1 Diseño de un clasificador de nanopartículas (DMA) a gran escala Alfredo Azabal Agudo

22 ÍNDICE Introducción Antecedentes Motivación Objetivo Fases del proyecto Estudio de DMAs existentes Diseño conceptual Diseño fluido-dinámico Diseño mecánico Elaboración de planos

33 Introducción ¿Qué es un DMA? Movilidad eléctrica Movilidad crítica Resolución

44 Antecedentes DMAs en el mercado Cilíndrico Radial Rectangular (RAMEM S.A.) Características DMAs actuales q ≤ 5L/min (  1-2L/min) Q ≤ 30L/min (  10-20L/min) V ≤ 10kV R = 10 (d p > 10nm) d p = 3-100nm

55 Motivación Con caudales de aerosol actuales (q = 1L/min) Nanomateriales: propiedades funcionales (mecánicas, ópticas, eléctricas y magnéticas) muy superiores a las de los materiales convencionales. Necesidad de tamaño de partícula bien definido. Tiempos de preparación de varios días. Inviable la producción masiva de nanomateriales. Con caudales de aerosol q = 100L/min Tiempos de preparación de horas.

66 Objetivo del Proyecto (I) Diseño mecánico de un prototipo de DMA rectangular de las siguientes características q = 100L/min Q = 1000L/min R = 10 (d p < 5-50nm) V ≤ 35kV

77 Instalación experimental para la generación de aerosoles monodispersos Objetivo del Proyecto (II)

8 Equipo a diseñar Objetivo del Proyecto (III) Entrada sheathSalida sheathZona de clasificación Entrada aerosol Salida aerosol

99 Fases del Proyecto (I) 1. Diseño Conceptual Definir las dimensiones de la zona de clasificación (ZC) q Q ΔzΔz ΔyΔy q Q ΔxΔx V z y x ss ss Q = 1000L/min q = 100L/min

10 2. Diseño Fluidodinámico Identificar geometrías que cumplan Óptima transición de sección circular (tubería) a rectangular (ZC). Flujo unidireccional y uniforme del sheath y del aerosol a la entrada y a lo largo de la ZC. Flujo laminar y estacionario en la ZC. Resultados Gráficas de las componentes de velocidad. Fases del Proyecto (II)

11 Entrada sheath Distribución cilindros Y X Z Q (Re=20000) Zona de trabajo Q (Re=2000) 630mm 550mm Q

12 Entrada sheath Distribución óptima Diámetros: 100/200mm 14 ranuras circunferenciales espesor: 2.5mm Convergencia de 100mm F 0 =6% 45 mm 630mm 550mm 55 mm

13 Filtro entrada y salida sheath L = 650  o = 175  i = 110

14 Entrada sheath Resultados Y=0

15 Salida sheath Dos tubos concéntricos, filtro y cambio de sección. Tubo interior: 14 ranuras de 20mm. Ventajas: Similar a entrada. Diámetro 200mm No debe perturbar zona de trabajo 630mm 430mm 100mm

16 Salida sheath Resultados Z=10cm Z=35cm

17 Entrada aerosol DMA Distribuidor gas Sheath Cilindros Convergencia Distribuidor 30º Ranura entrada Aerosol q Q

18 Entrada aerosol Configuración óptima Cilindro interior Diámetro 40mm Ranuras circunferenciales  46 ranuras de 5mm F 0 =51% Cilindro exterior Diámetro 60mm Ranura 450x20mm q q 480mm

19 Entrada aerosol Resultados z=0

20 Salida aerosol Un solo tubo y cambio de sección Ventajas: Similar a entrada. Diámetro 60mm No debe perturbar zona de trabajo

21 Salida aerosol Resultados Z=10cmZ=35cm

22 Fases del Proyecto (III) 3. Diseño Mecánico: Estanqueidad (vacío  mbar) Fácil de fabricar y ensamblar Ligero y poco voluminoso Buenas tolerancias en la ZC (1%  s, 0.035mm) Uniones rígidas CUIDADO!! Salto eléctrico: Resistencia eléctrica aire:  15 KV/cm Si se supera: ARCO ELECTRICO Fases del Proyecto (III)

23 Diseño mecánico Entrada sheath salida sheath Entrada aerosol salida aerosol HV feedthrough

24 Entrada sheath ISO CF DN 100 ISO CF DN 200 ISO CF DN 200 L = 644  o = 230  i = 210 L = 665  o = 110 e= 1.5mm Ranuras entrada N = 14  = 2.5 mm centering ring (comercial) centering ring (comercial)

25 Unión ISO-LF

26 Salida sheath ISO CF DN 100 ISO CF DN 200 ISO CF DN 200 L = 644  o = 230  i = 210 L = 665  o = 110 e=1.5mm Ranuras salida N = 14  = 20 mm centering ring (comercial) centering ring (comercial)

27 Entrada aerosol

28 Entrada aerosol soldadura ISO LF DN 63 L = 524  o = 85  i = 70 L = 545  o = 50 ranuras N = 46  = 5 mm centering ring (comercial) centering ring (comercial) ISO LF DN 63 Junta tórica  = 5 ISO LF DN 63 M5

29 Salida aerosol

30 Salida aerosol soldadura ISO LC DN 63 L = 524  o = 85  i = 70 centering ring (comercial) centering ring (comercial) ISO LC DN 63 Junta tórica  = 5 ISO LC DN 63 M5

31 Soldadura aerosol Cordón soldadura

32 Zona de clasificación Soldado al cilindro exterior de la entrada del sheath Roscado a la entrada del aerosol Soldado al cilindro exterior de la salidadel sheath

33 Zona de clasificación Roscado a la salida del aerosol Conexión de alta tensión

34 Pasamuros de alta tensión y vacío CONEXIÓN ISO- KF

35 Zona de clasificación PET granito electrodo AT Electrodo a tierra contracción expansion Pasamuros AT marco TP BP LP RP TP BP LP RP

36 Zona de clasificación PET Granito Electrodo

37 Zona de clasificación

38 Zona de clasificación

39 Zona de clasificación Malla para uniformizar fllujo

40 Soldadura entre marco y cilindros cilindro 10 marco 10 Cordón soldadura

41 Gracias por su atención