Ș.l. fiz. dr. ing. Popescu Aurel George Absolvent, Timiș Emanuel 2014 UNIVERSITATEA “CONSTANTIN BRÂNCUȘI” DIN TÂRGU JIU FACULTATEA DE INGINERIE… [301621]

UNIVERSITATEA “CONSTANTIN BRÂNCUȘI” DIN TÂRGU JIU

FACULTATEA DE INGINERIE

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific,

Ș.l. fiz. dr. ing. Popescu Aurel George

Absolvent: [anonimizat]

2014

UNIVERSITATEA “CONSTANTIN BRÂNCUȘI” DIN TÂRGU JIU

FACULTATEA DE INGINERIE

PROGRAMUL DE STUDII: [anonimizat] A SĂNĂTĂȚII

Coordonator științific,

Ș.l. fiz. dr. ing. Popescu Aurel George

Absolvent: [anonimizat]

2014

INTRODUCERE

Descoperirea stării de ionizare a atmosferei. Coulomb a observant pentru prima dată în 1785 [anonimizat] o explicație. În 1889 Giese a presupus că aerul are o [anonimizat]. Bazându-[anonimizat] a început dezvoltarea teoriei gazelor ionizate în 1896.

[anonimizat] (1899) au pus în evidență conductivitatea aerului și au arătat că aceasta se datorează prezenței în aer a ionilor atmosferici gazoși denumiți și aeroioni.

Începând cu acest moment studiul aeroinizării a căpătat o [anonimizat] a unui vast material care a clarificat caracteristicile fenomenului și mecanismele prin care el este întreținut.

Descoperirea acțiunii aeroionilor unipolari. Chiar dacă electricitarea a fost folosită în scopuri terapeutice încă din cele mai vechi timpuri (de exemplu peștii electrici sau chihlimbarul ), [anonimizat], odată cu inventarea mașinii electrostatice.

Cel care a întrevăzut modul de acțiune al electricității astfel obținute asupra organismului a fost Benjamin Franklin. Metoda numită Franklinizarea constă în supunerea unui pacient: [anonimizat] o placă metalică și suspendarea deasupra capului a [anonimizat].

Principalul cercetător din acea perioadă a rolului biologic al electricității atmosferice naturale și artificiale este omul de știință Francez Pierre Bertholon. Pe lângă cercetările sale privind acțiunea electricității asupra plantelor, P. [anonimizat]. Insuccesele au fost puse pe seama utilizării polarității pozitive. P. Bertholon, în termenii specifici vremii sale, a expus cu suficientă claritate teoria electroschimbului dintre aer și corpul uman; el sa referit la intervenția pielii și în primul rând a plămânilor în acest mecanism.

CAPITOLUL I

ELEMENTE DE FIZICA AEROIONIZĂRII NATURALE

I.1. [anonimizat]: azot (78,08%) oxigen (20,95%), argon (0,93%), bioxid de carbon (0,03%), neon (0,0018%), heliu (0,0005%). kripton (0,0001%), hidrogen (0,00005%), xenon (8·10-6 %), ozon (1·10-6%).

[anonimizat], [anonimizat]-[anonimizat] 100000 [anonimizat], în funcție de locul și momentul determinării.

O parte a constituenților menționați sunt neutri, restul fiind purtători de sarcini electrice, denumiți din acest motiv ioni ai aerului sau aeroioni, aceștia conținând conductivitatea aerului.

Aeroionii diferă între ei prin următoarele proprietăți fizice: sarcină electrică (pozitivă sau negativă); dimensiunea (mici, mari, mijlocii); substratul chimic (gaze componente naturale ale aerului, apă, pulberi etc,); starea de agregare a substratului (gaze, vapori, mici picături, particule solide) numărul sarcinilor (ionii mici poartă o singură sarcină elementară; ionii mari pot avea mai multe sarcini); mobilitatea electrică (viteză de deplasare, măsurată în cm/s, într-un câmp electric de 1 V/cm); durata de viață (de la câteva secunde până la câteva ore). Aceste proprietăți ale aeroionilor depind de o serie de condiții naturale și/sau artificiale.

Aeroionii mici și natura lor. Generarea aeroionilor mici se realizează în mai multe etape, după cum urmează. Ionizarea atomică sau moleculară presupune îndepărtarea electronilor de pe învelișurile exterioare ale atomilor sau moleculelor, (fiind deci necesară o energie obținută, de exemplu, prin impactul unei particule având energie cinetică:

(1.1)

Unde:

m— este masa particulei de impact;

v — viteza particulei de impact;

Vi— potențialul de ionizare al atomului sau moleculei considerate;

e — sarcina electronului.

Dacă ionizarea se produce prin incident a unei radiații (fotoionizare) atunci:

(1.2)

Unde:

h— este constanta lui Planck;

ν— frecvența radiației incidente.

Fotoionizarea este maximă atunci când hν— eVi ≈ (0,1 — 1) eV. Transformările energetice ce se produc în procesele de ionizare sunt însă mult mai complexe, implicând și transformări în căldură, variații ale energiilor de vibrație și rotație, populări ale stărilor excitate, interacții coulombiene etc.

În urma procesului de ionizare rezultă unul sau mai mulți electroni liberi și un ion pozitiv de dimensiuni moleculare (diametrul 10-8 cm). În circa 10-8 secunde o parte însemnată din ionii formați se recombină cu electronii, restul fiind separați datorită agitației termice și câmpurilor electrice. Electronii liberi rămași se atașează în timp de 10-7 secunde la o moleculă neutră formându-se ioni negativi de dimensiuni moleculare.

Procesul de atașare are valoare maximă pentru electronii de joasă energie cinetică (≈ 1 eV), care rămâne mult timp sub influența câmpului de atracție atomică. Supuși aceluiași mecanism de atașare electronică sunt și electronii liberi obținuți prin procese elementare superficiale de la catod (emisie autoelectronică, emisie termoelectronica, emisie de câmp, emisie electronică secundară), problema prezentând importanță în special în procesele de generare artificială a electronilor.

Ionii pozitivi și negativi cu dimensiuni moleculare, astfel formați, participă la mișcarea browniană a constituienților aerului, ciocnindu-se de aproximativ 1010 ori pe secundă cu aceștia, în mai pnțin de 1µs formându-se agregate moleculare, definite drept aeroioni mici ai aerului. Aceștia mai sunt numiți ioni gazoși (pentru ca moleculele neutre care sunt grupate în jurul celei ionizate se află în stare gazoasă), rapizi (pentru ca, dintre ionii care practic există în aer, au mobilitatea cea mai mare), normali (deoarece în atmosfera curată, nepoluată și la umidități mijlocii, aceasta este practic forma de existență a aeroionilor) sau primari (pentru că aceasta este forma reală sub care apar ionii în aer, exceptând intervalul extrem de scurt de formare).

Moleculele gazoase, grupate în jurul celei ionizate, alcătuiesc ,,roiul" ionului (în limba engleză: cluster).

Numărul acestor molecule este considerat a fi cuprins între 5 și 30, având în vedere difuziunea, mobilitatea sau calcule teoretice. Important de reținut este faptul că aeroionul mic din atmosfera joasă nu este o moleculă ionizată ci un complex de molecule.

Mărimea complexului care formează aeroionul mic este condiționată de două forțe opuse:

pe de o parte, o tendință de creștere prin alipirea de molecule neutre;

pe de altă parte, scăderea forței de coeziune dintre molecula ionizată centrală și cele neutre polare.

Pe măsura creșterii roiului, coeziunea moleculelor devine tot mai slabă, până ce o altă moleculă poate comunica prin ciocnire creând o energie cinetică egală cu cea care unește o moleculă în roi, desprinzându-se de aceasta, rezultă că prin ridicarea temperaturii și energia de mișcare a moleculelor gazoase, se reduce mărimea aeroionilor, acest lucru fiind confirmat și experimental.

Forțele care contribuie la formarea complexului de molecule sunt forțe Van der Waals de atracție electrostatică între dipolul format prin distorsiunea norilor electronici ai moleculei neutre aflata în câmpul particulei purtătoare de sarcină electrică.

Substratul chimic al aeroionilor mici din troposferă nu este cunoscut suficientă, problema fiind și mai complicată pentru atmosfera joasă, unde apar multe gaze sub formă de urme, existente aici nornal sau ca rezultat al poluării.

Diametrul limită al ionilor mici este egal cu 1,32 ·10-7 cm, considerându-se diametrul mediu egal cu 10-7 cm. Sarcina aeroionului mic, egală cu sarcina elementară este de 1,6 · 10-19cm.

Aeroionii mari și natura lor. Aeroionii mari sau grei, descoperiți de P. Langevin, sunt particule de aerosoli atmosferici (nuclee de condensare, picături de apă, particule de praf, fum, diverși poluanți etc.) încărcate cu sarcini electrice pozitive sau negative.

Concentrația acestora în aer este în funcție de densitatea aerosolului neutru, de rata de generare a aeroionilor ușori în mediul dat și de diferite procese naturale și antropogene.

Aeroionii mari se pot forma prin atașarea unui aeroion ușor (sau numai prin cedarea sarcinii) la o particulă de aerosol atmosferic, substratul acestora fiind, deci, solid sau lichid. Există însă și posibilitatea formării directe a aeroionilor mari la pulverizarea apei, arderea cu flacăra, supraîncălzirea incandescentă, vânturarea zăpezii, antrenarea prin vânt a nisipului fin etc. În aceste cazuri, alături de geneza directă a aeroionilor mari, există posibilitatea formării aeroionilor mici și apoi prin mecanismul menționat a celor mari. Trecerea aeroionilor mici în aeroioni mari, prin creșterea succesivă este neverosimilă, în aerul troposferei joase. Diametral aeroioni mari sunt de ordinul 10-5 cm.

Aeroionii mari sunt îndepărtați din atmosferă prin recombinare (ciocnire cu un aeroion de semn opus, ușor sau greu), spălare în timpul ploii sau ninsorii, sedimentarea prin gravitate

sau inerție după accelerarea prin curenți de aer și sedimentarea prin deplasare în câmp electric.

Aeroionii intermediari. Aeroionii intermediari (mijlocii) își au caracteristicile situate între cele ale aeroionilor mici și cele ale aeroionilor grei, diametrul acestora fiind de ordinul a 10-6 cm.

Pollock, în 1915, a descoperit primul o grupă a aeroionilor intermediari, arătând că aceștia pot exista numai la umidități scăzute, în prezența unor nuclee higroscopice. Mai mulți autori nu i-au pus în evidență în unele locuri, chiar dacă acolo erau prezente concentrații mari de aeroioni grei. La umidități mari, aeroionii mijlocii se transformă în aeroioni grei.

În general, numărul aeroionilor intermediari este foarte scăzut, aceștia neintervenind semnificativ în procesele de aeroionizare.

Mobilitatea aeroionilor. În cazul general, mobilitatea este o mărime cu ajutorul căreia este caracterizată deplasarea particulelor încărcate în câmpul electric. Mobilitatea constituie o mărime importantă, deoarece pe baza acesteia se determină diversele tipuri de aeroioni care trebuie specificați în cazul oricărei măsurători. De asemenea, evoluția în spațiu și timp a unui aeroion este determinată în principal de mobilitatea sa, deoarece acesta evoluează permanent în câmpuri electrice, de proveniență diferită (câmpul electric natural, câmpul electric produs de ceilalți aeroioni, câmpul generatorului în cazul aeroionizării artificiale etc.).

În absența oricărui câmp electric aeroionii ar avea o mișcare browniană haotică determinată de temperatura gazului. În prezența unui câmp electric, cu toate că își păstrează și mișcarea browniană, aeroionii au pe ansamblu a o mișcare orientată în direcția câmpului, sensul acesteia fiind determinat de semnul sarcinii electrice. Viteza deplasării ordonate se calculează cu relația:

(1.3)

Unde:

v— este viteza de deplasare ordonată în câmpul electric;

λ — mobilitatea aeroionului ;

E — intensitatea câmpului electric.

Prin considerarea unităților de măsură pentru viteză și intensitatea câmpului electric, rezultă unitatea de măsură pentru mobilitatea exprimată în :

(1.4)

Deci, vom spune că un aeroion are mobilitatea de 1 cm2/V·s atunci când se deplasează cuviteză de 1 cm/s într-un câmp cu intensitatea de 1 V/cm.

Prin rezolvarea ecuației diferențiale ce caracterizează mișcarea aeroionului în câmp electric rezultă următoarea formulă de calcul a mobilității aeroionului:

(1.5)

Unde:

e— este sarcina aeroionului presupusă egală cu sarcina elementară;

η— vâscozitatea dinamică a mediului;

a — raza aeroionului.

Se observă că există o relație inversă între mobilitățile și dimensiunile aeroionilor, ceea ce reflectă faptul că într-un câmp electric particulele purtând aceiași sarcină electrică se deplasează cu o viteză în raport invers cu mărimea lor. În acest sens menționăm că există tabele și grafice care arată dimensiunea (raza) și mobilitatea diferitelor categorii de aeroioni. O altă formulă de calcul a mobilității a fost obținută de Langevin, aceasta fiind:

(1.6)

Unde:

C — esle un coeficient numeric

L — drumul liber mediu al aeroionului în gaz

v— viteza medie de agitație termică

— raportul dintre sarcina și masa aeroionului.

Mobilitatea depinde de caracteristicile aeroionului dar, cum se observă din relația anterioară, prin intermediul mărimilor L, v și indirect prin m dat de numărul moleculelor din roi, depind și de presiunea și temperatura mediului în care evoluează aeroionii. De exemplu, pentru temperatura constantă produsul mobilitate presiune rămâne constant pentru un domeniu larg de variație a presiunii (deci mobilitatea scade la creșterea presiunii), relația fiind valabilă pentru mobilitatea medie a aeroionilor ușori. Mobilitatea se poate exprima, de asemenea, prin relații simple în funcție de temperatură, obținându-se o creștere a mobilității cu creșterea temperaturii, influența scăderii lui m datorită micșorării numărului de molecule din roiul ce formează aeroionul, datorită creșterii temperaturii, fiind preponderentă față de variația celorlalte mărimi, referindu-ne la toți factorii care pe ansamblu pot influența mobilitatea aeroionilor, precum și la relațiile cu aceștia se poate arăta că aceasta depinde de: mărmea aeroionului (invers), presiunea aerului (invers), temperatura (direct), umiditate relativă (invers), intensitatea poluării (invers), sarcină (mobilitate mai ridicată a aeroionilor negativi).

În general, mobilitatea aeroionilor pozitivi este mai mică decât a celor negativi cuprins între 10 – 40%, fenomen care este încă insuficient explicat.

Mobilitatea aeroionilor mici este de peste 1 cm2/V ∙ s mai mare decât a celorlalți aeroioni. Schweidler și Kohlrausch prezintă un tabel cu mobilitățile aeroionilor mici, găsite de diverși autori, din care rezultă că limite ale variațiilor mobilității aeroionilor mici:

λ+ = 0,47 – 1,64 cm2/ V· s ; (1.7)

λ- = 0,77 – 1,99 cm2/ V· s ; (1.8)

Deasupra uscatului mobilitatea medie a aeroionilor mici pozitivi este de 1,08 cm2/V∙s, iar a celor negativi de 1,22 cm2/V∙ s. Datorită mobilității ridicate, aeroionii mici sunt cei care determină în primul rând conductivitatea aerului.

Mobilitatea aeroionilor grei este mai mică 0,001 cm2/V∙ s. Aeroionii grei puși în evidență la Langevin (1905) aveau mobilitatea de 0,0005 cm2 /V ∙s.

Unii autori împart aeroionii grei în două grupe;

grei, având mobilități intre 0,00025 — 0,001 cm2/V∙s.

ultra grei, cu mobilități sub 0,00025 cm2/V∙s.

Datorită mobilității reduse, acești aeroioni au o contribuție slabă la conductivitatea aerului, iar timpul lor de viață este ridicat.

Mobilitatea aeroionilor intermediari determinați de Pollock în 1915 era în jur de 0,015 cm2/V∙s.

Clasificările în funcție de mobilitățile aeroionilor diferă în general de la autor la autor, prin limitele de mobilitate alese pentru intervalele considerate. Astfel, de exemplu după limitele indicate de V. Hess, H. Benndorf și P. N. Tverskoi avem clasificarea dată în ”Tabelul 1” unde sunt indicile și dimensiunile aeroionilor respectivi.

”Tabelul 1”

I.2. Concentrații naturale de aeroioni

Componente și rapoarte ale aeroionizării naturale. Numărul relativ ridicat al surselor de aeroionizare naturală a atmosferei, variabilitatea acestora în timp și spațiu indică cel puțin tot atâtea posibilități de modificare a valorilor concentrațiilor de aeroioni în diferite puncte de pe suprafața pământului. Variațiile gradului de aeroionizare produse de oscilațiile uneia sau alteia dintre sursele naturale sunt proporționale cu ponderea pe care acestea o au în aeroionizarea respectivei zone.

Datele diferiților autori confirmă variabilitatea accentuată a concentrației ionilor atmosferici.

Tverskoi (1951), sintetizând date numeroase, arată că densitățile medii pentru ionii mici ar fi aproximativ n+=750 și n- = 650 deasupra uscatului, iar deasupra oceanului n+ = 600 și n- = 500 pe 1 cm3 aer.

Cijevski (1960) și Minh (1963) au întocmit tabele cu concentrațiile medii de aeroioni mici, găsite în diferite zone și localități, o parte a acestor date fiind cuprinse în ”Tabelul 2.”

”Tabelul 2”

Valorile ce rezultă din tabelele menționate sunt cuprinse în gama 200 -5000 (se au în vedere concentrațiile relative stabile din afara localităților, și nu cele din condiții speciale, trecătoare cum ar fi perioadele de descărcări electrice în atmosferă, când concentrația ionilor poate fi și mai mare, sau nivelele ridicate din vecinătatea căderilor de apă).

Pe teritoriul țării noastre au fost determinate valori a căror medie este cuprinsă aproximativ între 600 și 2200 perechi de aeroioni mici într-un centimetru cub. În general stațiunile balneoclimatice prezintă distinctivitate prin valorile mai ridicate ale aeroionizării ”Tabelul 3”.

La țărmul Mării Negre, Herovanu (1939) a constatat, la Mangalia, o concentrație a aeroionilor mici în general ușor ridicată. (n+ , n- variind între 450 și 1100/cm3 aer) și cu preponderență pozitivă accentuată. În determinările făcute de Cupcea și colab. în perioada 1958 – 1960 în alte stațiuni de pe litoralul Mării Negre (Mamaia, Eforie Nord, Eforie Sud, Techirghiol, Constanța) au fost găsite concentrații Ionice în general scăzute (între 138 și 563/cm3).

”Tabelul 3”

Coeficientul de unipolaritate al ionilor mici, sau raportul dintre ionii mici pozitivi și cei negativi (q=n+, n-) este în medie deasupra uscatului egal cu 1,10 – 1,20, ceea ce înseamnă că în majoritatea cazurilor lângă sol predomină ionii mici pozitivi. Fenomenul se explică astfel:

– suprafața pămîntului fiind încărcată de regulă cu electricitate negativă, față de atmosferă și nori care poartă încărcătură pozitivă, solul atrage electrostatic ionii pozitivi, respingându-i pe cei negativi;

– în câmpul electric al pămîntului, mobilitatea aeroionilor mici negativi fiind ceva mai

mare decât aceea a ionilor pozitivi, probabilitatea de neutralizare a aeroionilor negativi este astfel mai mare. Pentru unele condiții speciale q poale să difere mult de valorile menționate. De exemplu, pentru țărmul Mării Negre s-a oținut la Mangalia media valorilor 1,77 (Herovanu , 1939) sau pentru alte stațiuni de pe litoral valori cuprinse între 1,45 și 2,63 (Cupcea și colab., 1958 – 1959).

În ce privește ionii mari sau grei, deasupra uscatului, în locurile curate din afara centrelor populate, aceștia se găsesc în concentrații medii de 1500 – 3000 perechi/cm3 aer. Concentrația ionilor mari crește când umiditatea relativă este foarte ridicată apropiindu-se de punctul de saturație, sau atunci când în aer se găsesc numeroși nuclei de condensare (fum, praf, particule de sare, substanțe oxidante etc.).

Limitele variațiilor aeroionilor grei, după Chalmers (1967), sunt între 200 în largul oceanelor și 80 000/cm3 în aerul impurificat al orașelor. După Assmann (1955), ionii secundari (mijlocii, grei și ultragrei) sunt în număr de 100 deasupra mării și până la 100 000 și mai mult într-un centimetru cub în aerul orașelor industriale.

CAPITOLUL II

BAZELE TEHNICE ALE AEROIONIZĂRII ARTIFICIALE

II.1. Evaluarea diferitelor procedee de aeroionizare

Prin aeroionizarea artificială vom înțelege producerea aeroionilor cu aparate adecvate, în scopuri profilactice, terapeutice, pentru creșterea productivității în cultura plantelor și creșterea animalelor, aplicații experimentale ce vizează acțiuni biologice, aplicații din industrie etc.

Anterior au fost enumerate principalele surse ale aeroionizării naturale, dintre acestea marea majoritate putând constitui modele care să stea la baza construcției unor aparate pentru generarea artificială a aeroionilor.

În realizările practice unele procedee au o eficacitate scăzută, altele sunt foarte eficiente, unele sunt inofensive, altele pot produce neplăceri organismului viu.

Corelând diversele modalități de aeroionizare cu factorii nocivi posibil a fi generați, putem spune că aparatele destinate acestui scop nu trebuie să producă:

câmpuri electromagnetice de înaltă frecvență, câmpuri electrice pulsatorii sau constante, la parametri ce ar putea jena organismele vii;

radiații α, β și în mod deosebit γ, nici în cantități reduse;

emanații de radiu-radon care să depășească în conținut concentrația obișnuită din atmosferă înconjurătoare;

radiații ultraviolete;

ozon și oxizi de azot care să depășească concentrațiile limită admisibile;

praf metalic, carbon sau particule solide de altă natură;

picături sau vapori de apă care să provoace creșterea umidității peste limita de confort.

încălzirea mediului înconjurător peste temperatura zonei de confort igienic.

Ne vom referi în continuare la avantajele și dezavantajele principalelor tipuri de generatoare de aeroioni, care au fost mai răspândite în diferite etape ale dezvoltării aparatelor de aeroionizare artificială, reliefând eventualele posibilități de perfecționare ale generatoarelor care răspund cerințelor și nivelului de dezvoltare al tehnicii actuale.

Generatoarele de aeroioni cu substanțe radioactive al căror model îl constituie defapt una din principalele surse de aeroionizare naturală a atmosferei se numără printre primele aparate utilizate în acest scop. În principiu, un aparat de acest tip constă dintr-o sursă de radiații de mică putere și dintr-un ventilator care aduce aerul în zona de acțiune a substanței radioactive. Chiar dacă prin ecrane adecvate radiațiile substanței radioactive pot fi înlăturate sau aduse în limitele variației fondului natural, în schimb posibilitatea desprinderii unor particule radioactive de mici dimensiuni de pe suprafața sursei nu poate fi în totalitate exclusă. Asemenea particule constituie ulterior un factor de risc și de aceea folosirea generatoarelor de aeroioni cu substanțe radioactive trebuie în principiu evitată.

Radiațiile ultraviolete, ce se numără printre principalele surse de aeroionizare în atmosferă înaltă, pot fi reproduse cu ușurință în mod artificial prin folosirea unor lămpi de construcție specială. Cunoașterea fenomenului natural a facilitat realizarea generatoarelor de aeroioni cu raze ultraviolete. Deși mai este folosită, metoda se dovedește nepotrivită datorită faptului că numărul aeroionilor și coeficientul de unipolaritate nu corespund cerințelor și, mai nefavorabil este faptul că se produc mari cantități de ozon și oxizi de azot.

Prin măsurători, s-a stabilit că o flacără reprezintă o puternică sursă bipolară de aeroioni. Prin izolarea electrică față de pămînt a unei flăcări și aplicarea în zona acesteia cu un electrod a unei tensiuni continuu de ordinul a câțiva kilovolți, se pot obține concentrații de aeroioni, la câteva zeci de centimetri de ordinul 105 – 106/cm3, cu un coeficient de unipolaritate în jur de 0,3. Deși acest procedeu de aeroionizare este simplu, exista dezavantaje majore care în principiu exclud utilizarea sa pe scară largă. Menționăm în acest sens prezența inerentă în mediul aeroionizat a gazelor de ardere și a unor microparticule solide (fum), dificultățile de utilizare practică în locurile unde este necesară efectiv aeroionizarea (sufragerii, dormitoare) cât și pericolul utilizării flăcării deschise.

De asemenea, după multe experimentări practice s-a dovedit nesatisfăcător și procedeul termic de obținere a aeroionilor unipolari. Ca principiu, acesta nu constituie altceva decât utilizarea în aer liber a fenomenului de emisie termoelectrică utilizat, de exemplu, în tuburile electronice. În acest caz însă electronii liberi emiși de materialul încălzit se vor atașa cu ușurință de moleculele aerului formând aeroioni negativi. Însă în cazul acestui tip de generator analizat la microscop a aerului aspirat din zona activă evidențiază prezența unor microparticule metalice sau ale oxizilor metalului încălzit, cu dimensiuni cuprinse între 0,1 și 1,0 µ, în concentrații de până la 108 particule solide pe centimetru cub, acest lucru constituind unul din dezavantajele procedeului.

Numeroase au fost experimentele care în final au dus chiar la o anumită extindere a utilizării efectului Lenard sau balloelectric, ce se referă la pulverizarea apei în hidroaeroionizatoare. Efectul de electrizare se produce atât prin lovirea picăturilor de apă de o suprafață dură, când se produce o divizare fină a acestora, cât și prin spargerea unui jet de lichid, degajarea gazelor din lichide, barbotarea unor lichide, prin fierbere, evaporare etc.

Realizarea aeroionizării prin dispersia fină a lichidelor a stârnit ample controverse privind utilitatea sau gradul de nocivitate al procedeului. Discuțiile se poartă nu în jurul efectelor aeroionilor ușori negativi, care sunt certe și evident favorabile, ci referitor la natura aeroionilor generați și variațiile coeficientului lor de unipolaritate. Cantități nesemnificative de impurități prezente în apă pot influența într-o mare măsură formarea aeroionilor și coeficientul de unipolaritate.

Astfel, cantități infime de clorură de natriu sau acid sulfuric determină o emisie puternică de aeroioni pozitivi. Acest lucru exclude utilizarea generatorului la domiciliu unde nu putem avea în general un control strict al compoziției apei folosite (din acest motiv recomandându-se numai utilizarea apei distilate). Deoarece aeroionii formați prin pulverizarea apei pot fi după dimensiuni: grei, unii cercetători sau medici contestă efectul lor favorabil sau, mai mult, îi face răspunzători pentru creșterea umidității peste normele sanitare admise, îndesirea crizelor în boala astmatică, absorbția și reținerea mult timp în aer, datorită mobilității reduse, a bioxidului de carbon și a metaboliților expirați de persoanele dintr-o încăpere, formarea unei pelicule lichide ce împiedică oxigenarea la nivelul alveolelor pulmonare etc. Cum însă există și rezultate pozitive, pentru precizarea naturii și variației emisiei în funcție de compoziția apei, evoluției aeroionilor formați, efectelor și modului de acțiune a hidroaeroionilor, acest procedeu necesită încă multe experimentări complexe și de durată, efectuate de cadre competente, specialiști în probleme de generare a aeroionilor și în medicină.

Dar, dintre toate procedeele de aeroionizare testate, cel care în timp s-a impus ca fiind cel mai simplu, eficient, activ biologic și caracterizat de lipsa aproape totală a produșilor secundari este descărcare corona la intensități reduse, reglabile și măsurabile, prin suprafețe cu rază de curbură redusă.

Rezultatele constante pozitive obținute prin aplicarea procedeului, experimentele fundamentare de lungă durată, răspândirea sa tot mai largă în timp, posibilitățile tehnice adecvate realizării aparaturii au impus definitiv acest procedeu. Actualmente cercetările sunt canalizate în direcția perfecționării aparaturii în scopul sporirii concentrațiilor generate, minimizării concentrațiilor de compuși oxizi posibili a se forma, sporirii electrosecurității, miniaturizării aparaturii. Cercetările sunt orientate însă în aceeași măsură în sensul clarificării mecanismelor de acțiune a aeroionilor obținuți cu ajutorul procedeului și stabilirii parametrilor optimi de lucru (concentrații, timp) în cele mai diverse aplicații.

II.2. Obținerea aeroionilor prin descărcare corona

După cum s-a arătat, sursa formării aeroionilor negativi ușori o constituie atașarea electronilor liberi la moleculele constituenților gazoși ai aerului. Electronii liberi pot fi obținuți prin extracție din metale prin emisie termoelec-tronica, fotoclectronică, secundară sau autoelectronică, fenomene ce constituie ionizarea superficială, sau prin desprinderea electronilor de pe învelișurile unor atomi sau molecule din aer prin termoionizare, fotoionizare sau șoc, aceste ultime procese definind ionizarea de volum. Ionizarea prin șoc cu purtători de sarcină accelerați în câmp electric, prezintă o importanță deosebită, deoarece aceasta constituie principala componentă a descărcărilor electrice produse în aer în scopul realizării aeroionizării artificiale negative sau eventual pozitive.

Accelerarea purtătorilor de sarcină în câmpul electric dintr-un gaz presupune o mișcare dirijată a sarcinilor și deci o trecere a curentului electric, fenomen care este numit des- carcare electrică în gaz. Realizarea acesteia presupune în principiu utilizarea unui montaj de tipul celui prezentat în ”Fig. 2.1.”.

”Fig. 2.1. Tub de descărcare corona”.

Electrodul alimentat de la polul negativ al sursei constituie catodul, iar cel alimentat de la polul pozitiv anodul. Anodul și catodul pot avea geometrie plană sau altă configurație, în funcție de necesități, iar gazul din tubul de descărcare T poate avea diferite presiuni și compoziții. În cazul practic de generare a aeroionilor interesează descărcările electrice în aerul liber la presiunea atmosferică, între electrozi care au porțiuni de curbură mare ce permit obținerea unor câmpuri electrice intense în zona lor. Caracteristica I(U) a unei descărcări electrice în gaz la presiune constantă este prezentată în ”Fig. 2.2.”

”Fig. 2.2. Caracteristica I = f(U) a unei descărcări electrice în gaz la presiune constantă”:

OB — descărcări întreținute ;

BC — descărcare semiîntreținută Townsend;

CC — descărcare corona

C'D — descărcare subnormală

DE — descărcare luminiscentă normală;

EF — descărcare luminiscentă anormală;

FF' — tranziție spre arc;

F'G — arcul electric.

Datorită ionilor pozitivi și negativi întotdeauna prezenți într-o anumită concentrație în aer sau alt gaz prin acțiunea substanțelor radioactive și radiaiției cosmice, pentru orice valoare diferită de zero a tensiunii dintre anod și catod, apare o deplasare a sarcinilor în câmp și deci un curent electric. Porțiunea OAB a caracteristicii descărcării reprezintă creșterea, respectiv atingerea unei saturații când toți ionii produși în unitatea de timp sunt captați de electrozi. Curentul care circulă prin intervalul dintre electrozi în aceste prime faze ale descărcării, denumită și descărcare întreținută, este foarte redus, fiind în funcție de gradul de ionizare a aerului, mobilitatea purtătorilor, intensitatea câmpului electric și suprafața electrozilor. La creșterea tensiunii peste valoarea corespunzătoare punctului B se obține o creștere a curentului pe seama ionizării atomilor și moleculelor aerului de către electronii sau ionii pozitivi, accelerați în câmpul electric (valoarea teoretică prag inferior pentru producerea ionizărilor este 24 kV/cm) și emisiei de electroni din catod datorită în principal bombardamentului cu ioni pozitivi. Deci descărcarea se produce și pe seama unor ionizări produse prin mecanismele proprii însă, deoarece în lipsa unor agenți de ionizare externi aceasta se stinge, poartă denumirea de descărcare semi-întreținută sau Townsend. Porțiunea BC sunt caracteristicii ale descărcării ce corespund descărcării semi-întrețimite. Deoarece nu sunt însoțite de fenomene luminoase evidente (radiația emisă este foarte redusă și poate fi înregistrată numai cu aparate de fotografiat cu timp mare de expunere în vecinătatea anodului) descărcările, întreținute și semi-întreținute sunt denumite „descărcări la întuneric” , „întunecoase” sau „obscure”. Crescând în continuare tensiunea între electrozi descărcarea devine independentă de cauze exterioare (autonomă), menținându-se numai sub efectul câmpului electric. Se obține o creștere a curentului de descărcare și scădere a tensiunii dintre electrozi. Apariția fenomenului corespunde punctului C de pe caracteristică, tensiunea corespunzătoare fiind denumită tensiune de aprindere, trecerea de la tensiunea de aprindere la tensiunea stabilă corespunzătoare descărcării luminiscente normale căreia îi corespunde o tensiune de ardere a descărcării, se face brusc (porțiunea CD a caracteristicii) . În continuare descărcarea evoluează spre arc, procesele începând cu descărcarea luminiscentă normală, neinteresând din punct de vedere al utilizării descărcărilor electrice pentru obținerea aeroionilor. Există o condiție de automenținere a descărcării care presupune obținerea a cel puțin încă un electron prin unul din mecanismele de extragere din catod (impactul cu ioni, fotoni, atomi neutri) declanșate la trecerea electronului provenit din catod, prin spațiul catod-anod.

Evoluția fenomenelor în spațiul catod-anod este descrisă de teoria avalanșelor electronice a lui Townsend. Astfel, să presupunem că datorită unui agent ionizant exterior la catod apar în unitatea de timp și pe unitatea de suprafață n0 electroni. Electroni accelcrați în câmpul electric, dintre electrozi vor provoca în volumul gazului, atunci când ating o viteză suficientă, fenomene de ionizare prin șoc exprimate cantitativ prin cifra de ionizare electronică α (primul coeficient Townsend) și cifra de ionizare ionică β, denumite astfel în funcție de particula proiectil. Simultan pot apărea electroni la suprafața catodului prin efectul de emisie secundară caracterizat de cifra de ionizare γ care conține mai multe componente, cea mai importantă fiind γi (al doilea coeficient Townsend) care reprezintă numărul electronilor scoși din suprafața catodului. Electronii liberi noi formați vor produce sub acțiunea câmpului noi ionizări, acest proces de multiplicare fiind denumit avalanșă de electroni (mecanismul avalanșelor electronice a lui Townsend). În scurt timp în spațiul ocupat de avalanșă se va atinge o densitate ridicată de sarcini electrice. Datorită vitezelor diferite de deplasare a electronilor și ionilor, în timp, pe măsura deplasării avalanșei, se produce o separare a sarcinilor, electronii fiind grupați spre partea din față a avalanșei, iar ionii pozitivi spre partea terminală. Această separare va produce un câmp opus celui inițial astfel încât teoria lui Townsend nu mai satisface fenomenele (domeniul ei de aplicare corespunde unor timpuri relativ uniforme și gaze rarefiate când este îndeplinită condiția p. d. ≤ 100 torr. cm, unde d este distanța dintre electrozi iar p este presiunea gazului).

Astfel la presiunea atmosferică după atingerea potențialului de străpungere avalanșele electronice au densități de sarcină foarte mari. În câmpurile intense datorate separării sarcinilor în avalanșe, procesele de ionizare devin foarte intense, apărând un mare număr de electroni cu energii suficiente pentru a produce ionizări, excitări, recombinări, sau dezexcitări radiative cu o intensă emisie de fotoni cu diverse energii, care produc luminiscența descărcării.

Electronii liberi, formați în spațiul de descărcare, pot produce prin atașare ioni negativi

moleculari care vor evolua ulterior prin alipirea moleculelor neutre spre stadiul de aeroioni ușori. Fenomenul de atașare se produce în general la ciocnirea electronilor cu atomii ce au învelișuri electronice incomplete (O, O2, SO2, H). Atașarea este maximă în cazul electronilor cu energie sub 1 eV care rămân mult timp sub influența câmpului de atracție atomic. Atașarea electronilor la molecule neutre este caracterizată prin mărimea η denumită coeficient de atașare și care reprezintă probabilistic numărul de atașări ale unui electron în deplasarea acestuia în direcția câmpului, pe unitatea de lungime. Deci, pentru obținerea aeroionilor prin descărcări electrice, se impune să asigurăm atât condiții de producere în număr suficient a electronilor liberi (câmp electric intens) cât și condiții pentru o probabilitate de atașare maximă a electronilor (câmp electric slab). Aceste condiții pot fi simultan îndeplinite în cazul descărcărilor neomogene produse între electrozii care au vârfuri, muchii ascuțite etc. Datorită neuniformității câmpului în zonele cu intensitate maximă a acestuia pot apare străpungeri parțiale luminiscente ale gazului.

În câmpuri cu neuniformitate mare și pentru valori ale produsului p.d. cuprinse în gama 200 – 10 000 torr · cm, care sunt cuprinse și valorile parametrilor ce definesc descărcările corona pentru producerea aeroionilor, mecanismul descărcării se încadrează în teoria strimerului. Strimerul este un canal parțial ionizat, care se formează, în spațiul de descărcare pornind de la o avalanșă. Câmpul electric intens dintre anod și norul de electroni al acesteia favorizează emisia de fotoni care prin electronii datorați emisiei fotoelectronice determină apariția avalanșelor secundare prin ale căror sarcini pozitive strimerul avansează spre catod. Viteza de propagare a acestuia este foarte ridicată având în vedere faptul că o parte a intervalului este parcurs de fotoni, deci cu viteza luminii. Din condițiile de formare s-a văzut că strimerul se dezvoltă începând din zona de câmp maxim respectiv zona vârfurilor, muchiilor sau firelor subțiri pe care se aplică înaltă tensiune. Câmpul electric, foarte intens în zonele de curbură mare, scade rapid, astfel încât dacă tensiunea de alimentare nu este prea mare sau distanța dintre electrozi este ridicată, strimerii începuți în zona vârfului se stâng la o mică distanță de acesta, coroana formată în jurul electrodului respectiv dând numele de efect corona sau descărcare corona. Fenomenul se produce în momentul în care tensiunea depășește o anumită valoare inițială, Ucor (punctul C de pe caracteristică). De notat că această valoare poate să fie de câteva ori mai mică (de exemplu de două ori în cazul intervalului vîrf-placă) decât tensiunea la care se produce străpungerea intervalului considerat și strimerul se întinde între cei doi electrozi. Pe caracteristică trecerea din punctul corespunzător aprinderii descărcării (C) în punctul unde începe descărcarea luminiscentă normală (D) se face prin etapa intermediară care corespunde efectului corona (porțiunea CC- de pe caracteristica de descărcare). Se mai poate astfel defini descărcarea corona ca o descărcare autonomă, incompletă, în jurul punctelor de curbură mare ale electrozilor.

Pentru obținerea aeroionilor negativi prin descărcări electrice în aer acestea se stabilizează în regimul corona, fiind adoptate și soluțiile tehnice corespunzătoare obținerii acesteia. Cele mai uzuale configurații de electrozi utilizate în acest scop sunt vîrf-placă, vîrf-vîrf, fir-placă (sau fir-electrod cilindric), fir-fir, reprezentate în ”Fig. 2.3.”

”Fig. 2.3. Configurații de electrozi utilizați la obținerea aeroionilor negativi”.

Pentru o analiză detaliată a mecanismului descărcării să considerăm configurația fir-electrod cilindric din ”Fig. 2.3.(d)” făcând totodată unele referiri și la configurafia virf-placă.

Minusul sursei de înaltă tensiune IT este conectat la firul central corespunzător catodului, denumit uzual electrod de emisie sau mai simplu electrod (E). Cilindrul corespunzător anodului, uzual denumit contraelectrod (CE) este conectat împreună cu plusul sursei de alimentare la pămînt. Legătura la pămînt este obligatorie, prin aceasta asigurindu-se aportul de sarcini negative eliberate în aer în afara spațiului de descărcare, sub forma aeroionilor negativi. În caz contrar se obține emisie de aeroioni în mediu numai într-o fază, inițială, a descărcării, după care sistemul de electrozi de descărcare — sursă ar rămâne încărcat cu o sarcină pozitivă ce blochează emisia ulterioară. Dacă valoarea tensiunii sursei este U, iar razele electrozilor sunt r0 și respectiv R0, câmpul electric radial la o distanță oarecare r < R0 față de electrodul central se poate calcula cu relația :

(2.1)

Curba variației câmpului este reprezentată în ”Fig. 2.4” valoarea maximă a câmpului obținîndu-se pentru r = r0.

”Fig. 2.4. Variația câmpului electric în jurul firului de descărcare corona”.

Deoarece termenii R0/r0 și U sunt constant, rezultă că acest câmp are forma, hiperbolică, fiind cu atât mai intens cu cât r se apropie de r0. Pe curbă pot fi delimitate aproximativ două porțiuni respectiv: I — unde câmpul este puternic, variază foarte rapid iar r este apropiat de r0 și II – unde r > r0, iar câmpul este slab și variază lent. În ipoteză ca IT este reglabilă, la creșterea tensiunii, curentul crește dalorită ionizării naturale, valorile acestuia fiind în cazul general în funcție de numărul vârfurilor sau lungimea firelor utilizate în sistemul de descărcare. Ca ordin de mărime curenții sunt foarte mici, valoarea obținută de exemplu pentru un vârf foarte ascuțit (diametrul de ordinul a 25 microni) fiind sub 10-10 A. Chiar dacă, și în această fază a descărcării formarea aeroionilor este posibilă, numărul acestora fiind foarte redus, practic nu se înregistrează în exteriorul spațiului de descărcare o creștere a concentrației naturale obținute. Se subliniază acest lucru, deoarece în unele lucrări de specialitate se recomandă regimul descarcării „la întuneric” pentru obținerea aeroionilor, regim total ineficient din punct de vedere al generării aeroionilor. La creșterea în continuare a tensiunii, și atingerea valorii de aprindere a descărcării corona, Ucor curentul crește brusc cu câteva ordine de mărime (de exemplu, la valori în jur de 10-7 A pentru un vârf cu caracteristicile menționate), simultan apărând și fenomenul de luminiscență în jurul porți unii de curbură mare (fir subțire, vârf etc.). Fazele de început ale descărcării corona au un caracter impulsionat datorită blocării avalanșelor de către sarcina negativă din fața vârfurilor. Când această sarcină se disipă, se produce o nouă descărcare. Impulsurile de descărcare obținute sunt numite impulsuri Trichel, ele formând mici egrete luminoase în jurul electrodului respectiv. Frecvența impulsurilor Trichel este de peste 100 kHz, practic în cazul descărcărilor corona pentru generarea aeroionilor la tensiunea limită inferioară, putând fi observate și întreruperi ale descărcării cu frecvență mult mai mică, apărând variații ale debitului de aeroioni pe un contor cu constantă de timp redusă. Saltul de curent ce corespunde apariției descărcării marchează și o creștere bruscă a emisiei de aeroioni în exteriorul sistemului de descărcare astfel încât, de la concentrații situate în jurul valorilor naturale înainte de descărcare, se ajunge la valori de ordinul a 106aeroioni/cm3 la distanțe de câțiva centimetri de electrozi. Deci nu se poate obține o valoare scăzută (de ordinul de 103)și o creștere lentă a concentrației de aeroioni în vecinătatea electrozilor, la creșterea tensiunii de alimentare. După depășirea tensiunii de amorsare corona, creșterea ulterioară a tensiunii duce la o creștere a intensității curentului de descărcare corona însoțită de o intensificare a luminiscenței din jurul firului sau vârfului lui astfel încât aceasta poate deveni vizibilă și în condițiile luminii diurne. Emisia de aeroioni crește, de asemenea, cu tensiunea, inițial mai mult (pentru un vârf s-a obținut experimental dublarea emisiei de aeroioni la creșterea tensiunii de la 2,5 kV la 2,9 kV), ulterior obținându-se o tendință de stabilizare a acesteia. Odată cu intensificarea descărcării corona cresc însă și cantitățile de ozon și oxizi de azot formate datorită intensificării emisiei de raze ultraviolete și scindării moleculelor de oxigen prin creșterea vitezelor particulelor proiectil. Pentru o configurație dată a electrozilor, tensiunea de alimentare se alege în funcție de necesitățile practice de asigurare a unei anumite concentrații de aeroioni, între o valoare minimă superioară lui Ucor la care emisia devine stabilă, și valori mai mari ale tensiunii, pentru care însă formele de manifestare ale efectului corona sunt încă slabe. În caz contrar cantitățile de ozon și oxizi de azot pot depăși normele admisibile. Se va căuta ca obținerea unor concentrații de aeroioni mai ridicate, când acestea sunt necesare, să se facă pe cât posibil prin apropierea generatorului de subiectul aplicației și nu prin creșterea tensiunii.

Revenind la fenomenele care se produc în spațiul de descărcare, menționăm că prin utilizarea configurațiilor de electrozi vîrf-placă sau fir-placă, în spațiul dintre electrozi din afara zonei corona circulă numai sarcini negative, în speță electroni și aeroioni negativi. Pentru realizarea generatoarelor de aeroioni se utilizează în multe cazuri și configurații vîrf-vîrf sau eventual fir-fir. În acest caz, și în zona contraelectrodului apar fenomene corona similare celor de la catod iar sarcinile care se deplasează prin spațiul de descărcare sunt bipolare. Însă, deoarece contraelectrodul este conectat la pămînt ce are sarcină negativă, iar în vecinătatea sa se află catodul conectat la minusul sursei de înaltă tensiune în exteriorul sistemului de descărcare emisia de aeroioni pozitivi este neglijabilă, (de exemplu, la un aeroionizator MC 03 la o distanță de 0,5 m de aparat concentrația de aeroioni pozitivi este sub 1000 aeroioni pozitivi/cm3 în condițiile în care sunt generați 30 000 aeroioni negativi/cm3).

În lipsa oricărui factor perturbator aeroionii negativi formați în spațiul dintre electrozii de descărcare ar ajunge în totalitatea lor la anod unde prin sedimentarea lor ar ceda sarcina electrică negativă fiind astfel anihilați. Cum în majoritatea cazurilor distanța dintre cei doi electrozi este redusă, acești aeroioni nu ar ajunge la obiectul expus care se află în exteriorul zonei de descărcare. În realitate însă, expresia vitezei aeroionilor în spațiul dintre electrozi este:

v = ū + λĒ (2.2)

Unde:

v — este viteza aeroionilor;

ū — componentă a vitezei produsă de factorii perturbatori în raport cu mișcarea în câmp electric;

λ — mobilitatea ionilor;

Ē — intensitatea câmpului electric.

Componenta u a vitezei este formată la rândul ei din alte două componente, una datorată difuziei termice și o a doua datorată antrenării aeroionilor de către curenții de aer. Datorită difuziei termice, după Brown, abaterea tip oν = y- y¯de la traiectorie are expresia:

oν = (2.3)

deplasarea având deci viteza echivalentă cu :

ve = (2.4)

D = (2.5)

Unde:

D — este coeficientul de difuzie;

K — constanta lui Boltzmann;

T — temperatura;

e — sarcina elementară;

λ — mobilitatea electrică.

Curenții de aer acționează asupra aeroionilor cu o forță dată de legea lui Stokes, pentru

calcul considerându-se că aerul este imobil, iar aeroionul se mișcă prin acesta ;

F = 6·πηaVa (2.6)

Unde:

η — este vâscozitatea dinamică a aerului;

a— raza aeroionului;

Va — viteza aeroionilor.

De exemplu, pentru obținerea aeroionilor în exteriorul sistemului de descărcare cu fir subțire-electrod cilindric este necesar să se creeze un curent de aer cu un ventilator de aer din ”Fig. 2.3.”(d). Referitor la prezența curenților de aer relativ puternici (de ordinul a câți-va m/s) menționăm faptul că în zona descărcării corona și în vecinătatea acesteia trebuiesc create condiții pentru separarea aeroionilor pozitivi (care se îndreaptă spre electrodul alimentat cu înaltă tensiune negativă) de aeroionii negativi. Un curent puternic de aer în zona vârfurilor antrenează și aeroionii pozitivi. De aceea se impune că în cazul folosirii suflajului de aer, în imediata vecinătate a vârfului, curentul de aer să fie foarte slab urmând să crească în zonele în care avem numai aeroioni negativi. Practic o zonă de protecție de 2-3 mm în jurul electrodului cu înaltă tensiune este suficientă. De asemenea printr-o dispunere convenabilă a electrozilor se pot realiza câmpuri electrice care să deplaseze aeroionii spre zonele în care curenții de aer sunt intenși.

Deși fenomenele sunt mai complexe, precizările anterioare ne oferă o imagine a modului cum un aeroion poate fi îndepărtat din zona de formare și adus în zona de utilizare. Procesul este facilitat, de asemenea, de scăderea mobilității sarcinii negative după formarea aeroionului negativ și de valoare mai scăzută a câmpului în exteriorul zonei corona.

II.2.1. Construcția generatoarelor de aeroioni cu descărcare corona

Generarea prin descărcare corona este folosită de o clasă foarte largă de aeroio-nizatoare (utilizate actualmente aproape în exclusivitate).

Problema cea mai importantă ce se pune în cazul acestor aeroionizatoare este aceea a minimizării formării compușilor oxizi, respectiv ozon și oxizi de azot. Părțile principale ale unui aparat de acest tip sunt: sistemul de electrozi pentru descărcarea corona și sursa de înaltă tensiune. Succint putem spune că optimul funcționării aeroionizatorului este atins atunci când cu un sistem dat de electrozi se obține maximul de generare pentru o tensiune de alimentare minimă.

Utilizarea în aeroionizatoarele de acest tip a unor circuite ce furnizează tensiuni mari impune tratarea cu grijă a problemei asigurării unor izolații corespunzătoare, în deosebi în condițiile existenței prafului și umezelii în atmosferă. Protecția vârfurilor pentru descărcare corona reprezintă, o problemă foarte dificilă. Protecția se poate realiza în diverse variante însă în fiecare există anumite dezavantaje.

În ce privește emisia de aeroioni sistemele de electrozi fără protecție au față de cele cu protecție importante avantaje. Revelator în acest sens este ”Tabelul 1” în care se dau rezulele experimentale ale măsurătorilor asupra a doua acro-ionizatoare ce diferă numai prin sistemul de protecție a electrozilor.

”Tabelul 1”

Pentru obținerea aceleiași concentrații de aeroioni la o anumită distanță de aparat, curentul descărcării corona în cazul unui sistem cu electrozi protejați este mai mare, crescând astfel și probabilitatea generării ozonului și oxizilor de azot în spațiul de descărcare.

Aeroionizatoarele de acest tip pot produce concentrații maxime în jur de 106 aeroioni/cm3 la distanțe de 1m de aparat, coeficienții de unipolaritate fiind cuprinși între 0,001 și 0,002. Consumurile energetice sunt foarte reduse, curenții consumați în circuitul de înaltă tensiune fiind în general, de ordinul 10-3 A în sistemele de descărcare cu contraelectrod apropiat de electrodul emisie și mai scăzuți (10-7-10-9A), în sistemele de descărcare ce utilizează pămîntul drept contraelectrod. Diametrul vârfurilor de descărcare corona este cuprins aproximativ între 20 și 60 µ, atunci cînd se utilizează fire subțiri, diametrul lor fiind de 0,06-0,2mm.

Sursele de înaltă tensiune. Sursele de înaltă tensiune folosite la generatoarele de aeroioni cu descărcare corona prezintă specificitate în funcție de sursa de energie disponibilă, structura și numărul elementelor emisive utilizate. Ținând cont că aceste surse furnizează tensiuni înalte (în accepțiunea prezentei lucrări, 2-10 kV), în raport cu cele utilizate frecvent, trebuiesc luate măsuri deosebite în ce privește limitarea curenților pe ieșirile sursei. Deoarece curenții consumați de elementele emisive nu depășesc valori de ordinul miliamperilor în majoritatea aplicațiilor se pot realiza limitări eficiente ale curenților pe ieșirile sursei de înaltă tensiune, folosind rezistoare de mare valoare ohmică.

În funcție de sursa de energie electrică disponibilă, montajele ce pot furniza tensiunea înaltă necesară procesului de generare artificială a aeroionilor pot fi:

transformatoare sau autotransformatoare ridicătoare de tensiune alimentate de la rețea sau de la o altă sursă de tensiune alternativă, urmate de grupuri de redresare a tensiunii înalte;

grupuri de celule de multiplicare-redresare a tensiunii alternative de la rețea sau de la o altă sursă de tensiune alternativă;

oscilatoare alimentate de la tensiuni continue scăzute (baterii sau acumulatoare), tensiunea alternativă obținută fiind ridicată ulterior, în funcție de valoarea și necesitatea, prin unul din procedeele anterioare;

surse în comutație alimentate de la rețea sau de la o tensiune continuă.

Felul și numărul clemențelor emisive utilizate impun din punct de vedere practic puterea sursei și valoarea înaltei tensiuni.

În general, în diversele variante constructive ale generatoarelor de aeroioni se urmărește ca prin realizarea unor configurații adecvate ale elementelor emisive să nu fie necesare valori de peste 10 kV ale înaltei tensiuni. În acest mod se simplifică problema realizării izolațiilor, crescând și protecția personalului. Montajele cu transformator implica utilizarea unei scheme ca cea din ”Fig. 2.5.”

Împământarea unui capăt al secundarului este obligatorie, în scopul asigurării închiderii circuitului curentului necesar în procesul de generare a aeroionilor.

”Fig. 2.5. Sursă de înaltă tensiune cu transformator”.

Rezistoarele Rlim se dimensionează pentru limitarea curentului la valori nepericuloase pentru operator în cazul atingerilor accidentale. În general, în scopul evitării problemelor legate de repartizarea uniformă, a tensiunii pe diodele redresoare și pe condensatoarele de filtraj se preferă divizarea secundarului transformatorului în mai multe înfășurări a căror tensiuni redresate și filtrate se înseriază ulterior, conform schemei din”Fig. 2.6.”

”Fig. 2.6. Sursă de înaltă tensiune, cu transformator și înfășurare secundară divizată”.

Tensiunile obținute de la surse cu transformatoare sau autotransformatoare ce acoperă practic o plajă foarte largă de valori, putând ajunge până la 100 kV pentru elemente emisive ce utilizează pămîntul drept contraelectrod de descărcare.

Deoarece, în general, după cum s-a arătat, carența implicațiilor în procesele de generare a aeroionilor sunt de valori mici, utilizarea transformatoarelor sau autotransformatoarelor este justificată numai atunci când acestea alimentează un număr mare de demențe emisive (în cazul generării în volume mari).

Montajele cu multiplicare și redresare sunt deosebit de utile atunci când tensiunea necesară procesului de generare are valori relativ scăzute (2 – 5 kV) iar curentul consumat este foarte mic.

Volumul redus și fiabilitatea ridicată sunt două din avantajele principale ale acestor surse. În ”Fig. 2.7.” se dă schema unei surse de acest tip.

”Fig. 7. Sursă de înaltă tensiune cu celule de multiplicare”.

Creșterea tensiunii furnizate de aceste surse se obțin prin creșterea capacității condensatoarelor, a frecvenței tensiunii de alimentare (la alimentarea dintr-un oscilator) și creșterea limitată însă, a numărului celulelor de multiplicare.

Faptul că rețelele obișnuite nu sunt cu nulul izolat permit închiderea circuitului curentului de aeroioni, fără necesitatea unei împământări suplimentare. Deoarece puterea absorbită de sursele cu multiplicare a tensiunii este redusă, există posibilitatea unui reglaj potențiometric la intrarea montajului în scopul obținerii unei înalțe tensiuni reglabile ca în ”Fig. 2.8.”

”Fig. 2.8. Sursă de înaltă tensiune cu celule de multiplicare și reglare de tensiune”.

Valoarea rezistorului R se stabilește astfel încât pentru cursorul potențiometrului în poziția extremă jos, tensiunea la ieșirea grupului de celule de multiplicare să fie la pragul de generare a aeroionilor.

Se mai folosesc surse de înaltă tensiune ce reprezintă o combinație a procedeelor arătate anterior, o schemă în acest sens fiind dată în” Fig. 2.9.”

”Fig. 2.9. Sursă de înaltă tensiune cu transformator și celule de multiplicare”.

Obținerea tensiunii înalte cu oscilatoare alimentate de la tensiuni continue scăzute se utilizează, de obicei, la generatoarele de aeroioni destinate echipării mijloacelor de transport. Utilizarea unui tranzistor de tip BC 171 și a unei tensiuni de alimentare continue de 12V permit, prin folosirea montajului din ”Fig. 2.10.” să se obțină pe circuitul de înaltă tensiune o putere suficientă asigurării unui debit de peste 50 000 aeroioni/cm3 la distanța de 1m de aparat.

”Fig. 2.10. Sursă de înaltă tensiune cu oscilator”.

Folosirea surselor în comutație prezintă, față de variantele prezentate anterior, avantajul reglării comode a înaltei tensiuni în funcție de necesitatea și posibilitatea obținerii unor puteri ridicate pe circuitul de înaltă tensiune la un gabarit redus. De asemenea, circuitul secundar este bine izolat față de rețea, lucru important pentru asigurarea unei protecții corespunzătoare.

Sursele în comutație au însă prețuri relativ ridicate, utilizarea lor fiind justificată în sistemele centralizate de alimentare pentru volume foarte mari, cu multe elemente emisive. Generatoarele de aeroioni se alimentează de la acumulatorul autovehiculului, prin intermediul unui oscilator cu tranzistor obținându-se o tensiune alternativă ce se aplică ulterior unui grup de celule de multiplicare și redresare a tensiunii Cockroft-Walton. Tensiunea negativă de la ieșirea celulelor de multiplicare, cu valori între 3 și 5 kV, se aplică unui sistem de elemente emisive cu vârfuri. În ”Fig. 2.11.” este prezentată schema unui generator de acroioni de acest tip.

”Fig.2.11. Schema electronică a unui generator pentru autovehicule”.

Principalele caracteristici tehnice ale acestor aparate sunt:

– tensiuni de alimentare: 6,12, 24 Vc.c;

– curent maxim absorbit: 50 mA;

– emisia de aeroioni: 3 · 107 aeroioni/ cm3 la 0,5 m distanță de aparat, stabilă la variațiile tensiunii de alimentare.

CAPITOLUL III

REGIMUL NUCLEO-IONIC AL AERULUI ÎN LOCALITĂȚILE MARI ȘI ZONE INDUSTRIALE

Puternica dezvoltare a unor orașe în etapa actuală și legat de acestea, a unor puternice zone industriale, a dus la modificări ale microclimatului local din care, ca factor important, face parte și aeroionizarea. Poluarea însoțită de prezența în aerul zonei respecțive a unui număr sporit de microparticule în suspensie (fum și praf rezultate din unele procese industriale, picături fine ale unor lichide etc. vor creea de fapt condiții propice nefavorabile pentru condiții de microclimat igienic). Transformarea aeroionilor mici în aeroioni mari, în majoritatea cazurilor aceștia au în compoziția lor substanțe dăunătoare organismului.

Regiunea în care este amplasată o localitate este în general caracterizată de valori considerate ca normale ale indicatorilor nucleo-ionici, după cum urmează:

– concentrația aeroionilor mici pozitivi (n+), respectiv negativi (n-) pe cm3 aer…..400 – 700 perechi;

– coeficientul (raportul) de unipolaritate al aeroionilor mici (q = n+/n-)… 1,10 -1,20;

– suma aeroionilor mici de ambele semne (n+ + n-) pe 1 cm3 aer.. .800 – 1400;

– concentrația aeroionilor mari pozitivi (N+), respectiv negativi (N- ) pe 1 cm3 aer… 1500—3000 perecli;

– suma aeroionilor mari de ambele semne (N+ + N- ) pe 1cm3 aer… 3000—6000;

– raportul (coeficientul) ionic de poluare

– nucleii de condensare (NdC) pe 1 cm3 aer (limite)… 1000—40000.

(3.1)

Spre deosebire de aceste valori care asigură necesarul biologic de aeroioni mici al organismului și de concentrațiile de aeroioni mari foarte reduse și nesemnificative din punct de vedere al efectului, în zona orașului vom avea un tablou al regimului nucleo-ionic total modificat, caracterizat uneori de reduceri ale concentrațiilor de aeroioni mici și creșteri de zeci sau sute de ori ale concentrațiilor de aeroioni mari și nuclei de condensare.

După datele lui Remizov și Lesgaft (citați de Minh, 1954), în centre mari industriale concentrația ionilor mici coboară la 40 – 400/cm3 aer în același timp, în atmosferă urbană poluată deseori predomină ionii pozitivi, față de cei negativi (în acest caz q este mai ridicat decât 1,20). Concentrațiile de aeroioni mari cele mai ridicate, menționate pentru orașe sunt: 80000 ioni grei pe l cm3 aer (Chalmers, 1967), sau 100000 ioni secundari (mijlocii grei și foarte grei) pe 1 cm3aer (Assmann, 1955).

În ceea ce privește nucleii de condensare (NdC) într-o vastă monografie a lui Verzâr (1967), cu rezultate ale măsurătorilor din perioada 1940 – 1963, limitele pentru mediu exterior nepoluat sunt cuprinse între 1000 și 4000. În ”Tabelul 1” sunt prezentate rezultatele măsurătorilor concentrațiilor de aeroioni din câteva orașe mari.

Chiar dacă valorile obținute în diferite orașe diferă mult între ele, datorită condițiilor locale specifice, pot fi totuși remarcate reducerile importante ale concentrațiilor de aeroioni ușori și concentrațiile sporite de aeroioni grei.

”Tabelul 1”

Valorile obținute în diferite puncte ale unui oraș pot de asemenea să difere între ele, în funcție de existența zonelor verzi, parcurilor, arterelor intens circulate, obiectivelor industriale etc. În acest sens, ”Tabelul 2” prezintă rezultatele obținute de E. Lesgaft în orașul Leningrad..

”Tabelul 2”

Observațiile menționate au fost, în majoritatea cazurilor, rezultate ale unor investigații sporadice. Analiza acestor modificări nu a fost recomandată ca o metodă sistematică globală, de apreciere a intensității poluării atmosferei. Monografii recente asupra epidemiologiei poluării aerului nu se referă la ionizare și la nucleii de condensare, deși se observă tendința de utilizare a metodelor multilaterale de investigație după cum este evidentă necesitatea unor indicații pentru evaluarea intensității poluării și zonarea bazinului atmosferic poluat, pentruca apoi să se poată corela indicatorii poluării cu starea de sănătate a populației, și de asemenea să se poată determina extinderea zonelor de poluare și nocivitate în jurul surselor.

Spre deosebire de acest punct de vedere, cercetătorii români, apreciind importanța deosebită a aeroionizării și-au propus într-o serie de lucrări să folosească determinările sistematice de aeroioni și nucle de condensare ca:

metodă globală, sintetică (evident nespecifică) pentru aprecierea intensității poluării urbane;

metodă pentru obținerea unor indicatori și a unor scări de evaluare a intensității poluării;

metodă pentru zonarea intensității poluării atmosferei urbane;

metodă pentru delimitarea extinderii zonelor de poluare în jurul surselor principale de impurificare a bazinului atmosferic urban;

metodă pentru delimitarea, pe teritoriul centrelor populate și în apropierea lor, a unor zone relativ puțin poluate, favorabil ionizate, zone care trebuie protejate din punct de vedere sanitar și folosite ca spații de odihnă, în aer liber.

În acest scop au fost determinați aeroionii mici (n+,n-) mobilitate peste 1 cm2/V · s, diametru ~ 10-7 cm), aeroionii mari (N+ , N- , mobilitate ≤ 0,015 cm2/V · s, diametru ~ 10-5 cm) nucleii de condensare (NdC, diametru 10-6 – 10-5 cm), în diferite centre industriale, deosebite prin intensitatea (cantitatea) și profilul (calitatea, componentele) poluării.

Pentru zonarea intensității poluării bazinului atmosferic urban, se unesc punctele de determinare, în care indicatorii nucleo-ionici au avut nivele (mărimi) similare sau apropiate.

Indicatorii nucleo-ionici propuși și utilizați ca atare au fost:

Densitatea relativă a ionilor mici (d) definită ca fiind raportul dintre concen-trația medie a ionilor mici dintr-o zonă urbană, și o zonă martor relativ nepoluată, concentrația medie a ionilor mici din zona martor fiind considerată 100%.

Astfel, formula acestui indicator va fi:

(3.2)

Unde:

da — este densitatea relativă a ionilor mici, în zona (punctul) a;

(n+)a,(n-)a — concentrația medie a ionilor mici pozitivi, respectiv negativi, pe 1 cm3 aer, în zona (punctul) a;

(n+)0,(n-)0 — concentrația medie a ionilor mici pozitivi, respectiv negativi, pe 1 cm3 aer, în zona 0 (martor), relativ nepoluată.

Indicatorul d este cu atât mai mic cu cât poluarea complexă este mai intensă, limita superioară fiind 100 pentru zone depărtate de sursele de poluare.

Densitatea relativă a ionilor mari (D), definit ca raportul dintre concentrația medie a ionilor mari, dintr-o zonă urbană, și o zonă martor relativ nepoluată, concentrația medie a ionilor mari din această zonă fiind considerată ca 100%. Formula de calcul a acestui indicator este:

(3.3)

Unde:

Da — este densitatea relativă a ionilor mari, în zona a;

(N+)a, (N-)a — concentrația medie a ionilor mari, în zona a;

(N+)0, (N-)0 — concentrația medie a ionilor mari, în zona martor.

D — este cu atât mai mare cu cât poluarea complexă este mai intensă; limita lui inferioară este 100, și el scade spre periferie.

Coeficientul (raportul) ioni de poluare (K), amintit anterior, utilizat ca indicator de poluare pentru aerul urban. Acest coeficient scade de la surse, unde atinge valori peste 100, spre periferie;

Coeficientul (raportul) nucleo-ionio de poluare (F) a fost definit ca fiind raportul dintre concentrația medie a nucleilor de condensare, pe 1 cm3 aer (concentrația acestora crește în mediul poluat) și suma concentrațiilor aeroionilor mici pozitivi și negativi din acecași zonă (concentrația ionilor mici scade în atmosfera poluată). Formula de calcul este :

(3.4)

Unde :

P — este coeficientul nucleo-ionic de poluare, într-o zonă urbană;

NdC — concentrația nucleilor de condensare, pe 1 cm3 aer, în aceeași zonă;

(n+) + (n-) — suma concentrațiilor ionilor mici pozitivi și negative;

Evident, P scade de la surse la periferie.

În comparație cu valorile unor indicatori specifici ai poluării, este propusă o scară pentru evaluarea intensității poluării aerului urban, pe baza coeficientului nucleo-ionic ”Tabelul 3”. Faptul că indicatorii aleși răspund scopului propus rezultat din analiza datelor ridicate în teren cuprinse în tabelele următoare.

”Tabelul 3”

Astfel, ”Tabelul 4” prezintă unii indicatori ai aeroionicilor (concentrații medii ale ionilor mici și mari).

”Tabelul 4”

Nota; q, K1 reprezintă mediile aritmetice ale indicatorilor obținuți prin determinările individuale.

În ”Tabelul 5” sunt prezentate mediile indicilor „densitatea relativă a ionilor mici” (d) și, densitatea relativă a ionilor mari” (D), în 3 zone ale unui centru cu industrie chimică și de

materiale de construcție.

”Tabelul 5”

Notă: Pentru zona martor (N+)0 + (N-) = 5000

Unde:

n+,n- , N-, N+ coeficientul de unipolarilate ai ionilor mici, q; raportul ionic de poluare, K în două zone ale unui centru siderurgic și comparativ, în comune învecinate.

În ”Tabelul 6” poate fi urmărită evoluția raportului nucleoionic de poluare (I) pentru diferite localităti sau zone de munte, calculele fiind făcute pe baza mediilor aritmetice ale tuturor determinărilor de aeroioni și nuclei de condensare, efectuate în localitatea respectivă.

”Tabelul 6”

Pe baza rezultatelor obținute autorii menționați formulează următoarele concluzii:

– determinările de aeroionizare și nuclei de condensare pot oferi indicatori globali, sintetici, nespecifici ai poluării atmosferei urbane;

– se pot elabora scări pentru evaluarea poluării atmosferei urbane pe baza indicatorilor nucleoionici;

– se poate zona intensitatea poluării bazinului atmosferic al centrelor populate, pe baza indicatorilor nucleoionici.

Toate datele anterioare confirmă faptul că atmosfera orașelor prezintă modificări substanțiale în ceea ce privește concentrațiile naturale de aeroioni mici, mari și nuclei de condensare. Se va impune deci ca, prin mijloace artificiale dar care reproduc naturalul, să compensăm, la nivelul incintelor, efectele staționării într-un mediu cu concentrații de aeroioni mici diminuate cât și poluat cu microparticule în suspensie, încărcate sau nu electric.

CAPITOLUL IV

AEROIONIZAREA ÎN INDUSTRIE

IV.1. Regimul electric al spațiilor de producție

În aerul secțiilor fabricilor și uzinelor pot exista cantități mari de particule încărcate, adesea cu semn pozitiv, care pot avea efecte nocive asupra organismului. Efectele vor fi mai nocive când avem și aeroioni grei cu suport metalic sau alte substanțe dăunătoare.

Problema se pune în special pentru secțiile de sudare electrică sau autogenă, fabricile de textile, hârtie sau materiale electroizolante, secții de șlefuit etc.

Procesele de sudare au atras atenția multor cercetători prin faptul că acestea sunt surse ale unor intense procese de aeroionizare. Astfel, pentru sudarea electrică sunt edificatoare datele din ”Tabelul 1”.

”Tabelul 1”

Concluziile studierii regimului aeroionizării în zona proceselor de sudare electrică evidențiază urinătoarele:

– procesul de sudare electrică produce o puternică electrizare a aerului cu particule încărcate electric și aeroioni ușori.

– electrizarea este foarte intensă lângă punctul de sudare și în zona de lucru, micșorându-se puternic pe măsura creșterii distanței.

– purtătorii de sarcină electrică sut în principal particulele de metal pulverizat și oxizii lor.

În cazul sudării autogene condițiile de electrizare ale aerului sunt diferite de cele ale sudării electrice, procese de ardere fiind surse intense de aerotonizare. Concentrațiile sarcinilor sunt mai ridicate în zona sudării autogene decât în cazul procedeului electric, dar scăderea cu distanța este mai pronunțată, căci radiația ultravioletă formată în cazul sudării electrice produce o aeroionizare mai puțin localizată decât flacăra. Purtătorii de sarcină sunt însă și în acest caz în principal microparticule încărcate. ”Tabelul 2” prezintă rezultatul măsurătorilor în cazul unui proces de sudare autogenă.

”Tabelul 2”

Studierea de către diverși cercetători a regimului de ionizare din unele întreprinderi textile a evidențiat o puternică încărcare a aerului în interiorul secțiilor, concentrațiile cele mai mari remarcându-se în secțiile de finisaj.

Pentru o astfel de secție au fost înregistrate 37309 sarcini pozitive și 15215 sarcini negative pe cm3, coeficientul de unipolaritate fiind 2,45. Pentru o secție de imprimat s-au obținut 23332 sarcini pozitive și 2110 sarcini negative pe cm3, coeficientul de unipolaritate fiind 11,01. În ambele cazuri se observă preponderența sarcinilor pozitive. Pentru o filatură de bumbac s-au obținut 4512 sarcini pozitive și 2519 sarcini negative pe cm3, coeficientul de unipolaritate fiind egal cu 1,9. În secțiile de pregătire s-a obținut o preponderență a sarcinilor negative, coeficientul de unipolaritate fiind egal cu 0,5. Sursele sarcinilor în aceste procese sunt frecările între fire sau între fire și metale, suporturi de mase plastice, aer etc. În timp se obțin variații mari ale concentrațiilor de sarcini, acestea fiind puternic dependente de materialele utilizate și condițiile de microclimat. Purtătorii de sarcină vor fi în principal microparticule din materialele prelucrate și deci în principiu aeroioni grei.

În fabricile de hârtie și în general în toate procesele industriale unde se lucrează cu materiale electroizolante, datorită frecărilor, sunt create condiții favorabile unor încărcări puternice ale aerului cu sarcini electrice. Edificator în acest sens este ”Tabelul 3” pentru diferite secții ale unei fabrici de hârtie. Se observă că în unele secții încărcările cu sarcini sunt mult mai mari decât în cele din exterior.

”Tabelul 3”

În intreprinderile mecanice, în funcție de procesul de producție, pot fi puse în evidență concentrații ridicate de sarcini și cu variații mari de la secție la secție. Datele din”Tabelul 4”prezintă caracteristicile încărcării electrie a aerului în secțiile unei uzine pentru repararea utilajului de cale ferată. Măsurătorile efectuate și în cazul altor procese industriale evidențiază întotdeauna apariția unor încărcări ale aerului mult diferite de cele corespunzătoare unei atmosfere normale În majoritatea cazurilor se observă o impurificare cu praf în diferite grade de dispersie, care se formează și se încarcă prin efect triboelectric la sfărâmarea substanțelor, la prelucrarea reperelor, prin șlefuire, ascuțire etc.

”Tabelul 4”

În general, praful metalic poartă sarcină negativă, cel nemetalic, pozitivă. Particulele de oxizi acizi se încarcă pozitiv, cele ale bazelor negativ. Polaritatea sarcinilor particulelor de sare depinde de concentrația relativă a ionilor de acizi și baze.

Faptul că în unele situații se obține o preponderență a sarcinilor negative față de cele pozitive nu înseamnă că avem un climat favorabil, din moment ce purtătorii sarcinilor negațive sunt în aceste situații praful, vaporii, picături mici de lichide etc. normele de igienă presupunând înlăturarea acestor particule din zona de respirație.

IV.2. Probleme privind optimizarea regimului nucleoionic al secțiilor de producție

Problema asigurării unor condiții de microclimat favorabile în secțiile de producție cuprinde ca parte integrantă și regimul nucleo-ionic al respectivului spațiu. După cum s-a arătat antenor, diferitele procese industriale pot fi puternic generatoare de sarcini electrice care încarcă sub formă de aeroioni ușori și grei aerul zonei respective, în care se mai găsesc în suspensie un mare număr de microparticule (printre acestea și nuclei de condensare) cu caracteristici fizico-chimice care depind în mare măsură de respectivul proces tehnologic.

Optimizarea regimului nucleo-ionic al secțiilor de producție are în vedere asigurarea unor concentrații de aeroioni mici cât mai apropiate de cele din mediul natural nepoluat și diminuarea în cât mai mare măsură a concentrațiilor de ieroioni grei și microparticule. Rezolvarea este diferențiată în funcție de valorile concentrațiilor de aeroioni (ușori, grei) polaritățile lor și proprietățile fizico-chimice ale suportului aeroionilor grei și microparticulelor (dimensiuni, stare de agregare, compoziție chimică etc.). Desigur problematica înlăturării microparticulelor din aerul secțiilor de producție este complexă și ea este tratată corespunzător în literatura de specialitate. Abordarea din punct de vedere al regimului nucleo-ionic și soluțiile preconizate vin să completeze procedee deja utilizate dar care nu pot creea și menține un micro-climat corespunzător (ventilația, filtrarea obișnuită, filtrarea electrostatică cu recircularea aerului din încăpere etc.).

Ca primă condiție pentru rezolvarea problemei se cere cunoașterea exactă prin determinări a mărimilor ce caracterizează regimul nucleo-ionic al respectivului spațiu de producție, în funcție de rezultatele obținute se poate impune:

– diminuarea concentrațiilor de aeroioni grei pozitivi și/sau negativi;

– înlăturarea microparticulelor din aer;

– restabilirea concentrației de aeroioni ușori negativi la valorile optime;

– neutralizarea sarcinilor electrice parazite care se pot acumula pe unele materiale prelucrate.

Problema sarcinilor electrice parazite este tratată pe larg în literatura de specialitate, apariția și acumularea acestora putând produce dificultăți de desfășurare a însuși procesului de producție (forțele electrostatice dintre fire în industria textilă etc.) sau prin descărcarea lor necontrolată, accidente și incendii. În ionizarea aerului se iau în considerare aceste sarcini numai în măsura în care acumularea lor pe materiale contribuie la modificări de încărcare electrică în zona de respirație.

Diminuarea concentrațiilor aeroionilor grei pozitivi și/sau negativi cu reținerea suportului acestora sau înlăturarea împreună cu suportul, se recomandă ori de câte ori acest lucru este posibil (de exemplu, prin ventilație puternică, recircularea aerului cu filtrare electrostatică, folosirea altor tipuri de filtrare etc.). Dacă nu este posibilă îndepărtarea suportului din aer, se recomandă diminuarea concentrațiilor de aeroioni grei pozitivi prin neutralizare în orice situație, ținând cont de efectul nefavorabil sub raport biologic al sarcinii pozitive și de faptul că aceasta poate spori acțiunea nocivă a unor substanțe ale suportului. În alte situații, datorită câmpurilor electrice din incintă (componente naturale, perturbatoare produse de utilaje, produse special pentru acest scop) forțele electrostatice care produc sedimentarea depășesc net forțele gravitaționale, prin aceasta scăzând posibilitatea de inspirare a particulelor încărcate. Datorită valorii rezistenței de izolație om-pămînt în general scăzută, pămîntul ce posedă o sarcină negativă comunică potențialul său corpului uman, astfel încât aeroionii grei negativi sunt într-o oarecare măsură respinși electrostatic la nivelul sistemului respirator. Problema este aceea a reținerii particulelor încărcate la nivelul sistemului respirator comparativ cu cele neîncărcate, acest aspect interesând în mod deosebit atunci când prin ionizarea artificială în mediul poluat, poate crește concentrația aeroionilor grei de o anumită polaritate. Lifșiț și colaboratorii, (1918, 1957) au arătat că microparticuleie încărcate sunt reținute în sistemul respirator în proporție de 62,3 — 86,7% iar cele neîncărcate în proporție de 10,5—32,9%. Cu toate că nu sunt precizate condițiile de izolare față de pămînt ale subiecților, se arată că procentul de reținere al microparticulelor încărcate pozitiv este mai mare decât al microparticulelor încărcate negativ, diferența putând proveni din respingerea electrostatică menționată anterior. Edificatoare ar fi determinările procentuale ale reținerii separate pentru fiecare polaritate. Chiar și numai prin considerarea creșterii de peste 50 ori a vitezei de sedimentare a microparticulelor încărcate negativ rezultă avantajul folosirii aeroionizării negative moderate pentru purificare a aerului în condițiile unui mediu poluat. În ceea ce privește aeroionii pozitivi și/sau negativi, dacă aceștia coexistă în concentrații ridicate împreună cu cei grei, atunci prin masurile de diminuare a concentrațiilor de aeroioni grei se reduce corespunzător și numărul celor ușori. Dacă prin specificul procesului productiv sunt generați aeroioni ușori în exces și atmosfera nu este poluată neutralizarea este simplă, ea realizându-se cu un generator de aeroioni de polaritate opusă celor în exces.

Înlăturarea microparticulelor din aerul spațiului de producție se rezolvă în funcție de raportul dintre numărul total de microparticule și numărul celor încărcate. Dacă aproape toate microparticulele sunt încărcate, ne încadrăm în unul din cazurile precedente. Dacă majoritatea microparticulelor sunt neîncărcate, problema principală este aceea a înlăturării lor din zona de respirație, aceasta putându-se face cu ajutorul aeroionilor de polaritate negativă în concentrații moderate în prezența persoanelor sau în concentrații ridicate în lipsa acestora.

Procedeele tehnice adoptate pentru realizarea modificărilor regimului nucleo-ionic în sensurile precizate sunt, de asemenea, în funcție de concentrațiile și caracteristicile fizico-chimice ale aeroionilor și microparticulelor din respectivul spațiu. Astfel în cazul generării localizate de aeroioni grei pozitivi sau negativi, prin dirijarea spre respectiva zonă a unui flux puternic de aeroioni ușori de polaritate negativă generață artificial, se poate obține o diminuare puternică a concentrației de aeroioni grei pozitivi, situație reprezentată grafic în ”Fig. 4.1.”

’’Fig.4.1. Graficul aeroionilor grei pozitivi’’.

Unde:

1 — media măsurătorilor concentrațiilor de aeroioni;

2 — concentrația de aeroioni ușori pentru neutralizare;

3 — concentrația de aeroioni grei după neutralizare.

Dacă în cazul necesității înlăturării aeroionilor grei negativi nu se folosesc pentru neutralizare aeroioni ușori pozitivi în scopul evitării unei anumite încărcături cu sarcini pozitive a aerului, când relațiile cantitative nu sunt precis controlate, se pot folosi tot aeroioni negativi ușori care, în funcție de dimensiunile microparticulei suport, produc o încărcare suplimentară cu sarcini clectrice a acestora, astfel crescând viteza de deplasare în câmpul electric al generatorului și implicit viteza de sedimentare.

Când este necesară, neutralizarea unei emisii puternice de aeroioni ușori pozitivi sau negativi localizată, se pot folosi, de asemenea, fluxuri dirijate de aeroioni ușori generați artificial, negativi sau pozitivi. Dacă, prin desfășurarea procesului productiv aeroionii în exces sunt produși dispersat sau este facilitată o rapidă dispersie a acestora, atunci realizarea unei neutralizări eficiente presupune dispunerea în întreaga incintă, la înălțimi la care nu este deranjată activitatea respectivă, a unei configurații de generatoare de ioni negativi tip lustră, cu debite corelate cu aeroionizarea produsă în respectivul proces tehnologic dacă aceasta nu se ridică la valori prea mari, astfel încât să se impună valori ale concentrațiilor generate artificial de peste 107 aeroioni/cm3. Până la aceste valori este posibilă o curățire a aerului în prezența persoanelor din încăpere. Prin folosirea unei lustre electroefluviale cu câmp electric exterior plasată convenabil în zone puțin circulate, se pot obține neutralizări și sedimentări ale suportului aeroionilor grei, fără încărcare electrică suplimentară a aerului în restul incintei. Neutralizarea aeroionilor ușori și grei se poate face, de asemenea, și cu ajutorul unor colectoare alimentate la tensiuni mai mici decât cele la care apar descărcări, aeroionii deplasându-se în câmpul creat de acestea și sedimentând pe plăci, praful depus fiind îndepărtat ulterior prin procedee mecanice. Pentru îndepărtarea particulelor neîncărcate se utilizează generatoare de aeroioni negativi de tip lustră cu sau fără câmp electric exterior. S-au obținut rezultate foarte bune la sedimentare cu ajutorul fluxurilor de aeroioni ușori negativi a prafului de cuarț fin dispersat, prezent foarte frecvent în industrie. Metoda permite să se aglomereze rapid particulele de cuarț în suspensie și să se îndepărteze din încăpere într-o direcție determinată, dată de liniile câmpului electric.

Există însă situații când nici unul din procedeele arătate nu este aplicabil. Este cazul desfășurării activităților în spații foarte largi sau chiar în aer liber, în condiții de poluare intensă, mine, sau atunci când generarea de microparticule, încărcate sau nu, este atât de puternică, încât numărul acestora nu poate fi diminuat corespunzător. Există de asemenea situații când regimul nucleo-ionic din spațiul de producție prezintă caracteristici puternice variabile în timp sau când acestea sunt insuficient precizate din lipsa determinărilor. Pentru aceste situații și pentru cazurile în care folosirea aeroionizării la nivelul incintei poluate nu se preferă, experimentele arată că, după desfășurarea activității în asemenea condiții prin staționarea zilnică timp de 15 – 20 minute într-o încăpere specială cu aer îmbogățit în aeroioni ușori negativi, pot fi suprimate eventualele modificări dăunătoare ce ar putea să apară în organism.

CAPITOLUL V

ELECTROFILTRE

V.1. Principiul de lucru și modul de funcționare

Filtrele electrostatice (denumite curent electro-filtre), realizează separația prafului prin ionizarea gazelor purtătoare a particulelor de cenușă și prin urmare tensiunea de lucru a acestora este ridicată.

Epurarea electrică a gazelor se bazează pe următorul principiu: gazele ce urmează să fie epurate trec printr-o carcasă al cărui echipament interior constă în esență din electrozi de emisie și electrozi de depunere cu suprafețe mari, așezați față în față.

Sistemul de emisie conectat la polul negativ al instalației de producere a tensiunii înalte se pune sub o tensiune a cărei mărime este determinată de natura și cantitatea gazului care trebuie epurat și a gazului ce trebuie separat. Se formează astfel un câmp electric între electrozii de emisie și cei de depunere.

Sub influența câmpului extrem de puternic din apropierea imediată a electrozilor de emisie se produce o descărcare ”Corona” care ionizează gazul de evacuare. Ionii ce se produc cu această ocazie, în majoritatea cazurilor de polaritate negativă, încarcă electric pulberea ce plutește în gaz și trebuie separată. Forțele ce acționează în câmpul dintre electrozii de scuturare și cei de depunere, împing pulberea spre electrozii de depunere pozitivi, legați de pămînt.

Aici pulberea cedează sarcina și cade în urma impactului executat de mecanismele de scuturare, în buncărul de colectare a pulberii (cenușii), care reprezintă partea terminală de jos a carcasei electrofiltrului.

Se asigură în mod automat menținerea în permanență a tensiunii, la o valoare inferioară, dar cât se poate de aproape de tensiunea de străpungere a gazului, care de multe ori prezintă variații mari.

V.2. Caracteristici tehnice

Principalele caracteristici tehnice ale electrofiltrelor sunt:

Debitul de gaze înaintea electrofiltrelor 1.698.000 Nm3/h (739 m3/s)

Temperatura gazelor arse înaintea electrofiltrelor 140 °C

Conținutul de praf (de cenușă al gazului neepurat 67,7 g/Nm

Conținutul de materiale combustibile din praful gazului neepurat 55,9 %

Gradul de desprăfuire 99,13 %

Conținutul de praf al gazului epurat 0,5 g/Nm

Numărul de camere de desprăfuire 2

Caracteristicile unei camere de desprăfuire:

numărul celulelor 2

numărul trecerilor 70

înălțimea câmpului 12,25 cm

lungimea câmpului 2×4,32=8,64 m

suprafața de depunere 14,817 m

viteza gazelor arse 2 m/s

timpul de parcurgere 4,33 s

viteza de migrație 11,83 cm/s

numărul sistemelor de scuturare electrozilor de depunere 4

numărul sistemelor de scuturare electrozilor de emisie 8

numărul de agregate de înaltă tensiune 2

tensiunea nominală (în curent continuu) 75 Kw

puterea de racordare 2×200=400 kVA

intensitatea maximă de curent continuu furnizată 2×2850=5700 A

V.3. Elemente constructive și funcționale

”Fig. 5.1. Schema unui electrofiltru cu trei zone”.

Unde:

1 – pâlnie difuzoare;

2 – dispozitiv de liniștire și unifonrizare a curgerii, A, 3B, 3C;

3- electrozi de depunere grupați în cele 3 tronsoane (A, B, C);

4- electrozi de ionizare;

5 – cadre de întindere a barelor de ionizare;

6 – buncăre;

7 – evacuare cenușă;

8 – izolatorii electrozilor de ionizare;

9 – dispozitiv de scuturare a electrozilor de ionizare prin ciocănire sau vibrare periodică;

10 – confuzor de evacuare a gazelor.

Carcasa electrofiltrului este o construcție sudată din tablă de oțel, etanșă la gaze, rigidizată corespunzător cu ajutorul unor pofile pentru a face față depresiunii ce se naște în cursul exploatării.

În partea inferioară carcasa are buncărele în care se colectează cenușa separată. Pentru a evita situarea sub punctul de rouă, carcasa filtrului este izolată termic.

Sistemul de electrozi este format din electrozii de depunere și electrozii de emisie. Pentru a evita antrenarea cenușii pe durata scuturării, electrozii de depunere sunt formați din profile CS, crescând astfel zona de stagnare și împiedicând astfel antrenarea cenușii. Aceștia se fixează prin șuruburi la partea de sus în suporți plăcilor de grinzi de susținere iar la partea de jos se fixează de barele nicovalelor. Spațiul dintre două rânduri se numește ”trecere”.

Electrozii de depunere montați unul după altul formează suprafețe verticale, denumite suprafețe de depunere.

Electrozii de emisie sunt compuși din electrozi de sârmă având secțiunea de stea, montați în rame tubulare. Ramele tubulare (ramele de emisie) sunt montate în mijlocul trecerilor formate de electrozii de depunere. Ramele cu electrozii de emisie sunt suspendate de grinzile de plafon ale carcasei electrofiltrului, fiind izolate electric de acestea prin intermediul unor izolatori conici de cuarț. Izolatorii sunt prevăzuți cu un sistem de încălzire pentru evitarea unor depuneri umede și apariției unor străpungeri.

Pentru curățirea periodică a electrozilor de depunere de praful separat servesc mecanismele de scuturare a plăcilor. Acestea constau din: sistem de acționare cu electromotor și reductor, arbore, ciocane de lovire (decalate după o curbă spirală pe arborele portciocane), barele de lovire (leagă toți electrozii de depunere ai unui rând). Atunci când se realizează punerea în funcțiune a dispozitivelor de scuturare (ciocănele ce bat în electrozi) se vor scutura atât electrozii de depunere cât și ramele de ionizare (operație cunoscută în practică ca bătaia la țambale).

Scuturarea are o funcționare ciclică: perioade de scuturare urmate de perioade de oprire a scuturării. Intervalul între două scuturări se poate modifica în limite largi. Mecanismul de scuturare a electrozilor de emisie este format din mecanismul bielă-manivelă, dispozitivul cu clichet, arborele portciocane, ciocanele de lovire, nicovale fixate pe ramele de emisie. Dispozitivul cu clichet asigură prin înclichetarea sa ridicarea ciocanelor de lovire de pe arborele de scuturare în timpul cursei ascendente. Înainte de a atinge punctul superior, dispozitivul cu clichet eliberează tija, astfel că ciocanele cad liber pe nicovale. Instalația de producere a tensiunii înalte este formată dintr-o instalație de transformare și a instalației de redresare cu redresori de siliciu.

V.4. Exploatarea electrofiltrelor

Conectarea electrofiltrelor se va face numai la funcționarea cazanului pe cărbune, imediat după pornirea primei mori.

La funcționarea cazanului numai pe păcură electrofiltrele nu se conectează existând pericolul de murdărire. Instalația de evacuare a cenușii și mecanismele de scuturare a electrozilor se pornesc înainte de aprinderea focului la cazan.

La funcționarea cazanului pe cărbune și păcură sau numai pe cărbune, punerea în funcțiune a electrofiltrelor se face numai în momentul în care temperatura gazelor arse la coș se află în mod sigur deasupra punctului de rouă al vaporilor de apă (100 °C).

La oprirea cazanului se scot din funcțiune și electrofiltrele. Mecanismele de scuturare a electrozilor trebuie să mai rămână în funcțiune 6 – 8 ore. În acest timp mecanismul de comutare cu program trebuie adus la poziția ”regim permanent” pentru a se realiza o curățire mai intensă a electrozilor.

Separarea optimă a cenușii are loc la tensiunea cea mai înaltă posibilă. Această tensiune se află sub tensiunea de străpungere, foarte aproape de ea. Curentul preluat de electrofiltru depinde de tensiunea și de rezistența interioară a filtrului. Scăderea curentului duce în final la murdărirea electrofiltrului.

Controale în electrofiltre se fac numai după oprirea cazanului, scoaterea de sub tensiune a instalației electrice și punerea la pămînt în mod vizibil.

Se controlează starea de curățire a electrozilor de depunere și de emisie. În cazul unei murdăriri excesive, electrozii se curăță prin suflare cu aer comprimat.

Se controlează distanțele dintre electrozii de emisie și cei de depunere. Sârmele rupte din electrozii de emisie se vor înlocui.

Țevile portante ale sistemului de suspendare pentru grinzile ramelor de emisie trebuie să fie perfect verticale în mijlocul țevilor de protecție. Ciocanele de lovire trebuie să lovească central atât la electrozii de depunere cât și la cei de emisie. În cazul în care electrozii de emisie nu sunt suficient de curați se va regla dispozitivul cu clichet în poziția imediat superioară.

Izolatorii electrici trebuie să fie în perfectă stare de curățenie pentru prevenirea conturnărilor.

Cele mai frecvente deranjamente care pot apare în funcționarea electrofiltrelor:

Funcționarea defectuoasă a instalației de evacuare a cenușii de la electrofiltre, cenușa care se acumulează în pâlnii și poate ajunge până la nivelul electrozilor, provocând scurt circuit. În această situație, celula electrofiltrului este scoasă de sub tensiune și ea se va repune după golirea pâlniei și punerea în ordine a instalației de evacuare a cenușii.

Murdărirea sau fisurarea izolatorilor electrici ce conduce la conturnări, la scăderea tensiunii și deci a gradului de separare al electrofiltrului. Izolatorii murdari se curăță, iar cei fisurați se înlocuiesc, cu instalația oprită și scoasă de sub tensiune.

Ruperea unui electrod de emisie ce poate provoca un scurtcircuit sau o scădere a nivelului tensiunii în electrofiltru. Electrodul rupt trebuie îndepărtat, cu oprirea instalației și scoatere sa de sub tensiune.

Dacă nu funcționează toate mecanismele de scuturare, se poate forma un pod de cenușă între electrozi și prin urmare un scurtcircuit. În acest caz trebuie repuse în funcțiune toate mecanismele de scuturare.

CAPITOLUL VI

MULTIPLICATOARE DE TENSIUNE

Multiplicatoarele de tensiune

Multiplicatoarele de tensiune nu sunt altceva decât niște celule de redresare și filtrare cu un mod aparte de dispunere a diodelor și condensatoarelor, anume astfel încât ambele semiperioade ale tensiunii alternative de intrare să fie redresate, însă consumatorul Rs să primească la bornele sale suma tensiunilor rezultate, iar cu suma curenților, cum se procedează, de exemplu, la redresarea bialternanță în punte.

Există practic două variante fundamentale de dubloare de tensiune dublorul Latour ”Fig. 6.1.”și dublorul Schenkel ”Fig. 6.2.” prin a căror montare «în cascadă» de două, trei, patru circuite etc. se obțin multiplicatoarele cu 3 (triploare) cu 4 (cvadruploare), cu 5 etc. Este esențială deci înțelegerea principiului de funcționare al dubloarelor, restul constituind un simplu exercițiu de logică.

”Fig. 6.1. Dublorul de tensiune Latour ”.

”Fig. 6.2.Dublorul de tensiune Schenkel”.

VI.1. Dubloare de tensiune

Dublorul Latour

La bornele A – B ”Fig. 6.1.” se aplică tensiunea alternativă de intrare, Uin pe care o presupunem sinusoidală (de exemplu, din înfășurarea secundară a unui transformator de rețea). Să considerăm că prima semiperioadă a tensiunii de intrare este cu plusul în A și cu minusul în B. În consecință, dioda D1 se deschide, iar D2 rămâne blocată, condensatorul Cl se încarcă prin D1 până la valoarea de vârf a tensiunii de intrare, U. În semiperioada următoare (cu minusul în A și plusul în B) se deschide dioda D2 și se blochează D1, condensatorul C2 se încarcă prin D2 la valoarea de vârf a tensiunii de intrare. Ambele condensatoare sunt astfel încărcate la valoarea de vârf a tensiunii și cum ele sunt plasate în serie, între punctele M și N avem dublul acestei tensiuni 2U. Rezistența de sarcină, Rs «vede» deci tensiunea dublă 2U.

În realitate, «dublarea» de tensiune este o multiplicare cu un factor mai mic ca 2. Să ne gândim, în primul rând, la căderile de tensiune în direct pe diode (UD) atunci când ele sunt deschise; astfel, nici Cl și nici C2 nu se încarcă la valoarea de vârf U, ci la valoarea mai mică UU o în al doilea rând, în raționamentul precedent a fost ignorat (în mod voit) consumul rezistenței de sarcină, Rs, din energia înmagazinată în bateria de condensatoare Cl + C2. Astfel în absența rezistenței de sarcină (Rs= 00, respectiv bornele M – N libere), tensiunea de ieșire are valoarea 2 (U – Un). Prin conectarea unor rezistențe de sarcină de valori din ce în ce mai mici tensiunea de ieșire scade treptat, manifestându-se în același timp tot mai pronunțat caracterul pulsator (scade eficiența filtrajului). Aceste neajunsuri pot fi compensate (până la o anumită limită) prin mărirea valorii condensatoarelor CI și C2. Atunci când gabaritul și costul condensatoarelor devin prea mari este de preferat să rebobinăm secundarul transformatorului și să apelăm la redresarea obișnuită în punte.

Un exemplu practic de dublor Latour este redat în”Fig. 6.3.”. Pentru a obține la ieșire tensiunea continuă U = 12 V la un curent maxim I = 0,4 A, trebuie să alegem un transformator de rețea care să debiteze în secundar o tensiune Usec>U 12 la un curent maxim Isec>2 · I. Putem lua deci Usec=7 V și Isec = 1 A.

Condensatoarele Cl , C2 trebuie să aibă tensiunea nominală de lucru mai mare decât U/2 (putem lua 10 V iar diodele trebuie să suporte minimum 2 · I, având tensiunea inversă maximă mai mare decât 2 · U.

”Fig. 6.3. Exemplu practic de dublor Latour”.

Dublorul Schenkel

Schema ”Fig. 6.2.”conține același număr de piese ca aceea a dublorului Latour, însă altfel aranjate. Pentru a urmări funcționarea, să presupunem că prima semiperioadă a tensiunii de intrare are plusul în A și minusul în B. În consecință, dioda D1 rămâne blocată, iar D2 conduce. Condensatoarele C1 și C2, aflate în serie cu D2, se încarcă fiecare la cca jumătate din valoarea de vârf a tensiunii de intrare, U/2.

În următoarea semiperioadă, cu minusul în A și plusul în B, D2 este blocată și D1 conduce. Prin urmare, C2 rămâne încărcat la U 12, iar D1 îl descarcă pe Cl și îl reîncărca în sens invers la tensiunea de vârf U.

În cea de-a treia semiperioadă, D2 conducedin nou. La bornele diodei D1 (blocată) avem tensiunea de intrare, Uin plus tensiunea de vârf U a condensatorului C1 în consecință, condensatorul C2 se încarcă prin D2 de la U/2 până la cea 2· U. Semiperioadele următoare nu fac altceva decît să «pompeze» energie în condensatorul C2, pe calea descrisă, compensând consumul din rezistența de sarcină Rs, aflată în paralel cu C2.

Evident, și aici «dublarea» este doar aproximativă, coeficientul de multiplicare depinzând de valoarea condensatoarelor și a rezistenței de sarcină. Reluând exemplul precedent în varianta dublorului Schenkel ”Fig. 6.4.” observăm că putem folosi același transformator și aceleași diode. De data aceasta însă, condensatorul C2 trebuie să aibă tensiunea de lucru cel puțin egală cu dublul valorii de vârf a tensiunii de intrare, 2·U. Reamintim că valoarea devîrf U se obține înmulțind cu 1,41 valoarea eficace a tensiunii alternative, Uitr în cazul nostru, Uin7 V; ~9,87 V; 2· U 19,74 V 20 V. Această precauție se impune pentru a asigura condensatorul C2 în situația fără rezistență de sarcină la ieșire.

”Fig. 6.4. Dublor de tensiune Schenkel”.

VI.2. Triploare și Cvadruploare de tensiune

Triplorul de tensiune Schenkel

După cum menționam la început, obținerea multiplicatoarelor constituie o simplă «completare» a dubloarelor de bază cu una, două, trei sau mai multe celule suplimentare D – C, plasate în același «spirit» ca în schema dublorului de la care s-a plecat. Ne propunem, de exemplu, să deducem schema triplorului de tensiune învarianta Schenkel. În prealabil să rearanjăm schema din”Fig. 6.2.”, dându-i aspectul (echivalent) din ”Fig. 6.5.”. Trăgând acum cu ochiul la felul în care a fost plasată celula C2 – D2, vom adăuga elementele C3 – D3 în aceeași manieră, obținând schema triplorului Schenkel din”Fig. 6.6.”. Se poate demonstra ușor că și condensatorul C3 se încarcă la dublul valorii de vârf a tensiunii de intrare, deci. Între bornele M și N vom avea tensiunea U+2· U=3·U.

”Fig. 6.5. Dublor de tensiune”.

”Fig. 6.6. Triplorul de tensiune Schenkel”.

Triplorul de tensiune Latour

În ceea ce privește multiplicatoarele Latour, lucrurile stau la fel din punct de vedere principal dar practic este mai dificil de intuit generalizarea. De exemplu, în ”Fig. 6.7.” este redată schema triplorului Latour.

”Fig. 6.7. Triplorulu de tensiune Latour”.

Cvadruplorul de tensiune Schenkel

Mai trebuie adăugată la schema triplorului celula C4-D4, așa cum se arată în ”Fig. 6.8.”. Generalizarea este acum la îndemână oricui cu mențiunea pentru cine nu a observant că tensiunile multiple pare de U (de forma 2kU, k -natural) se «culeg» de pe ramura de jos a schemei iar cele multiple impare de U de forma (2k + 1) . U se culeg de pe ramura de sus.

De asemenea, trebuie să se țină cont de tensiunile maxime la care se încarcă fiecare condensator în parte, pentru o dimensionare corectă.

”Fig. 6.8. Cvadruplorul de tensiune Schenkel”.

Cvadruplorului de tensiune Latour

Încheiem cu observația generală că multiplicarea de tensiune, pentru un consumator Rs dat, este cu atât mai eficientă cu cât valorile condensatoarelor sunt mai mari; pentru valori date ale condensatoarelor, eficiența este cu atât mai bună cu cât curentul de sarcină este mai mic, iar în ”Fig. 6.9.”. schema cvadruplorului Latour.

”Fig. 6.9. Cvadruplorul de tensiune Latour”.

CAPITOLUL VII

CONTRIBUȚII PERSONALE

Dezvoltarea acestui tip de cercetări cere un instrumentar adecvat, pentru analiză, și deschiderea comunicării de cei ce sunt interesați de acest domeniu.

În problema care ne interesează aici, se știe că aerul atmosferic necesar respirației conține aeroioni. Unele experiențe de laborator demonstrează că fără aeroini, aerul produce influențe nefavorabile asupra organismelor vii. Cuantificarea acestor influențe necesită încă ample cercetări.

Lucrarea de față mai ține seama de faptul că în prezent utilizarea energiei atomice și a radiațiilor ionizante ce au ca urmare modificarea proceselor de ionizare a aerului, ceea ce ar putea avea o influență asupra vieții.

În acest proiect de diplomă voi prezenta două dispositive create de mine, cu ajutorul imformațiilor ce au fost culese din cărți și de pe internet.

Primul dispozitiv se numește “Dublorul de tensiune Latour”. În a doua parte voi prezenta al doilea dispozitiv numit “Electrofiltru” (folosit în desprăfuirea gazelor rezultate în urma procesului de ardere a cărbunelui dintr-un cazan de termocentrală).

VII.1. Dublorul Latour

Informații generale. Dublorul de tensiune Latour este un dispozitiv electric în care se introduce curent alternativ direct de la sursă cu ajutorul unui cablu de alimentare ce se montează în dispozitiv.

Elementele componente ale Dublorului Latour sunt:

condensatori

diode

o rezistență

conductori electrici

întrerupătoare

un transformator

o punte redresoare (cu ajutorul acestei piese, am transformat curentul alternativ în curent continuu pentru alimentarea selenoidului)

un selenoid (actuator auto).

Construcția dublorului Latour am realizat-o pe mai multe etape.

VII.1.1. Prima etapă.

Construcția băncii, aranjarea și înserierea condensatorilor.

”Fig. 7.1. Banca de susținere”.

”Fig. 7.2. Condensatori”.

În continuare voi prezenta derularea proiectului în ordinea de construcție a dispozitivului.

”Fig. 7.3.”.

”Fig. 7.4.”.

”Fig. 7.5.”.

”Fig. 7.6.”.

”Fig. 7.7.”.

VII.1.2. A doua etapă.

Montarea selenoidului (actuatorului), transformatorului, punții redresoare și întrerupătoarelor.

”Fig. 7.8. Elementele montate în a doua etapă

1 – Selenoid; 2 – Transformator; 3 – Punte redresoare;

4.a. – Întrerupător principal; 4.b. – Întrerupător secundar ”.

VII.1.3. A treia etapă.

Construcția carcasei dublorului de tensiune.

”Fig. 7.9. Carcasa dispozitivului”.

”Fig. 7.10. Carcasa dispozitivului, sistemul mobil și picioarele de susținere”.

”Fig. 7.11.”.

”Fig. 7.12. Finalizarea carcasei”.

VII.1.4. A patra etapă.

În această etapă am finalizat Dublorul de tensiune Latour.

”Fig. 7.13. Elementele componente ale dublorului: 1 – Condensatori; 2 – Diode;

3 – Rezistență; 4 – Conductori electrici; 5.a. – Întrerupător principal; 5.b. – Întrerupător secundar; 6 – Transformator; 7 – Punte Redresoare; 8 – Selenoid”.

”Fig. 7.14.”.

”Fig. 7.15.”.

”Fig. 7.16. Dublorul de tensiune Latour, final”.

VII.2. Electrofiltru

Informații generale. Electrofiltru este un dispozitiv electric în care se introduce curent continu cu ajutorul unei surse de înaltă tensiune. Cu ajutorul acestei surse de înaltă tensiune se crează un arc electric în interiorul electrofiltrului, între electrozii de emisie si electrozii de depunere.

Elementele componente ale electrofiltrului sunt:

Capse (poc-nituri)

Policarbonat lexan

Conductori electrici

Bandă adezivă de aluminiu (conductoare electrică)

Cornier de aluminiu

Sursă de înaltă temsiune

Construcția electrofiltrului a fost realizată pe mai multe etape.

VII.2.1. Prima etapă.

În această etapă am debitat placa de mijloc a electrofiltrului ce conține electrozi de depunere și electrozi de emisie. Am perforat plăcile și am introdus capse (poc-nit) acestea fiind electrozi de emisie. Am legat în serie electrozii de emisie și am debitat și electrozii de depunere ce sunt confecționați din metal.

”Fig. 7.17.”.

”Fig. 7.18.”.

”Fig. 7.19.”.

”Fig. 7.20. 1,2 – Electrozi de emisie, 3,4 – Electrozi de depunere”.

VII.2.2. A doua etapă.

În această etapă am debitat carcasa electrofiltrului care este confecționată din ”policarbonat lexan”. Pe aceasta am atașat un mâner pe capac, două sisteme de prindere a capacului pentru siguranță și două plăcuțe ce am gravat denumirea proiectului.

”Fig. 7.21. Debitarea carcasei”.

VII.2.3. A treia etapă.

În această etapă am introdus placa ce conține electrozii de depunere și electrozii de emisie, în carcasa ce am debitat-o și lipit-o cu ajutorul unui adeziv.

”Fig. 7.22.”.

VII.2.4. A patra etapă.

Acesta este etapa de finalizare a electrofiltrului.

”Fig. 7.23.”.

”Fig. 7.24. Electrofiltru, final ”.

BIBLIOGRAFIE

M. Aionesei, M. Deleanu, M. E. Alexa, C. Andrișan – “Aeroionizarea negativă“

Editura Tehnică București 1988.

http://biblioteca.regielive.ro/cauta.html?s=Triplorul+de+Tensiune&c=no&d=no

Ministerul energiei electrice institutul de cercetari si modernizarii energetice

“Instructiuni de exploatare pentru cazanul de 1035 t/h- Rovinari“, Bucuresti 1978

http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/electrotehnica/electrofiltre-72005.html.