ES2206019B1

ES2206019B1 - Procedimiento para la mejora de la resolucion del analizador diferencial de movilidad electrica mediante el intercambio de los flujos de entrada.

Info

Publication number: ES2206019B1
Application number: ES200200856A
Authority: ES
Inventors: Manuel Alonso Gamez; Francisco Jose Alguacil Priego
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2005-07-16
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: ES2206019A1

Abstract

Procedimiento para la mejora de la resolución del analizador diferencial de movilidad eléctrica mediante el intercambio de los flujos de entrada de aerosol y de gas transportador, de forma que el primero se alimenta por la boca de entrada cercana al electrodo interior, y el segundo por la boca de entrada más próxima al electrodo exterior.

Description

Procedimiento para la mejora de la resolución del analizador diferencial de movilidad eléctrica mediante el intercambio de los flujos de entrada.

Sector de la técnica

La presente invención se encuadra en los sectores de las tecnologías de materiales y medioambientales.

Estado de la técnica

El analizador diferencial de movilidad eléctrica (DMA) es un instrumento ampliamente utilizado en el campo de Ciencia y Tecnología de Aerosoles para la clasificación y extracción, en modo continuo, de una fracción de partículas de tamaño deseado. En combinación con un contador de partículas, el DMA permite medir la distribución de tamaños de partícula para partículas submicrónicas.

Para partículas de diámetro superior a 0.05 \mum, el DMA ha demostrado ser un aparato de medición extremadamente fiable, versátil y con un gran poder de resolución. Sin embargo, cuando las partículas que se pretenden clasificar son más pequeñas, la alta difusividad de las mismas hace que en la corriente de salida del aerosol clasificado aparezcan partículas con diámetros situados fuera del intervalo nominal de diámetros correspondientes a unas determinadas condiciones de operación, deteriorándose, así, el poder de resolución del instrumento.

En la presente patente de invención se introduce una mejora en el diseño operativo del DMA, que permite reducir considerablemente el deterioro del poder de resolución del DMA.

El DMA convencional consta de dos cilindros coaxiales (electrodos), el exterior conectado a tierra, y el interior a una fuente de alto voltaje de corriente continua y una determinada polaridad. El instrumento consta de dos entradas, una próxima al electrodo exterior por la que se alimenta el aerosol a analizar, y otra próxima al electrodo interior, por la que se introduce una corriente de aire limpio y seco que arrastra a las partículas hacia las salidas del aparato. Asimismo, el DMA consta de dos salidas, una cercana al electrodo interior para la salida de la fracción de aerosol conteniendo partículas del tamaño deseado, y otra salida cercana al electrodo exterior para el resto del aerosol mezclado con el sobrante de aire limpio. Al aplicar una determinada diferencia de potencial entre los electrodos, sólo las partículas de una determinada movilidad eléctrica (función precisa del diámetro de partícula) salen por la boca de clasificación, mientras que el resto lo hacen por la otra boca de salida.

La trayectoria de las partículas entre los electrodos viene determinada, fundamentalmente, por su diámetro (o movilidad eléctrica) y por la intensidad del campo eléctrico aplicado. Sin embargo, en el caso de partículas nanométricas, menores de unas 0.05 \mum, existe un movimiento browniano adicional no despreciable, superpuesto al movimiento determinista impartido por el campo. Ello hace que las partículas se desvíen aleatoriamente de su trayectoria determinista y alcancen el electrodo interior a valores de la coordenada axial distribuidos alrededor de un cierto valor medio. La varianza de dicha distribución es una medida del poder de resolución del DMA: a menor varianza, mayor resolución. La varianza \sigma^{2}_{C} en el DMA convencional viene dada aproximadamente por la
expresión

(1)\sigma^{2}_{C}\approx 2D\zeta[exp(t/\zeta)-1],

donde D es el coeficiente de difusión de las partículas clasificadas, t su tiempo medio de residencia en el DMA, y

(2)\zeta = \frac{R^{2}_{2}1n(R_{2}/R_{1})}{2ZV}

En la ecuación (2), R_{1} y R_{2} son, respectivamente, los radios de los electrodos interior y exterior, Z es la movilidad eléctrica de las partículas clasificadas, y V la diferencia de potencial aplicada entre los electrodos.

Descripción de la invención

El DMA mejorado, objeto de la presente patente de invención, presenta un diseño geométrico igual al del convencional. La diferencia consiste en que en este nuevo diseño el aerosol a analizar es alimentado al instrumento por la boca de entrada más próxima al electrodo interior, mientras que el aire transportador seco y limpio se introduce por la boca cercana al electrodo exterior, tal y como muestra el esquema de la Figura única.

Descripción detallada de la invención

Según el nuevo diseño del DMA, las partículas se mueven en la dirección del electrodo exterior, es decir, en sentido contrario al que tiene lugar en el DMA convencional. La mejora de la resolución en el nuevo diseño es consecuencia de que en éste las partículas se mueven en la dirección de valores descendentes del campo eléctrico, de forma que las partículas que, debido a la dispersión browniana, quedarían rezagadas de las que les preceden, poseen una mayor velocidad determinista y pueden, por tanto, reducir paulatinamente la distancia que las separa de éstas. Así, la dispersión puede ser minimizada y el poder de resolución, por tanto, aumentado. En efecto, la varianza de la distribución de posiciones en el DMA mejorado viene dada por

(3)\sigma^{2}_{M}\approx 2D\zeta[1-exp(-t/\zeta)].

De la comparación entre las ecuaciones (1) y (3), resulta

(4)\frac{\sigma^{2}_{M}}{\sigma^{2}_{C}}=exp[-\frac{1-(R_{1}/R_{2})^{2}}{1+(q_{a}/q_{c})}],

donde q_{a} y q_{c} son, respectivamente, los caudales de entrada de aerosol y aire limpio al DMA.

Descripción detallada de los dibujos Figura única

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 A1 \+ = \+ flujo de entrada del aerosol a analizar\cr  A2 \+ = \+
flujo de salida del aerosol clasificado\cr  T1 \+ = \+ flujo de
entrada del aire transportador\cr  T2 \+ = \+ flujo de salida del
aire transportador\cr  EI \+ = \+ electrodo interior\cr  EE \+ = \+
electrodo
exterior\cr}

Ejemplo 1

Normalmente, el DMA opera con una relación de caudales q_{a} /q_{c}, de 0.1. Las dimensiones típicas de los radios de los electrodos son R_{1} = 1 cm y R_{2} = 2 cm. Para estos valores, la ecuación (4) conduce a \sigma^{2}_{M}/\sigma^{2}_{C} = 0.5. Por tanto, en este caso, el intercambio de flujos de aerosol y aire limpio (DMA mejorado) permite duplicar el poder de resolución del instrumento.

Claims

1. Procedimiento para la mejora de la resolución del analizador diferencial de movilidad eléctrica (DMA) que se caracteriza por el intercambio de los flujos de entrada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por permitir variaciones en el diseño geométrico y materiales de construcción del DMA modificado.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, que se caracteriza porque el aerosol a analizar se alimenta al DMA por la entrada más próxima al electrodo interior.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 y 3, que se caracteriza porque la corriente gaseosa transportadora se alimenta al DMA por la entrada más próxima al electrodo exterior.