Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29052
ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-4490-3992
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática da separação de nanopartículas em campo elétrico
Alternate title (s): Mathematical modelling of nanoparticles separation in eletric field
Author: Borges, Lucas Camargos
First Advisor: Arouca, Fábio de Oliveira
Second Counselor: Lobato, Fran Sérgio
First member of the Committee: Damasceno, João Jorge Ribeiro
Second member of the Committee: Souza, Davi Leonardo de
Third member of the Committee: Lobato, Fran Sérgio
Summary: Nas últimas décadas, tem sido observado um interesse crescente no estudo de nanotecnologia aplicada a sistemas de engenharia e áreas afins. Isto se deve às inúmeras aplicações que podem ser desenvolvidas, dentre as quais pode-se citar o emprego nas indústrias químicas e farmacêuticas, em processos de separação e em diferentes campos da medicina. Assim, caracterizar uma corrente de nanopartículas (NPs) no que tange a sua distribuição de tamanho de partícula é de fundamental relevância para que se possa entender como estas podem interferir no cotidiano das pessoas. Para esta finalidade, um dos equipamentos utilizados é Analisador de Mobilidade Elétrica (do inglês Differential Mobility Analyzer, DMA). De forma geral, o DMA baseia-se na técnica de mobilidade elétrica, a qual consiste em separar partículas carregadas com uma determinada carga ao atravessar um campo elétrico específico. Assim, para cada tamanho de partículas percorrendo o equipamento, uma diferente trajetória é observada, sendo que somente as partículas com uma determinada faixa de tamanhos serão coletadas na fenda de classificação do DMA, obtendo uma corrente de aerossol monodisperso, a partir de uma corrente polidispersa na entrada do equipamento. Diante do que foi apresentado, o objetivo principal deste trabalho é propor uma metodologia sistemática para a caracterização da corrente de aerossóis na entrada de dois equipamentos DMAs, projetados e construídos na FEQUI/UFU, via formulação e resolução de um problema inverso usando o algoritmo de Evolução Diferencial (ED). Para isto, foram considerados os resultados experimentais reportados por Gomes (2018) e Camargo(2019) para diferentes concentrações salinas no aerossol polidisperso, os quais foram avaliados utilizando metodologias presentes na literatura, bem como novas abordagens propostas neste estudo. Os resultados obtidos mostraram que os dispositivos DMAs utilizados puderam ser tratados a partir dos modelos propostos, identificando o potencial destes equipamentos para serem adotados como alternativa a equipamentos comerciais; bem como o potencial de convergência da ferramenta ED para uma mesma solução a partir de diferentes inicializações. Além disso, um dos modelos adotados foi capaz de estimar a distribuição de tamanhos de partículas para uma dada concentração intermediária no aerossol de entrada a partir das informações de outras duas concentrações.
Abstract: In recent decades, has been a growing interest in study of nanotechnology applied to engineering systems and related fields. This is due to numerous applications that can be developed, including employment in chemical and pharmaceutical industries, in separation processes and in different fields of medicine. Thus, characterizing a nanoparticle stream with respect to its particle size distribution has fundamental importance in order to understand how they may interfere with people's daily lives. For this purpose, one of the used devices is the Differential Mobility Analyzer (DMA). In general, DMA is based on electric mobility technique, which consists in separating charged particles with a certain charge when crossing a specific electric field. Thus, for each particle size running through the equipment, a different profile is observed, and only particles with a certain size range will be collected in the DMA classification slit, obtaining a monodisperse aerosol stream from a polydisperse stream at the equipment entrance. The main objective of this study is to propose a systematic methodology for the characterization of the aerosol flow at entrance of two DMAs equipment, designed and built at FEQUI/UFU, by formulating and solving an inverse problem using the Differential Evolution (DE) algorithm. For this, the experimental data reported by Gomes (2018) and Camargo (2019) for different saline concentrations in polydispersed aerosol were considered, which were treated using methodologies present in literature, as well as new approaches proposed in this study. The results showed that the DMA devices used could be treated by the proposed models, identifying the potential of these devices to be adopted as an alternative to commercial equipment; as well as the convergence potential of the DE tool for the same solution from different runs. In addition, one of the adopted models showed the ability to estimate the particle size distribution for a given inlet aerosol intermediate concentration from information of two other concentrations.
Keywords: Analisador de Mobilidade Diferencial (DMA)
Differential Mobility Analyzer (DMA)
Classificação de partículas
Particle classification
Evolução diferencial
Differential evolution
Modelos lineares e não lineares
Linear and nonlinear models
Parameters prediction
Parameters prediction
Engenharia química
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: BORGES, Lucas Camargos. Modelagem matemática da separação de nanopartículas em campo elétrico. 2020. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.256
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.256
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29052
Date of defense: 28-Feb-2020
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