Estudo Do Desempenho De Um Analisador De Mobilidade Elétrica De Nanopartículas

Abstract

RESUMO -Analisador de Mobilidade Elétrica (DMA) consiste em um equipamento utilizado para classificar nanopartículas polidispersas de aerossóis de acordo com a mobilidade elétrica das mesmas, produzindo correntes monodispersas. Tubos concêntricos estão dispostos no sistema de maneira que um eletrodo central é energizado por uma fonte de alta tensão ao passo que um cilindro externo permanece aterrado, produzindo um campo elétrico na região anular. A geração de nanoaerossóis monodispersos é de grande importância, dentre outros aspectos, para a calibração de equipamentos de alta precisão e testes de padronização de filtros de alta eficiência. O presente trabalho consistiu em avaliar o desempenho de um DMA projetado e construído para esta finalidade, utilizando-se de cinco concentrações distintas de NaCl para análise. Os resultados obtidos mostraram a influência da concentração de sal na quantidade de nanopartículas presentes no aerossol de entrada, sendo que os resultados encontrados para as correntes de aerossol monodisperso e de excesso mostraramse promissores, da mesma forma que o balanço proposto foi bem representativo. INTRODUÇÃOCom a intensa industrialização, a geração de efluentes e resíduos sólidos aumentou drasticamente nas últimas décadas, sendo de suma importância gerir de maneira mais sustentável os processos de transformação, o que tem garantido a diminuição de impactos e a redução da emissão de materiais particulados na natureza.Quando se fala em material particulado no ambiente, logo surge a definição de aerossol. Aerossóis são constituídos basicamente por partículas suspensas em correntes gasosas. Quando são encontrados na faixa nanométrica são formados por processos químicos, físicos e/ou biológicos. A importância das nanopartículas para aplicações tecnológicas é crescente nos últimos anos, sendo encontradas em diversos campos, incluindo materiais de síntese, biotecnologia, produção de semicondutores, produtos farmacêuticos, nano-compósitos e cerâmicos.A classificação eletrostática de aerossóis é o processo pelo qual as partículas de aerossol são separadas em classes de acordo com a sua mobilidade elétrica. Segundo Knutson e Whitby (1975), esta classificação de aerosol tem uma longa história de aplicações, começando com os estudo de eletricidade atmosférica entre meados dos séculos XIX e XX.Foi nos anos 60 que a técnica foi usada para analisar as distribuições de tamanho de aerossóis e os primeiros analisadores de mobilidade foram comercializados (exemplo: Analisador de Aerossol Whitby) (Whitby e Clark, 1966).

Modelagem matemática da separação de nanopartículas em campo elétrico

“…É importante destacar que a condição de regime laminar é primordial para chegar-se a Equação 2.5 e é fundamental para o desempenho eficiente de qualquer classificador de mobilidade elétrica, de modo que as trajetórias das partículas sejam precisamente determinadas. Em regime turbulento, o equipamento não operaria de modo eficaz, pois não haveria o deslizamento do fluido, acarretando a ressuspensão de partículas (Camargo, 2015).…”

“…Segundo Dalcin (2013), este modelo consiste em uma aproximação da teoria de Fuchs para partículas menores que 70 nm e da solução de analítica de Gunn para partículas maiores que 70nm. Assim, ele é utilizado para predizer a distribuição de cargas no estado estacionário dos carregadores comerciais (Camargo, 2015). Sua fórmula analítica é dada pela Equação 2.14 (Dalcin, 2013): (Vivas, 2007).…”

“…Este equipamento pode ser utilizado no estudo de partículas atmosféricas, de nucleação ou condensação, de toxicologia por inalação, síntese de materiais, medição da qualidade do ar, monitoramento ambiental de nanopartículas, entre outros (Flagan, 2008;Ferreira et al, 2012). Do ponto de vista matemático, embora a literatura apresente estudos de caso envolvendo a aplicação do DMA, pouco se sabe sobre a modelagem da separação da corrente de aerossol polidisperso e, consequentemente, da corrente monodispersa (Camargo, 2015).…”