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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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3847 |
| Date | 28 February 2007 |
| Creators | Steffens, Juliana |
| Contributors | Coury, José Renato |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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