O documento descreve o desenvolvimento de um protótipo de precipitador eletrostático tubular para filtrar partículas no ar em ambientes internos e industriais. O precipitador utiliza um campo elétrico gerado por um fio central carregado positivamente para ionizar moléculas de gás e carregar partículas, que são então atraídas para tubos condutores circundantes com cargas opostas.

1. ga negativa, é repelida do tubo central e colide com as
partículas de fumaça no ar, carregando-as negativamente.
Várias moléculas, com carga negativa, podem ser necessárias
para carregar a partícula de fumaça até que a partícula desvie
as linhas de campo do campo elétrico e, finalmente, seja
empurrada para o cilindro externo.
As partículas de fumaça, porém, têm um limite de quanta
carga negativa podem receber, chamado de carga de
saturação. Partículas maiores acomodam mais carga, sendo,
portanto, empurradas com mais força e mais velocidade do fio
do que partículas menores, embora a massa destas seja
menor. Porém, partículas menores que 0,1 µm possuem um
mecanismo de carregamento um pouco diferente. A colisão
com estas partículas se dá através do movimento aleatório
das moléculas de gás carregadas causado pela temperatura.
Após colidirem com o cilindro externo, as partículas de fumaça
ficarão presas a este e entre si devido ao seu formato
irregular. Depois de certo tempo de funcionamento, uma
camada de poeira se formará nas paredes internas do cilindro
o nas paredes do fio interno, que pode ser removida com um
jato de água por exemplo.
RESULTADOS E DISCUSSOES
No precipitador eletrostático Devido a aleatoriedade das
partículas de fumaça, com relação à tamanho, carga elétrica
de saturação da partícula, que são características específicas
de cada partícula, não é possível determinar, com precisão, a
força que será exercida em cada molécula tampouco a
energia necessária para deslocá-las até as paredes do ducto
do protótipo. Porém, de acordo com a teoria desenvolvida,
podemos concluir que quanto maior o campo elétrico, mais
moléculas de gás serão ionizadas, mais elétrons livres serão
formados e mais partículas de fumaça serão carregadas e
empurradas com maior velocidade. Portanto, o campo elétrico
deve ser tão grande quanto possível. O fator limitante para o
campo elétrico é a tensão dielétrica de ruptura do ar, ou seja, a
máxima tensão a partir da qual o ar deixa de ser isolante e
passa a ser condutor. Se o campo elétrico for muito intenso, a
tensão formada entre o fio e as paredes do ducto do
equipamento poderá ultrapassar a tensão dielétrica do ar,
causando uma fagulha entre o fio e o ducto, que, por sua vez,
irá descarregar o fio e interromper o campo elétrico. Se o
campo elétrico não for intenso o suficiente, não haverá
descarga corona ou pouca fumaça será precipitada. Se for
intenso demais, ocorrerão muitas fagulhas e a eficiência do
sistema será reduzida. Sendo assim, é preciso melhorar o
contato do ar com as placas e evitar caminhos preferenciais
para o gás, pois assim o ar poluído não será completamente
limpo.
CONCLUSAO
Os precipitadores eletrostáticos já são bastantes utilizados em
industrias pois este é um eficiente método de filtragem do ar.
O aparelho pode ser usado como equipamento industrial na
coleta de material particulado de gases de exaustão. A
metodologia consiste em carregar eletrostaticamente as
partículas e depois capturá-las por atração eletromagnética, e
levando sempre em conta o custo e benefício, não
esquecendo da eficiência do equipamento.
O poluente, quando eletrostaticamente precipitado e coletado,
pode ser eliminado de forma correta em um aterro químico,por
exemplo evitando assim a poluição contínua do meio
ambiente.
INTRODUÇÃO
Atualmente o assunto que mais vem sendo discutido é a
tendência mundial de zelar pela saúde do planeta, por
conseqüência da poluição ambiental causada pelo próprio
homem. poluição do ar entra em discussão por emissão de
gases na atmosfera, a filtragem do ar vem sendo uma solução
que tenta reduzir estes danos causados pela fuligem e
fumaças toxicas ou até de nevoas de tintas em cabines de
pintura lançados na atmosfera. A filtragem de ar é um dos
itens mais avaliados em inspeções a fabricas, cozinhas,
usinas, metalúrgicas e outras empresas que por sua atividade
produzam fumaça ou gases nocivos tornando assim a
filtragem de ar um dos itens de extrema importância para a
descontaminação ambiental, já vem sendo utilizado vários
tipos de filtros como os filtros de ar de carbono, ozonizadores
de ar ou até mesmo os famosos condicionadores de ar que
também faz a filtração de partículas de poeira no ar.
Hoje em qualquer início de negocio é de extrema importância
a redução de custos, então o projeto incide na produção de
precipitador eletrostático do formato tubular ou tubo-fio, Os
precipitadores tubulares são constituídos de um fio central
(eletrodo de descarga) e um cilindro externo (eletrodo de
coleta), ambos de material condutor. O fio é carregado
eletricamente e o cilindro externo recebe e coleta as partículas
carregadas pelo fio. Trata-se de um precipitador de um
estágio, que necessitam alta voltagem, de ordem kV/m. Já os
de dois estágios utilizam uma menor voltagem e carregam as
partículas positivamente, para serem coletadas em eletrodos
carregados negativamente. Quanto a temperatura de
operação do dispositivo trata-se de um precipitador frio,
utilizados desde ambientes domésticos a industriais que
operem à uma temperatura relativamente baixa. Como o
dispositivo do projeto irá trabalhar em ambientes domésticos
não há necessidade de limpeza contínua e, portanto, serão
utilizados precipitadores secos, que podem utilizar filtros ao
redor do eletrodo de coleta para coletar os resíduos. E como
resultado final o protótipo será testado com a finalidade de
obter a filtragem do determinado microclima escolhido.
Helen Cristina de Aragão Bomfim(helen-bomfim-@hotmail.com), Marcel Santos de Oliveira(marcelpuraquimica@gmail.com), André Vieira
Cabussú(cabussu.47@gmail.com)
Orientador: Marcio Costa Pinto da Silva(marcio.silva@pro.unifacs.br)
Precipitador Eletrostático
EXPERIMENTAL
O funcionamento do filtro depende de um campo elétrico na
ordem de KV/m originado no interior do filtro, capaz de
ionizar partículas do ar ao seu redor e transportá-las para as
paredes internas do filtro. A magnitude do campo elétrico
está diretamente relacionada com a DDP (Diferença De
Potencial) entre o interior do filtro e suas paredes. Assim,
vamos definir fisicamente as teorias por trás disto:
3.1.1. Carga Elétrica
Um corpo possui carga elétrica quando a soma de todas as
cargas elétricas positivas e negativas não for nula ("Carga
líquida"). A carga elétrica de um corpo é medida em
Coulomb(C) e pode ser positiva ou negativa.
A carga elétrica elementar é a carga elétrica de um elétron:
3.1 Campo Elétrico
Qualquer carga elétrica líquida cria um campo elétrico ao
seu redor, observado pela força elétrica que esta exerce em
outras cargas elétricas nas proximidades. Assim, podemos
definir o campo elétrico como a razão entre a força elétrica
exercida sobre uma carga de teste e o valor dessa carga.
RESUMO
Desenvolvimento de um protótipo de um precipitado eletrostático tubular para ser utilizado em lugares expostos a grande quantidade de fumaça ou partículas suspensas podendo ser usado em
industrias e também para uso doméstico com a finalidade de melhorar a qualidade do ar e reduzir o efeito do espelhamento solar e consequentemente reduzindo a incidência de enfermidades
respiratórias.
Uma carga elétrica puntiforme, por exemplo, gera um campo
elétrico da forma:
Onde k é a constante dielétrica do meio, q a carga que gerou este
campo elétrico e d a distância ao corpo.
Mas, no protótipo em questão neste projeto, o campo elétrico será
gerado por um fio retilíneo de pequena espessura. Para calcular o
campo elétrico gerado por um fio, necessitamos da Lei de Gauss,
que associa o fluxo do campo elétrico em uma superfície, que
passa pelo ponto onde se deseja calcular o campo elétrico, com a
carga interna à superfície, para corpos com simetria simples, como
é o caso de um fio. A lei de Gauss é definida como:
Onde E0 é a permissividade elétrica do vácuo, q a carga elétrica
do corpo que gerou este campo e A a área da superfície que
envolve o condutor que se está estudando, à uma distância r
deste. Para um fio, tem-se uma superfície lateral aproximadamente
igual a um cilindro, o que gera um campo elétrico
aproximadamente constante ao longo deste. Não é necessário
considerar as superfícies superiores e inferiores do cilindro pois,
nestas superfícies, o campo elétrico incide paralelamente, não
havendo fluxo de campo elétrico através da superfície. Assim:
Onde l é o comprimento do fio. Resolvendo esta integral, podemos
encontrar o campo elétrico à uma distância r do fio:
3.2 Força Elétrica:
De posse do campo elétrico, definido e calculado para um fio,
podemos obter a força elétrica a partir do produto entre este e a
carga elétrica q, de uma partícula que se encontra dentro do ducto:
Substituindo E, temos:
3.3 Ionização do ar e carga das partículas:
A repulsão das partículas da fumaça se dará através da força
elétrica que, como se pode observar acima, supõe uma partícula
carregada eletricamente. Esta carga advém da ionização do ar. No
caso do dispositivo (filtro eletrostático), um fio condutor central de
cobre será carregado eletricamente com carga positiva, e terá um
tubo de cobre ao redor do fio que será carregado com carga
negativa e um outro tubo mais externo que também deverá ser de
cobre com carga positiva gerando um forte campo elétrico( o cobre
vai ser utilizado por sua facilidade de arrancar elétrons de sua
superfície) . O campo elétrico gerado deve ser forte o suficiente
para causar uma descarga corona, que gera elétrons livres nas
proximidades do tubo do meio, os quais rapidamente são repelidos
pelo campo elétrico. Estes elétrons adquirem uma alta velocidade
devido a pequena massa, e são arremessados em moléculas de
gás que estão em seu caminho. Devido ao impacto em alta
velocidade, as moléculas de gás formam ions.
. Após a colisão,os elétrons continuam em alta velocidade,
afastando-se do tubo de cobre central, colidindo com mais
moléculas de gás, formando então ions contínuos e, enquanto os
íons negativos são atraídos para o fio central e o tubo mais
externo, até onde o campo elétrico torna-se menos intenso. Com a
redução da intensidade do campo elétrico, a velocidade dos
elétrons livres diminui e, então, quando colidem com moléculas de
ar,ao invés de expulsar outro elétron da molécula,o elétron junta-se
a ela, transformando-a em um íon. Esta molécula,de posse de car-