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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).
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