nanoparticles using these filtration media. The aim of this study was to characterize, evaluate the efficiency and analyze the influence of filtration area on the efficiencies of the filter media HEPA (high efficiency particulate air), glass, micro-quartz, and polyester (300 g/m2) for the removal of nanoparticles. The filtration area was analyzed because is not possible in general to do the experimental testes in laboratory with large filtration area. The evaluation of the filter media depend on the structure of the filters (fiber diameter, thickness, and permeability), the operating conditions (superficial velocity and filtration area), and the characteristics of the filtered aerosols (density and size distribution). The characterization was used to evaluate the filter media and explain some results. Thickness, fiber diameter and permeability are examples of characterization parameters. The experimental setup was used in experimental tests of permeability and efficiency for the 5.3 and 40.7 cm2 filtration areas. A solution of 5 g/L sodium chloride (NaCl) was used to generate the nanoparticles in the filtration tests and a constant superficial velocity of 0.05 m/s. Particles were counted before and after passing through the filter media at the beginning of filtration using the electrical mobility technique. At the end of the filtration (one hour), the particles were again counted before and after the filters (in triplicate). The permeability constants of the HEPA, glass, and micro-quartz filters were the lower and they are influenced by the filtration area, while a much higher value was obtained for the polyester filter and showed no significant variation using different filtration area. Altogether, all the filter media were highly efficient in removing nanoparticles during approximately 2 hours of filtration, with the exception of the polyester filter, for which the efficiency decreased with increasing particle diameter. / Há uma grande preocupação com a exposição de pessoas às partículas nanométricas presentes no ar, até mesmo no ambiente de trabalho. Isto se deve ao desenvolvimento urbano, industrial e o crescente uso de veículos motorizados. Uma das soluções que vem sendo muito utilizadas ultimamente é o processo de filtração utilizando filtros fibrosos. Como há poucas pesquisas sobre o comportamento desses filtros na remoção de nanopartículas, o objetivo desse estudo foi caracterizar, avaliar a eficiência e verificar se o tamanho da área de filtração influencia no desempenho de meios filtrantes HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter), de Vidro, de Micro Quartzo e de Poliéster na remoção de nanopartículas. A área de filtração foi avaliada uma vez que em testes laboratoriais nem sempre são possíveis grandes áreas de filtração para avaliação do desempenho de meios filtrantes. O desempenho de um meio filtrante depende da estrutura dos filtros (espessura, porosidade, diâmetro das fibras), das condições operacionais (velocidade de filtração e área de filtração) e das características do material particulado (densidade, tamanho da partícula e distribuição). A caracterização foi utilizada para avaliar os meios filtrantes e justificar possíveis resultados, entre ela está a espessura, o diâmetro das fibras e a permeabilidade. O sistema experimental foi utilizado tanto para a realização de experimentos de permeabilidade como para experimentos de eficiência com áreas de filtração iguais a 5,3cm2 e 40,7 cm2. Nos testes de eficiência foram utilizados uma solução de 5 g/L de cloreto de sódio para geração de partículas e velocidade constante de 5 cm/s. A contagem das partículas antes e após a passagem pelo meio filtrante era feita em triplicata no tempo zero e também depois de uma hora de filtração utilizando a técnica de mobilidade elétrica. Os meios filtrantes HEPA, de Vidro e de Quartzo apresentaram as menores constantes de permeabilidade e os valores foram ligeiramente influenciados pela área de filtração. Já o filtro de Poliéster foi o mais permeável e não apresentou variação significativa com a área de filtração. De uma forma geral, todos os meios filtrantes foram muito eficientes na remoção de nanopartículas durante duas horas de filtração aproximadamente, com exceção do filtro de Poliéster para o qual a eficiência decaiu com o aumento do tamanho das partículas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJS.pdf: 2519378 bytes, checksum: 7360d56b23a635a75d18e60253999a1a (MD5) Previous issue date: 2007-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The increase in the air pollution in the last decades is causing a strong increase in the monitoring and control of emissions of particulate matter in the atmosphere, in order to minimize the problems caused to the environment and to the human health. Particularly, the behavior nanometric particles in the air needs special attention. The fiber filters, one of the oldest methods of particle removal, are, in principle, capable to operate in this size range, but data on their performance are still scarce. In this work, the behavior of an industrial filter of polyester and of a high efficiency (HEPA) filter was studied with the intention of evaluating their performance operating in the removal of nanometric particles from aerosols. The polyester filter had a porosity of 0.884, a thickness of 4.5 mm and diameter of fiber of 16 m and the HEPA filter the porosity of 0.920, thickness of 0.4 mm and diameter of fibers between 0.075 and 2.35 µm. The test aerosol was composed by monodispersed NaCl particles, obtained from the Electrospray Aerosol Generator, model 3480, from TSI, using salt solutions in concentrations from 0.5 to 5.0 g/L. The size of the generated particles varied from 8.4 to 94.8 nm. To determine this diameter, images in an Electronic Transmission Microscope were obtained and analyzed in the image analyzer Image Pro Plus, 3.0. The filtration device was built in acrylic with a filtration area of 40 cm2. The performance of the filters was evaluated through the analysis of the collection efficiency of the nanometric particles, by counting the particles before and after the filter, using a TSI Condensation Nuclei Particle Counter , model 3007. The filter of polyester showed a maximum collection efficiency of 0.990. The HEPA filter demonstrated its capacity to collect particles in this size range, obtaining larger efficiencies than 0.99994. The increase of the filtration velocity, as well as the increase of the diameter of the particles resulted in smaller efficiencies in both filters, typical behavior of filters operating in the range of predominance of the diffusional mechanism. When compared to theoretical models form the literature, it was verified poor fitting. Therefore, it is suggested an adjustment to the LIU and RUBOW (1990) model, and an effective increase in the mechanism of direct interception caused by the Brownian motion was introduced. In the case of the HEPA filters, considering the observed discrepancy between theory and experiment, an approach that took into account the fiber size distribution of the filter was proposed. In both cases a sensitive improvement was verified in the adjustment of the theoretical prediction to the experimental data / A crescente escalada da poluição do ar nas últimas décadas vem causando um sensível aumento no monitoramento e no controle de emissões de material particulado na atmosfera, visando minimizar os problemas causados ao meio ambiente e à saúde humana. Particularmente, o comportamento de partículas nanométricas no ar necessita atenção especial. Os filtros de fibras, um dos métodos mais antigos de remoção de material particulado, são, em princípio, capazes de atuar nessa faixa de tamanho, mas dados sobre seu desempenho são ainda escassos. Neste trabalho estudou-se o comportamento de um filtro industrial de poliéster e de um filtro de alta eficiência (HEPA) com o intuito de avaliar o desempenho dos mesmos operando na remoção de partículas nanométricas de aerossóis. O filtro de poliéster tinha porosidade de 0,884, espessura de 4,5 mm e diâmetro de fibra de 16µm e o filtro HEPA uma porosidade de 0,920, espessura de 0,4 mm e diâmetro de fibras entre 0,075 e 2,35 µm. O aerossol de teste era composto por partículas monodispersas de NaCl, que foram obtidas a partir de um gerador de partículas Electrospray Aerosol Generator, modelo 3480, da TSI, utilizando soluções de sal nas concentrações de 0,5 a 5,0 g/L. O tamanho das partículas geradas variou de 8,4 a 94,8 nm. Para determinar este diâmetro foram obtidas imagens do Microscópio Eletrônico de Transmissão e analisadas no Programa Image Pro Plus, 3.0. O dispositivo de filtração foi construído em acrílico com área de filtração de 40 cm2. O desempenho dos filtros foi avaliado através da análise da eficiência de remoção das partículas nanométricas, através da contagem de partículas, utilizando um contador de partículas, da TSI, modelo 3007. O filtro de poliéster apresentou eficiência de coleta máxima de 0,990. O filtro HEPA demonstrou possui uma grande capacidade de coletar partículas nesta faixa de tamanho, obtendo eficiências maiores que 0,99994. O aumento da velocidade de filtração, bem como o aumento do diâmetro das partículas proporcionou queda na eficiência em ambos os filtros, comportamento típico de filtros operando na região de predominância do mecanismo difusional. Quando avaliados os modelos presentes na literatura, verificou-se que os mesmos não se ajustaram aos dados experimentais. Portanto, propôs-se um ajuste ao modelo de LIU & RUBOW (1990), considerando um aumento efetivo no mecanismo de interceptação direta causado pelo movimento Browniano. No caso dos filtros HEPA, frente à observada discrepância entre teoria e experimentos, foi proposto um equacionamento que levou em conta a distribuição de tamanho das fibras do filtro. Em ambos os casos verificou-se uma sensível melhora no ajuste da previsão teórica aos dados experimentais