Toz tutma amacıyla triboelekrostatik kullanımı
The use of triboelectrostatic for dust collection
Yazar: GÖZDE AYDIN
Danışman: PROF. DR. ÖZCAN YILDIRIM GÜLSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez kapsamında mikronize boyutlu partikül maddelerin yakalanması için bir triboelektrik güç kaynaklı toz tutma ünitesi tasarımı ve bu düzeneğe ilişkin parametrelerin toz tutulma performansına etkileri incelenmiştir.
Çok ince boylu partikül maddelerin havada asılı kalması endüstriyel ölçekli birçok tesiste yaşanan oldukça önemli bir sorundur. Açığa çıkan ince boylardaki toz uzun vadeli ciddi sağlık sorunlarına sebep olmasının yanı sıra önemli çevre sorunlarından biridir. Bu sebeple oluşan bu tozun havadan ayrılması için özel filtreleme sistemleri kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan sistem havadaki tozun elektrostatik olarak yakalanmasını sağlayan elektrostatik filtrelerdir. Elektrostatik toz tutucu filtreler yapısında bulunan elektrotların statik elektrikle yüklemesi sonucunda, bu yüklü plakalar arasından geçen havanın içindeki partikül maddelerin elektriksel çekim kuvvetleri ile plakalara tutunması prensibi ile çalışmaktadır. Elektrostatik filtrelerin güç kaynakları bir yüksek gerilim kaynağından karşılanır. Elektrotların yüklenebilmesi için alternatif akımı doğru akıma çeviren büyük ve güçlü trafolar kullanılmaktadır. Bu trafoların güç tüketimleri oldukça yüksek olup, çalışma esnasına ortaya çıkan ısının düzenli olarak düşürülmesi için soğutma sistemi gereksinimi ve tehlikeli bir çalışma ortamı oluşturması yüksek gerilim trafoları kullanılan toz tutma ünitelerinin dezavantajları arasında yer almaktadır. Bu tez kapsamında yüksek gerilim kullanılan toz tutma ünitelerinde özel bir güç kaynağı ile yüksek voltajlı statik elektrik yükü üreten büyük trafoların kullanıldığı bir sistem yerine yüksek statik yükün sürtünme ile üretildiği, daha güvenli ve ucuz olabileceği düşünülen toz tutucu elektrostatik filtre tasarımı amaçlanmıştır. Sürtünme ile üretilen gücün daha güvenilir olması ve stabil olması sebebiyle elektrostatik filtrelerin performansını arttırıcı ve daha düşük maliyetli bir alternatif olarak kullanılabilirliği detaylı olarak araştırılmıştır. 
Toz tutma ünitesinin ihtiyaç duyduğu yüksek potansiyelin sürtünme sonucu statik elektrik üretilmesi ve üretilen statik yükle plakalar yüklenerek hava ortamından tozun plakalar ile yakalanması bu tezin temel hedefi ve özgün değeridir. Bu amaçla, özel bir toz tutma ünitesinin tasarımı yapılmış ve laboratuvarda bir düzenek kurulmuştur. Bu düzeneğin toz tutma performansı üzerinde deneysel süreç yürütülmüştür. Toz tutma sisteminin mevcut toz tutma ünitelerinden en büyük ve belirgin farkı sürtünme ile gücünün üretilmesidir. 
Hacettepe Üniversite Maden Mühendisliği Bölümü'nde kurulmuş olan bu düzenek, pozitif veya negatif yük üretebilmektedir ve üretilen yükün büyüklüğü 80 kV değerine ulaşabilmektedir. Bu toz tutma yöntemi kuru ortamda gerçekleştirilmiş olup, herhangi bir kimyasal kullanımına ihtiyaç duyulmamıştır. 
Çalışma kapsamında sürtünme ile statik elektriğin üretilmesi için kullanılan malzemeler triboelekrik seriden seçilmiştir. İçlerinde en yük voltaj değerinin alındığı teflon rulo / yün bant kombinasyonu toz tutma deneylerinde kullanılmıştır. Sürtünme ile oluşan yük iletken kablolar ile mevcut toz tutma ünitelerinde kullanılanlara benzer sabit bir elektrota grubuna yüklenmiş ve bu elektrotların toz tutma gücü incelenmiştir.  Ayrıca daha yüksek statik yük değerlerine ulaşabilmek amacıyla tuzlu su çözeltisinde statik elektriğin depolanabilirliği de araştırılmıştır. 
Bu tez kapsamında yürütülen deneysel süreçte kullanılan numuneler farklı malzemelerden laboratuvarda öğütülerek hazırlanmıştır. Bu hazırlanan numuneler ile kurulan sistemin toz tutma performansı incelenmiştir. Hazırlanan numuneler arasında metalik cevherlerden endüstriyel hammaddelere kadar çok farklı yelpazede malzemeler kullanılmıştır.

Abstract:
In this thesis, the design of a triboelectric power sourced dust collection for capturing micronized sized particulate matter and the effects of the parameters of this device on dust retention performance were examined.
The suspension of very fine particulate matter in the air is a very important problem experienced in many industrial-scale facilities. The fine dust released is one of the important environmental problems as well as causing serious long-term health problems. Special filtering systems are used to separate this dust from the air. The most commonly used system is electrostatic filters, which enable the electrostatic capture of dust in the air. Electrostatic dust collector filters work on the principle that as a result of the electrodes in their structure being charged with static electricity, the particulate matter in the air passing between these charged plates clings to the plates with electrical attraction forces. The power supplies of electrostatic filters are supplied from a high voltage source. Large and powerful transformers that convert alternating current into direct current are used to charge the electrodes.
The power consumption of these transformers is quite high, and the need for a cooling system to reduce the heat generated during operation and creating a dangerous working environment are among the disadvantages of dust collection units using high voltage transformers. Within the scope of this thesis, the aim is to design a dust collector electrostatic filter, which is thought to be safer and cheaper, in which the high static charge is produced by friction, instead of a system in which large transformers that produce high voltage static electric charge are used with a special power supply in dust collection units using high voltage. Since the power produced by friction is more reliable and stable, the usability of electrostatic filters as a performance-enhancing and lower-cost alternative has been investigated in detail.
The main goal and unique value of this thesis is the production of static electricity as a result of friction of the high potential required by the dust collection unit and the capture of dust from the air by the plates by charging the plates with the static charge produced. A special dust collection unit was designed and a mechanism was established in the laboratory. An experimental process was carried out on the dust collection performance of this device. The biggest difference of the dust collection system from existing dust collection units is that its power is produced by friction.
This mechanism, established at Hacettepe University Mining Engineering Department, can produce positive or negative charge and the magnitude of the generated charge can reach 80 kV. This dust collection method was carried out in a dry environment and there was no need to use any chemicals.
In this study, the materials used to produce static electricity by friction were selected from the triboelectric series. Teflon roll / wool tape combination, in which the highest voltage value was obtained, was used in dust retention experiments. The load generated by friction was loaded with conductive cables onto a fixed electrode group similar to those used in existing dust collection units, and the dust holding power of these electrodes was examined. The storability of static electricity in salt water solution was also investigated in order to reach higher static load values.



The samples used in the experimental process carried out within the scope of this thesis were prepared by grinding different materials in the laboratory. The dust retention performance of the installed system was examined with these prepared samples. A wide range of materials, from metallic ores to industrial raw materials, were used in the prepared samples.