SUPERVISOR
Ali Esehaghbeygi,Morteza Sadeghi
علی اسحق بیگی (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد مشاور)
STUDENT
Shekoufeh Ahmadi
شکوفه احمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Design, development and evaluation of electrostatic filter to absorb silica
Silica or silicon dioxide (SiO 2 ) is the most abundant oxide compound in the Earth's crust and therefore; one of the main sources of dust particles. Siliceous rocks form a large percentage of the outer surface of the solid crust.. The entry of hard silica particles in tractor engine has a direct impact on the wear of the piston rings and cylinder bush. The improvement of filtration of air to reduce friction prevents abnormal wear of engine parts. As conventional filters are not able to absorb fine particles in the microscope, so nowadays; electrostatic filters are used to reduce the suspended particles in the air stream with relatively lower pressure drop. Electrofiltering uses of high voltage electric field for separating dust particles in the air. The main purpose of the present study is to design and fabricate an electrostatic filter for the separation of silica particles from inlet air flow of engine. Preliminary experiments was done to determine the optimal air flow velocity, distance between the collecting and repelling plates, and the voltage of the plates in the electrostatic filter. In addition, to increase the filter efficiency, surface area was increased and air flow rate was reduced. The electrostatic filter designed using catia software 2011 and it made using Teflon and Plexiglass. The filter was made of two parts, corona discharge wires and collecting - repelling plates. A mechanicaly divider was used to entrance of silica particles. First, two-plate electrostatic filter with 3 different spacing between the collecting and repelling plates, with 3 air flow rates and 4 different repelling plate voltages in 3 replications was evaluated. Statistical analysis was performed in a completely random design and LSD was used to determine the significant difference of means. The maximum efficiency was at 3 cm gap between the collecting and repelling plates, air flow rate 7 m/s, and the repelling plate voltage of the 20 kV. To increase efficiency, electrostatic filters were designed in serial and parallel modes. In addition, the absorption of calcium carbonate particles at micron level was added under the same optimal conditions. The electrostatic filter efficiency at the voltage of repelling plates, 20 kV and air flow rate, 7 m/s and distance between plates, 3 cm for calcium carbonate and silica particles were 40.42% and 32.61%, respectively. More efficiency was seen in filter series with repelling plate voltage at 20 kV and air flow rate 7 m/s for calcium carbonate and silica particles about 22.46% and 14.65%, respectively. The electrostatic filter efficiency was compared with parallel plates for silicon and calcium carbonate particles with the voltage of 20 kV and the distance plates of 3 cm at 3 velocities of 3, 5, and 7 m/s. Efficiency at 3 m/s for calcium carbonate and silica particles was 54.31% and 49.75%, respectively. The efficiency of electrostatic filters will be increased by reducing gap between plates, increasing the voltage of repelling plates without electrical discharge, increasing the surface of the plates, increasing the particle diameter, and reducing the flow rate of air entering.
سیلیس یا اکسید سیلیسیم (SiO 2 ) فراوانترین ترکیب اکسیدی موجود در پوسته زمین است، بنابراین یکی از منابع اصلی ذرات گرد و غبار، سیلیس است. سنگ های سیلیسی درصد زیادی از سطح خارجی پوسته جامد زمین را تشکیل می دهند. ورود ذرات سخت سیلیس به موتور تراکتور اثر مستقیم بر سایش رینگ پیستون و بوش سیلندر دارد. بدین منظور با بهبود فیلتراسیون هوا به منظور کاهش اصطکاک، می توان از سایش غیر عادی قطعات موتور جلوگیری کرد. فیلترهای معمولی قادر به جذب ذرات ریز گرد و غبار در حد میکرون نیستند، بنابراین امروزه فیلترهای الکترواستاتیک برای کاهش ذرات معلق موجود در جریان هوا با افت فشار نسبتا کم تر استفاده می شود. روش کار الکتروفیلترها، استفاده از میدان الکتریکی ولتاژ بالا بمنظور جداسازی ذرات غبار معلق در هواست. هدف اصلی پژوهش حاضر، طراحی و ساخت فیلتر الکترواستاتیک برای جداسازی ذرات سیلیس از جریان هوای ورودی به موتور است. آزمایش های مقدماتی به منظور تعیین سرعت جریان بهینه هوا، فاصله بهینه بین صفحات جمع کننده و دفع کننده، ولتاژ بهینه صفحات دفع کننده در فیلتر الکترواستاتیک انجام شد. آزمایش های نهایی به منظور افزایش بازده فیلتر با افزایش سطح و کاهش سرعت جریان هوا انجام شد. فیلتر الکترواستاتیک به کمک نرم افزار کتیا 2011 طراحی و سپس از جنس تفلون و پلکسی گلاس ساخته شد. این فیلتر از دو بخش، سیم های تخلیه کرونا و صفحات جمع آوری و صفحات دفع کننده تشکیل شد. همچنین برای ایجاد جریان هوا و ورود ذرات سیلیس از فن الکتریکی و موزع مکانیکی استفاده شد. در ابتدا آزمون فیلتر الکترواستاتیک دو صفحه ای با 3 فاصله مختلف بین صفحات جمع کننده و دفع کننده، 3 سرعت جریان هوا و 4 ولتاژ صفحه دفع کننده مختلف در 3 تکرار انجام شد. تحلیل آماری در قالب کاملا تصادفی و آزمون مقایسه ی میانگین LSD به منظور تشخیص تفاوت معنی دار انجام شد. بیش ترین بازده مربوط به فاصله cm 3 بین صفحات جمع کننده و دفع کننده، سرعت جریان هوا m/s 7 و ولتاژ صفحه دفع کننده kV 20 اندازه گیری شد. به منظور افزایش بازده، فیلتر های الکترواستاتیک در دو حالت سری و موازی مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین علاوه بر ذرات سیلیس، جذب ذرات آهک در حد میکرون توسط فیلتر الکترواستاتیک موازی در شرایط بهینه یکسان مورد بررسی قرار گرفت. بازده فیلتر الکترواستاتیک در ولتاژ صفحات دفع کننده kV 20 و سرعت جریان هوا m/s 7 و فاصله صفحات cm 3 برای ذرات آهک و سیلیس به ترتیب % 42/40 و % 61/32 بود. بیش ترین بازده فیلتر الکترواستاتیک سری با ولتاژ صفحه دفع کننده kV 20 و سرعت جریان هوا m/s 7 برای ذرات آهک و سیلیس به ترتیب % 46/22 و % 65/14 بود. بازده فیلتر الکترواستاتیک با صفحات موازی برای ذرات سیلیس و آهک با ولتاژ صفحات kV 20 و فاصله صفحات cm 3 در 3 سرعت جریان هوا 3، 5 و 7 متر بر ثانیه نیز مقایسه شد. بیش ترین بازده فیلتر الکترواستاتیک در سرعت m/s 3 برای ذرات آهک و سیلیس به ترتیب % 31/54 و % 75/49 بود. با کاهش فاصله بین صفحات و افزایش ولتاژ صفحه دفع کننده در صورت عدم تخلیه بار الکتریکی بین صفحات و همچنین با افزایش سطح صفحات و نیز افزایش قطر ذرات در حد میکرون و کاهش سرعت جریان هوای ورودی به فیلتر، بازده فیلترالکترواستاتیک افزایش خواهد یافت. کلمات کلیدی: سیلیس، فیلتر الکترواستاتیک، تخلیه کرونا، آهک