Testiaerosolien tuottaminen kannettavalla liekkigeneraattorilla
Miettinen, Elina (2012)
2012
Matemaattisten aineiden opettajakoulutus
Luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunta - Faculty of Science and Environmental Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2012-06-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201206181213
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201206181213
Tiivistelmä
Työn tavoitteena on ollut tutkia työssä rakennetulla kannettavalla liekkigeneraattorilla tuotettuja testiaerosoleja ja niiden käyttäytymistä erilaisissa ympäristöissä. Työtä varten on tehty aerosolimittauksia kolmessa paikassa. Laboratoriomittauksissa tutkittiin tuotettuja hiukkasia lähellä liekkiä, ennen hiukkasten suurempaa agglomeroitumista. Saksalaisen tutkimuslaitoksen tuulitunnelissa tehdyissä mittauksissa selvitettiin eri prosessitekijöiden vaikutuksia tuotettuun aerosoliin, sekä minkälaista aerosolia kyseiseen testitilaan voidaan liekkigeneraattorilla tuottaa. Tampereen teknillisen yliopiston paperinjalostus- ja pakkaustekniikan laboratorion pilot-linjalla tutkittiin paperin nanohiukkaspinnoitukseen tuotetun aerosolin emissiota pinnoitusprosessista huoneilmaan.
Testiaerosoli tuotettiin kannettavalla liekkigeneraattorilla tai tätä vastaavalla kiinteällä liekkigeneraattorilla. Mittaukset suoritettiin yleisesti käytössä olevilla aerosolimittalaitteilla sekä yhdellä mittalaitteen prototyypillä. Aerosolista mitattiin niin hiukkaskokojakaumaa, lukumääräpitoisuutta kuin pinta-alapitoisuuksiakin, mittaustilanteen ja tarpeen mukaan. Primääriaerosolimittausten perusteella pystytään arvioimaan tuotetun aerosolin kehittymistä muissa ympäristöissä, kun tiedetään liekkigeneraattorilla tuotettujen hiukkasten koko ennen kuin ne pääsevät agglomeroitumaan, ja verrataan tätä kehittyneen aerosolin mittaustuloksiin.
Tuotettujen hiukkasten koko vaihtelee liekkigeneraattorin käyttöön liittyvien parametrien vaihtelun mukaan. Tuulitunnelissa suurin vaikutus hiukkaskokoon on tuulitunnelivirtauksella. Suurilla virtauksilla hiukkaset eivät juurikaan pääse agglomeroitumaan suuren laimennuksen vuoksi, kun taas pienemmillä virtauksilla hiukkaskoko voi kasvaa moninkertaiseksi aerosolin kulkeutuessa tuulitunnelin läpi mittauskammioon. Paperin pinnoituksesta pääsee, kohdepoistosta huolimatta, hiukkasia huoneilmaan, ja nämä agglomeroituvat jonkin verran prosessiparametreista riippuen. Hiukkaskoon vaihtelut prosessiparametrien mukaan eivät ole niin selkeitä hiukkasten agglomeroituessa vapaassa huoneilmassa, kuin tuulitunnelissa. Eri tilanteissa tuotettujen hiukkasten keskikoko vaihteli 7–115 nanometrin välillä.
Liekkigeneraattorilla tuotetut hiukkaset kehittyvät eri tavoin erilaisissa ympäristöissä. Laimennusilmasta ja muista tekijöistä riippuen tuotetut aerosolihiukkaset voivat agglomeroitua eri tavoin, ja erilaisissa ympäristöissä tehtyjä mittauksia ei voi sinällään suoraan soveltaa uuteen ympäristöön. Aerosolin kehittymistä ei välttämättä voida myöskään arvioida koagulaation teorian avulla luotettavasti, sillä esimerkiksi hiukkastuotto on liekkiruiskun käyttötilanteissa usein jatkuvaa, eikä teoria ota tätä huomioon.
Jatkossa paperin pinnoituksen hiukkasemissioita voisi tutkia tarkemmin mittaamalla poistohuuvaan menevää aerosolia. Kannettavan liekkigeneraattorin osalta kehitystyötä puolestaan jatketaan systeemin vielä kompaktimpaan ja helpommin liikuteltavaan muotoon saattamisessa.
Testiaerosoli tuotettiin kannettavalla liekkigeneraattorilla tai tätä vastaavalla kiinteällä liekkigeneraattorilla. Mittaukset suoritettiin yleisesti käytössä olevilla aerosolimittalaitteilla sekä yhdellä mittalaitteen prototyypillä. Aerosolista mitattiin niin hiukkaskokojakaumaa, lukumääräpitoisuutta kuin pinta-alapitoisuuksiakin, mittaustilanteen ja tarpeen mukaan. Primääriaerosolimittausten perusteella pystytään arvioimaan tuotetun aerosolin kehittymistä muissa ympäristöissä, kun tiedetään liekkigeneraattorilla tuotettujen hiukkasten koko ennen kuin ne pääsevät agglomeroitumaan, ja verrataan tätä kehittyneen aerosolin mittaustuloksiin.
Tuotettujen hiukkasten koko vaihtelee liekkigeneraattorin käyttöön liittyvien parametrien vaihtelun mukaan. Tuulitunnelissa suurin vaikutus hiukkaskokoon on tuulitunnelivirtauksella. Suurilla virtauksilla hiukkaset eivät juurikaan pääse agglomeroitumaan suuren laimennuksen vuoksi, kun taas pienemmillä virtauksilla hiukkaskoko voi kasvaa moninkertaiseksi aerosolin kulkeutuessa tuulitunnelin läpi mittauskammioon. Paperin pinnoituksesta pääsee, kohdepoistosta huolimatta, hiukkasia huoneilmaan, ja nämä agglomeroituvat jonkin verran prosessiparametreista riippuen. Hiukkaskoon vaihtelut prosessiparametrien mukaan eivät ole niin selkeitä hiukkasten agglomeroituessa vapaassa huoneilmassa, kuin tuulitunnelissa. Eri tilanteissa tuotettujen hiukkasten keskikoko vaihteli 7–115 nanometrin välillä.
Liekkigeneraattorilla tuotetut hiukkaset kehittyvät eri tavoin erilaisissa ympäristöissä. Laimennusilmasta ja muista tekijöistä riippuen tuotetut aerosolihiukkaset voivat agglomeroitua eri tavoin, ja erilaisissa ympäristöissä tehtyjä mittauksia ei voi sinällään suoraan soveltaa uuteen ympäristöön. Aerosolin kehittymistä ei välttämättä voida myöskään arvioida koagulaation teorian avulla luotettavasti, sillä esimerkiksi hiukkastuotto on liekkiruiskun käyttötilanteissa usein jatkuvaa, eikä teoria ota tätä huomioon.
Jatkossa paperin pinnoituksen hiukkasemissioita voisi tutkia tarkemmin mittaamalla poistohuuvaan menevää aerosolia. Kannettavan liekkigeneraattorin osalta kehitystyötä puolestaan jatketaan systeemin vielä kompaktimpaan ja helpommin liikuteltavaan muotoon saattamisessa.