Filtro Eletrostátíco de Poluição (MA070)
Publicado: Terça, 30 Dezembro 2014 10:39
Elimine as partículas de poluição em suspensão no ar ou emanadas de processos Industriais e experimentais com um filtro eletrostática muito simples e econômico. Baseado em princípios usados nos filtros de indústrias, esta versão de pequeno porte pode ser eficiente em muitos casos na eliminação de diversas formas de poluição.
Não é preciso dizer o que representa a poluição do ar, principalmente nos grandes centros urbanos onde veículos e fábricas lançam todos os dias centenas de toneladas de partículas e gases indesejáveis na atmosfera.
Pessoas sensíveis sofrem de alergias permanentes, e roupas, obras de arte, são atacadas por um processo de deterioração, isso sem falar na sujeira.
Depósitos de poluição podem ser observados nos móveis das casas junto a grandes avenidas, com uma coloração negra típica dos poluentes que respiramos sem perceber.
Como eliminar estes poluentes As preocupações têm ido desde o momento em que estes poluentes são lançados nas atmosfera até o momento em que chegam em nossas casas ou nossos narizes.
Sistemas colocados em veículos e chaminés tem se mostrado eficientes, mas são muito caros, o que impedem que possam ser usados na quantidade que seria necessária para tornar nosso ar mais respirável.
Numa escala menor, se não podemos contar com estes filtros em todas as fontes de poluição e a vida está se tornando insuportável pela sua presença ou temos de fazer uma eliminação em uma fonte nossa, uma solução consiste em se usar o filtro que descrevemos neste artigo.
Baseado no mesmo princípio dos filtros eletrostáticos usados em chaminés e mesmo em veículos, o filtro descrito tem sua eficiência comprovada com determinados tipos de partículas poluentes. o que significa que, para cada caso o usuário deve fazer experiências no sentido de verificar se ele atende as suas necessidades.
O filtro em questão "carrega" as partículas de poluição de eletricidade para depois as atrair para uma tela onde se depositam, evitando assim seu lançamento na atmosfera ou sua entrada num ambiente, (figura 1).
Figura 1 – princípio de funcionamento
Dentre as possíveis aplicações para nosso filtro, destacamos as seguintes:
Filtros para residências ou quartos evitando a entrada de poluição.
Filtros para pequenas indústrias evitando a saída de poluentes ou seu lançamento na atmosfera.
Filtros para motores pequenos, evitando o lançamento de fuligem e poluentes na atmosfera.
Filtros para câmaras de pintura evitando a saída de tinta ou do cheiro.
Evidentemente, a eficiência do sistema depende do que se pretende bloquear já que o sistema não opera em casos como gases ou em condições de grande densidade ou pressão.
Tensão de entrada: 110 V ou 220 V
Consumo: 1 a 2 watts
Tensão eletrostática: 10 a 20 kV
O princípio de funcionamento do sistema é simples: se fizermos as partículas de poluição passar por uma tela metálica dotada de uma forte carga eletrostática, esta carga se transfere para as partículas maiores que então são repelidas, (figura 2).
Figura 2 – Modo de operação
Levadas pela corrente de ar, as partículas repelidas encontram uma segunda tela de metal que é carregada com eletricidade de polaridade oposta.
O resultado é uma forte atração que acaba por prender as partículas que se acumulam e se aglomeram, caindo num reservatório ou caixa de retenção.
O ar sem estas partículas segue livremente para a atmosfera ou para o ar ambiente.
Veja que a eficiência do filtro depende da capacidade das partículas visadas em reter as cargas e também da própria tela usada.
No nosso projeto o que damos é o gerador de alta tensão que carrega as partículas e também uma sugestão de como dispor um sistema de telas para reter a poluição.
Experiências devem ser feitas em cada tipo de aplicação no sentido de obter o rendimento desejado.
O circuito básico consiste num oscilador de relaxação com uma lâmpada neon.
Temos então um resistor que reduz a corrente pelo circuito e um diodo que a retifica para que o capacitor C1 seja carregado aproximadamente com o valor de pico da rede local.
Este valor será da ordem de 150 V na rede de 110 V e 300 V na rede de 220 V.
Ao mesmo tempo, o capacitor C2 se carrega via R2 e P1 até ser atingida uma tensão da ordem de 80 V que é a tensão de disparo da lâmpada neon.
Quando isso ocorre, um forte pulso é levado à comporta do SCR que, juntamente com o enrolamento de um transformador de alta tensão fecha o circuito de descarga de C1.
O resultado é que, com o disparo do SCR, C1 se descarrega através do enrolamento primário de T1 produzindo uma alta tensão no seu secundário.
Tão logo C1 descarrega, o SCR desliga e a lâmpada neon apaga, havendo então um novo processo de carga tanto de Ct1 como de C2 para a produção de um novo pulso.
P1 é ajustado no sentido de termos uma freqüência de 1 a 20 pulsos por segundos, o que garante um bom rendimento para o aparelho.
A alta tensão do secundário do transformador, que nada mais é do que um "flyback" de televisor antigo, pode ter um valor de pico entre 8 e 20 kV, sendo então aplicada a um diodo retificador de muito alta tensão (MAT) obtendo-se com isso a carga do capacitor C3 e da tela de entrada do ar poluído.
Entre o outro pólo do sistema e a terra é ligada a segunda tela que automaticamente terá carga com polaridade oposta.
Como a finalidade do circuito é apenas manter as telas carregadas, já que as fugas partículas que "levam" as cargas é pequena precisamos de muito pouca energia para isso.
Desta forma, os pulsos na freqüência indicada representam um consumo muito baixo de energia, basicamente dado pelo valor de R1, e também pelo valor de C1.
Numa aplicação experimental em que se deseja maior potência (dado o tamanho das telas ou o fluxo de poluentes), podemos reduzir R1 para 1 k Ω (110 V) ou mesmo 2,2 k Ω (220 V) e aumentar C1 para valores até 30 µF.
Neste caso o resistor deve ser de fio de 10 W.
O baixo consumo, da ordem de alguns watts, permite que o aparelho permaneça ligado permanentemente sem que haja um apreciável aumento na conta de energia.
Na figura 3 temos o diagrama completo da parte eletrônica do filtro eletrostática.
Figura 3 – Diagrama do filtro
Os componentes podem ser instalados numa placa de circuito impresso ou em ponte de terminais conforme mostra a figura 4.
Figura 4 – Montagem em ponte de terminais
O resistor R1 é de fio. Os valores dependem da tensão da rede. No diagrama, os valores indicados entre parênteses são para a rede de 220 V.
Os demais resistores são de 1/8 W ou 1/4 W e P1 tanto pode ser um trimpot como um potenciômetro, dependendo da aplicação.
O diodo D2 pode ser qualquer diodo retificador de muita alta tensão (MAT) de televisão como o TV-18 ou equivalente.
T1 é um flyback de qualquer televisor. Devemos enrolar 8 a 12 espiras de fio comum na parte inferior do núcleo conforme mostra a figura 5, de modo a termos o primário.
Figura 5 – Enrolando a bobina
O capacitor C1 pode ser eletrolítico ou de poliéster com os valores na faixa indicada.
A tensão de trabalho deve ser de pelo menos 200 V se a rede for de 110V e pelo menos 400 V se a rede for de 220 V.
Dada a baixa potência da operação, o SCR não precisará de radiador de calor.
C3 é um pequeno capacitor feito com uma chapa de vidro de 2 a 4 mm de espessura e de 10 x 10 cm de lado.
Duas folhas de alumínio de 7 x 7 cm são colocadas uma em cada face da folha de vidro de modo a formar as armaduras.
A lâmpada neon é comum NE-2H ou equivalente e o fusível de 1 A deve ser montado em soquete apropriado.
A parte mecânica do aparelho admite variações.
Tanto podemos montar a parte eletrônica numa caixa e levar a alta tensão até as telas por um fio extenso (não maior que 3 metros) como podemos montar o conjunto num local único.
Para instalação remota das telas devemos usar cabo especial de alta tensão.
Estas telas podem ter até 40 x 40 cm e devem ficar separadas por uma distância de 4 cm aproximada- mente, para que não saltem faíscas entre elas (figura 6).
Figura 6 – Posicionamento das telas
A ligação à terra pode ser feita em qualquer objeto metálico que tenha contato com o solo.
A tela interna, não aterrada fica submetida a uma tensão de milhares de volts e portanto pode causar choques perigosos se tocada.
Esta tela deve ser devidamente protegida contra contatos acidentais.
Comprovada a presença de alta tensão podendo pensar na montagem das telas que devem estar bem isoladas, principalmente a que vai ligada a C2.
O ventilador se utilizado pode ser ligado juntamente com o aparelho, utilizando-se um interruptor único.
Evidentemente os resultados finais dependem de experiências já que os casos podem variar tanto quanto as substâncias poluentes predominantes e a sua quantidade.
Algumas observações podem entretanto ser úteis para os leitores interessados neste projeto.
Uma delas refere-se ao fato de que uma pequena porção de cargas pode passar pelas telas ionizando assim o ar. Invertendo-se o diodo teremos uma ionização negativa que, conforme comprovado, parece ter um bom efeito sobre as pessoas, "relaxando-as".
Outra característica interessante do aparelho é que o ruído ou chiado que ouviremos na tela indicando o escape de cargas, pode também causar a produção de ozônio, que possui uma ação bactericida e, portanto, purificadora do ar, eliminando cheiros desagradáveis.
Em alguns casos o aparelho pode até ajudar na eliminação de odores desagradáveis, o que depende evidentemente da substância.
As telas são isoladas da rede pelo transformador, mas mesmo assim devemos tornar muito cuidado com a instalação do sistema.
A passagem do ar pelas telas pode ser natural ou forçada.
Na figura 7 temos uma sugestão de sistema com ventilação forçada que pode ser usado para eliminar a poluição (partícula sem suspensão) do ar que entra num local.
Figura 7 – Ventilação forçada
Para testar o aparelho não será preciso instalar as telas. Basta ligar a unidade e ajustar P1. A lâmpada neon deve acender e devemos ouvir um chiado no flyback que caracteriza o escape da alta tensão.
Aproximando um faiscador deste flyback devemos observar uma centelha, conforme mostra a figura 8.
Figura 8 – Teste de funcionamento
Este faiscador vai servir para encontrarmos qual das tomadas tem a centelha maior e portanto vai ser usada para conexão à terra no circuito de alta tensão.
Ajustando P1 temos um ponto em que as faíscas são maiores.
Lembramos que nas condições médias, uma faísca de 1 cm representa aproximadamente 10 000 volts.
Na figura 9 damos uma versão de gerador de alta tensão que pode ser usado em aplicações móveis num filtro com o mesmo princípio de funcionamento.
Figura 9 – Gerador alternativo
O enrolamento do primário do flyback terá 12 + 12 espiras de fio comum e o trimpot deve ser ajustado para máximo rendimento.
Este circuito exige correntes entre 300 e 800 mA o que significa pois uma potência consumida maior do que a versão alimentada pela rede.
SCR - TIC106B (110 V) ou TIC 106 D (220 V) - diodo controlador de silício
D1 - 1N4004 (110 V) ou 1N4007 (220 V) - diodo de silício
D2 - TV-18 - diodo retificador de muito alta tensão
F1 – 1 A - fusível
P1 - 1 M Ω - trimpot ou potenciômetro
T1 - flyback de TV comum
R1- 4,7 k Ω a 10 k Ω x1/8 W – resistor de fio (110 V) ou 10 M Ω a 22 k Ω x 10 W - resistor de fio (220 V)
R2 - 100 k Ω - resistor (marrom, preto, amarelo)
R3 - 10 k Ω - resistor (marrom, preto, laranja)
C1- 2,2 µF a 10 µF (200 V se a rede for de 110 V e 400 V se a rede for de 220 V) - capacitor eletrolítico ou poliéster
C2 - 100 nF - capacitor de poliéster
C3 - capacitor de filtro - ver texto
Diversos: placa de circuito impresso ou ponte de terminais, telas, cabo de alimentação, suporte para o fusível, botão para P1 se potenciômetro, material para parte mecânica, caixa para montagem, tios, solda, etc.