Como uma partícula viaja ao longo do tubo entre uma entrada de amostra e o contador de partículas é confuso por uma série de forças físicas. É tão confuso que validar esse tubo de amostra pode ser difícil. Então, quais são essas forças, quais são as perdas e quais são os resultados aceitáveis?
As Forças agindo sobre as Partículas
As atividades de certificação e monitoramento de sala limpa podem ser vistas como testes realizados para quantificar a dinâmica do corpo de ar dentro de um espaço confinado. Este espaço pode ser o ar de uma sala limpa geral ou em um duto de transporte ou uma zona de fluxo laminar. O seguinte descreve os mecanismos de como as partículas se comportam e ajudará na compreensão das dificuldades de amostragem e na melhoria da eficiência da amostragem.
O número de Stokes é a razão entre o raio de uma partícula e a dimensão de um obstáculo ao fluxo de fluido. Este é um fator importante para determinar quando uma partícula em movimento será coletada por um obstáculo ou passará ao redor dele. Um obstáculo pode ser uma fibra de filtro ou a entrada da amostra.
O coeficiente de arrasto é a razão entre a força da gravidade e a força inercial em uma partícula no fluido. Indica como uma partícula resistirá a qualquer força que possa causar uma mudança na velocidade da partícula.
Partículas menores têm coeficientes de arrasto menores devido à sua menor massa.
O tempo de relaxamento é o tempo para uma partícula inicialmente em equilíbrio com um fluido em movimento para corresponder a uma mudança na velocidade do fluido. Partículas grandes têm um longo tempo de relaxamento. Portanto, quando uma corrente de ar se move através de um tubo que contém curvas ou cotovelos de raio pequeno, as partículas grandes se depositam na parede do tubo porque não podem se adaptar facilmente a mudanças repentinas de velocidade devido à curvatura do tubo, mas continuarão em sua direção original até que impacto na parede do tubo. Um termo relacionado é a distância de parada, que é definida como a distância para uma partícula que se move inicialmente dentro de um fluxo de gás para parar quando o fluxo de gás é interrompido, como por um obstáculo.
A velocidade de deposição ou velocidade de sedimentação é a razão do fluxo de partículas, distância por unidade de tempo para a sedimentação ocorrer em relação à concentração de partículas no ambiente.
Velocidades de Sedimentação de Partículas |
|
Tamanho da Partícula (μm) |
Velocidade de Sedimentação(cms-1) |
| 0.00037 | – |
| 0.01 | 6.95 x 10-6 |
| 0.1 | 8.65 x 10-5 |
| 1.0 | 3.50 x 10-3 |
| 10 | 3.06 x 10-1 |
| 100 | 2.62 x 10-1 |
Existem também forças adicionais em efeito sobre as partículas. Essas forças nas partículas e sua resposta subsequente a essas forças controlam a migração das partículas através do ar são:
A força dinâmica do fluido de uma corrente de fluido em movimento. A natureza viscosa de uma corrente de ar puxará as partículas ao longo desse caminho. Se esse fluxo for laminar, então outras forças atuam sobre as partículas maiores, encorajando o assentamento e a deposição. Partículas menores permanecem flutuantes em um fluxo laminar.
Em fluxos turbulentos, as partículas maiores são arrastadas de volta para o fluxo de ar, caso se depositem, e as partículas menores estão agora mais sujeitas a forças adicionais agindo sobre elas.
Movimento Browniano – À medida que as partículas migram através de um corpo de ar, impactos aleatórios de moléculas individuais farão com que elas mudem de curso.
Força gravitacional – Esta força em uma partícula varia com a massa da partícula e a diferença entre a densidade da partícula e do ar; quanto maior a partícula, maior a interação.
Forças eletrostáticas – Esta força em uma partícula varia com a carga elétrica da partícula (área de superfície controlada) e a intensidade do campo elétrico no qual a partícula está localizada. A carga eletrostática pode se desenvolver quando uma partícula desliza pela corrente de ar. É importante minimizar essas interações para garantir que todas as partículas cheguem ao destino final.
Forças de difusão – Esta força em uma partícula varia inversamente com o raio da partícula. Portanto, partículas menores são mais propensas a interações devido à difusão.
Forças termoforéticas – Essas forças (eficazes principalmente para pequenas partículas) variam com a área de superfície da partícula e o gradiente de temperatura …
