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Precipitador Electrostático
RESUMEN
Se entiende por contaminación atmosférica a la presencia en la atmosfera de
sustancias en una cantidad que implique molestias o riesgo para la salud de las
personas y de los demás seres vivos. Dichas sustancias pueden ser de
cualquier naturaleza, por lo que puedan atacar a distintos materiales, reducir la
visibilidad o producir olores des agradables.
El nombre de la contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones
que tienen efectos perniciosos en los seres vivos y los elementos materiales, y no a
otras alteraciones inocuas. Los principales mecanismos de contaminación atmosférica
son los procesos industriales que implican combustión, tanto en industrias como en
automóviles y calefacciones residenciales. Estos procesos generan grandes cantidades
de dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros
contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos
productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado una combustión
completa.
Una opción para facilitar la limpieza del aire contaminado con partículas sólidas
suspendidas en él es el uso del llamado “Precipitador electrostático”.
El precipitador electrostático es un dispositivo utilizado para la descontaminación del
aire. Este dispositivo utiliza las fuerzas eléctricas para remover pequeñas partículas
sólidas contenidas en una masa de aire. Las partículas sólidas se cargan mediante el
choque con iones gaseosos creados por la ionización del aire generada entre dos
electrodos, tras cargar las partículas, estas siguen las líneas del campo eléctrico
producidas por un alto voltaje hasta la superficie de un electrodo colector. Estas
partículas deben ser eliminadas del electrodo colector para evitar que se incorporen
nuevamente a la masa de aire.
Por lo anterior en el presente proyecto nos damos a la tarea de construir un
precipitador electrostático experimental con el objeto de estudiar su funcionamiento.
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INTRODUCCIÓN
Marco Teórico
Un precipitador electrostático es un dispositivo que remueve partículas de un gas
basado en fuerzas eléctricas inducidas, éste posee elementos que se utilizan para
atrapar partículas a través de su ionización, por medio de una carga electrostática
inducida.
Las fuerzas eléctricas entre objetos cargados fueron medidas por Charles Agustin de
Coulomb, en 1785 descubrió la ley que rige la fuerza entre dos cargas eléctricas,
denominada Ley de Coulomb en su honor. En esta ley hace referencia a que la fuerza
de un objeto cargado que se ejerce sobre una segunda carga es proporcional al
producto de una de ellas Q1, por la cantidad de cargas de la otra Q2, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia r entre ellas.
F= k
Q1Q2
r2
La carga eléctrica elemental es la del electrón. El electrón es la partícula elemental que
lleva la menor carga eléctrica negativa que se puede aislar, la carga de un electrón
resulta extremadamente pequeña se toma en el S.I. (Sistema Internacional) para la
unidad de Carga eléctrica el Culombio que equivale a 6,24 10E18 electrones.
El voltaje (también se usa la expresión "tensión") es la energía potencial eléctrica por
unidad de carga, medido en julios por culombio (voltios). A menudo es referido como "el
potencial eléctrico", el cual se debe distinguir de la energía de potencial eléctrico,
haciendo notar que el "potencial" es una cantidad por unidad de carga.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, está asociada con
partículas que constituyen el átomo: el electrón (carga negativa) y el protón(carga
positiva). Los electrones son considerados como órbita de un nivel que contiene la
mayoría de la masa del átomo en la forma de protones y partículas electivas neutras
llamadas
neutrones.
La
Ley
de
carga
nos
explica
los
siguiente:
2
La carga eléctrica existe en dos tipos, distinguidas por el título: positiva (+) y negativa
(-).
La dirección de las fuerzas eléctricas cuando las cargas interactúan entre sí están
dadas por este mismo principio ( ley de las cargas o ley de carga-fuerza):
Cargas iguales se repelen entre sí, y cargas desiguales se atraen.
Esto es, dos partículas cargadas negativamente o dos partículas cargadas
positivamente se repelen entre sí, mientras que las partículas con cargas opuestas se
atraen entre sí.
Una fuerza eléctrica tiene las siguientes
propiedades:
1. Esta dirigida a lo largo de una línea que une
las
dos
partículas
y
es
inversamente
proporcional al cuadrado de las distancias de separación r entre ellos.
2. Es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas, |q1| y |q2| de las dos
partículas.
3. Es atractiva si las cargas son de signo opuesto y repulsivo si las cargas tienen el
mismo signo.
La fuerza electrostática actúa a lo largo del espacio por lo cual se pueden apreciar sus
efectos incluso cuando no hay contacto físico entre los objetos.
Michael Faraday dice que hay un campo eléctrico en la región de espacio alrededor de
un objeto cargado el cual va a ejercer una fuerza eléctrica a otro objeto dentro del
campo.
Las cargas se mueven bajo la influencia de los campos eléctricos, constituyendo lo que
se denomina: corriente eléctrica; existe un componente eléctrico de dos terminales que
permite la circulación de dicha corriente a través de un solo sentido, se le conoce con el
nombre de diodo.
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Cabe mencionar que la fuerza electromagnética es la interacción que se da entre
cuerpos que poseen carga eléctrica. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la
Naturaleza. Cuando las cargas están en reposo, la interacción entre ellas se denomina
fuerza electrostática. Dependiendo del signo de las cargas que interaccionan, la fuerza
electrostática puede ser atractiva o repulsiva. La interacción entre cargas en
movimiento da lugar a los fenómenos magnéticos.
Un campo eléctrico es aquél que con una fuerza creada por la atracción y repulsión de
cargas eléctricas y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia
a la fuente que provoca el campo y una ley que lo rige este comportamiento fue
descubierta por el matemático alemán Karl Gauss (1777-1855) ésta dice que: “El
número
neto de líneas de campo eléctrico que pasan por una superficie cerrada
imaginaria es proporcional a la cantidad de carga neta encerrada dentro de la
superficie”, comprendida por una fórmula donde el campo eléctrico E, se define como la
fuerza ejercida F sobre una prueba positiva dividida entre la magnitud q de la carga.
𝐅
E=𝐪
Objetivo: Identificar y comprender los conceptos físicos que hacen funcionar un
precipitador electrostático.
Problema: Limpiar una asa de aire contaminado con partículas sólidas de manera
eficiente.
Desarrollo.
El precipitador electrostático tiene como objetivo limpiar un gas con partículas
contaminantes por medio de la ionización. Recordemos que la ionización se define
como la energía que se suministra a un átomo neutro, gaseoso y en estado elemental,
para arrancarle el electrón más débil de su última orbital, retenido mediante una carga
electrostática inducida que ocurre cuando un cuerpo con exceso de ésta se acerca a
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otro sin que se presente un contacto directo entre ellos.
Posteriormente, estas partículas pasan alrededor de la esfera de vidrio que utilizaremos
como la carga contraria de las partículas ionizadas para que sean atraídas hacia está.
El gas que parece desaparecer es el gas ya limpio al que le removimos las partículas
contaminadas.
Para nuestro precipitador electrostático se utilizaron los soguientes materiales:
-
Tabla de madera 40 X 40 cm
-
Una hoja de foomi
-
Una esfera de cristal de aproximadamente 35 cm de diámetro.
-
Alambre magneto.
-
Una ahuja metálica.
-
Fuente de alto voltaje.
-
Pinzas caiman.
-
Un diodo.
1. Foco electrostático
En este artefacto podemos observar mejor el
funcionamiento de la ionización de las
partículas de un gas y también podemos
identificar con mayor facilidad la Ley de
cargas ya que por dicha ley podemos
observar las cargas que están dentro del foco
y por el gas Mercurio que está dentro del
mismo podemos verlo de color morado.
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2. Molinete electrostático
El molinete electrostático proporciona una
demostración del efecto de puntas, con el que
consigue
generar
campos
eléctricos
e
ionización en el aire aún con poca carga.
3. Precipitador electrostático.
En general el armado de nuestro precipitador fue relativamente sencillo como se puede
observar. En principio se ermó el electrodo emisor con la ahuja y un palito de madera el
cual se incertó en el centro de la tabla. Porsteriormente se realizaron dosperforaciones
en el canto de la tabla con el objeto de introducir humo dentro de la esfera.
Posteriormente se conectó el electrodo emisor a un conector en el exterior de la esfera
y por último se fabrica un aro con papel foomi para sellar la unión entre la tabla y la
esfera de vidrio.
Éste cable se utilizó para conectar la fuente de alto
voltaje al precipitador electrostático y así hacer que
funcione. Para que la pila pudiera conectarse al
dispositivo se necesito un diodo.
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Resultados obtenidos:
Observamos que con el precipitador electrostático si es posible obtener aire limpio y
logramos comprender los conceptos físicos, que hacen funcionar un precipitador
electrostático.
Conclusiones generales:
En conclusión, todos éstos fenómenos físicos trabajando en conjunto como el
precipitador electrostático podría ser una herramienta muy útil para reducir la
contaminación por la emisión de gases nocivos en la capa de ozono y así no dañar al
ambiente de manera excesiva; si se pusiera en práctica se podría disminuir
radicalmente la contaminación que tenemos actualmente.
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Bibliografía
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ores%20Electrostaticos.pdf
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