Un polvo es un sólido seco y voluminoso compuesto de muchas partículas muy finas que pueden fluir libremente cuando se agitan o se inclinan. Los polvos son una subclase especial de materiales granulares , aunque los términos polvo y granular a veces se utilizan para distinguir clases separadas de materiales. En particular, los polvos se refieren a aquellos materiales granulares que tienen tamaños de grano más finos y que, por lo tanto, tienen una mayor tendencia a formar grumos cuando fluyen. Los granulares se refieren a los materiales granulares más gruesos que no tienden a formar grumos excepto cuando están húmedos. [ cita requerida ]
Muchos productos manufacturados se presentan en forma de polvo, como la harina , el azúcar , el café molido , la leche en polvo , el tóner para fotocopiadoras , la pólvora , los polvos cosméticos y algunos productos farmacéuticos . En la naturaleza, el polvo , la arena fina y la nieve , la ceniza volcánica y la capa superior del regolito lunar también son ejemplos.
Debido a su importancia para la industria, la medicina y las ciencias de la tierra, los polvos han sido estudiados en gran detalle por ingenieros químicos , ingenieros mecánicos , químicos , físicos , geólogos e investigadores de otras disciplinas.
Por lo general, un polvo se puede compactar o aflojar hasta alcanzar un rango de densidades a granel mucho mayor que un material granular más grueso. Cuando se deposita por aspersión, un polvo puede ser muy ligero y esponjoso. Cuando se vibra o se comprime, puede volverse muy denso e incluso perder su capacidad de fluir. La densidad a granel de la arena gruesa, por otro lado, no varía en un rango apreciable.
El comportamiento aglutinante de un polvo se debe a la fuerza molecular de Van der Waals , que hace que los granos individuales se adhieran entre sí. Esta fuerza no solo está presente en polvos, sino también en arena y grava. Sin embargo, en materiales granulares tan gruesos, el peso y la inercia de los granos individuales son mucho mayores que las débiles fuerzas de Van der Waals, y por lo tanto, la pequeña adherencia entre los granos no tiene un efecto dominante en el comportamiento en masa del material. Solo cuando los granos son muy pequeños y livianos, la fuerza de Van der Waals se vuelve predominante, haciendo que el material se aglomere como un polvo. La sobredimensión cruzada entre las condiciones de flujo y las condiciones de adherencia se puede determinar mediante una simple experimentación. [1]
Muchos otros comportamientos de los polvos son comunes a todos los materiales granulares, entre ellos la segregación, la estratificación, el atascamiento y desatascamiento, la fragilidad , la pérdida de energía cinética , el cizallamiento por fricción , la compactación y la dilatación de Reynolds .
Los polvos se transportan en la atmósfera de forma diferente a un material granulado grueso. Por un lado, las partículas diminutas tienen poca inercia en comparación con la fuerza de arrastre del gas que las rodea, por lo que tienden a seguir la corriente en lugar de viajar en línea recta. Por este motivo, los polvos pueden suponer un peligro por inhalación. Las partículas más grandes no pueden atravesar las defensas del cuerpo en la nariz y los senos nasales, sino que chocan y se adhieren a las membranas mucosas. El cuerpo luego expulsa la mucosidad del cuerpo para expulsar las partículas. Las partículas más pequeñas, por otro lado, pueden viajar hasta los pulmones, de donde no pueden ser expulsadas. Trabajar con ciertos polvos sin la protección respiratoria adecuada puede provocar enfermedades graves y a veces mortales, como la silicosis .
Además, si las partículas de polvo son lo suficientemente pequeñas, pueden quedar suspendidas en la atmósfera durante mucho tiempo. El movimiento aleatorio de las moléculas de aire y la turbulencia proporcionan fuerzas ascendentes que pueden contrarrestar la fuerza descendente de la gravedad. Los gránulos gruesos, por otro lado, son tan pesados que caen inmediatamente al suelo. Una vez removido, el polvo puede formar enormes tormentas de polvo que cruzan continentes y océanos antes de volver a asentarse en la superficie. Esto explica por qué hay relativamente poco polvo peligroso en el entorno natural. Una vez en el aire, es muy probable que el polvo permanezca en el aire hasta que se encuentre con agua en forma de lluvia o una masa de agua. Luego se adhiere y es arrastrado río abajo para asentarse como depósitos de lodo en un lago o mar tranquilo. Cuando los cambios geológicos vuelven a exponer estos depósitos a la atmósfera, es posible que ya se hayan cementado para convertirse en lutita , un tipo de roca. A modo de comparación, la Luna no tiene viento ni agua, por lo que su regolito contiene polvo pero no lutita.
Las fuerzas de cohesión entre las partículas tienden a resistir su transporte aéreo, y el movimiento del viento a través de la superficie tiene menos probabilidades de perturbar una partícula de polvo baja que un grano de arena más grande que sobresale más alto en el viento. La agitación mecánica, como el tráfico vehicular, las excavaciones o el paso de manadas de animales, es más eficaz que un viento constante para remover un polvo.
Las propiedades aerodinámicas de los polvos se utilizan a menudo para transportarlos en aplicaciones industriales. El transporte neumático es el transporte de polvos o granos a través de una tubería mediante el soplado de gas. Un lecho fluidizado de gas es un recipiente lleno de un polvo o una sustancia granular que se esponja al soplar gas hacia arriba a través de él. Esto se utiliza para la combustión en lecho fluidizado , haciendo reaccionar químicamente el gas con el polvo.
Algunos polvos pueden ser más polvorientos que otros. La tendencia de un polvo a generar partículas en el aire bajo una determinada entrada de energía se denomina " polvorabilidad ". Es una propiedad importante del polvo que es relevante para la aerosolización del polvo. También tiene implicaciones para la exposición humana a partículas aerosolizadas y los riesgos para la salud asociados (a través del contacto con la piel o la inhalación) en los lugares de trabajo.
Muchos de los polvos que se producen habitualmente en la industria son combustibles, en particular los metales o los materiales orgánicos como la harina . Como los polvos tienen una superficie muy grande, pueden arder con fuerza explosiva una vez que se encienden. Las instalaciones como los molinos de harina pueden ser vulnerables a este tipo de explosiones si no se toman las medidas adecuadas para mitigar el polvo.
Algunos metales se vuelven especialmente peligrosos en forma de polvo, especialmente el titanio .
Una pasta o un gel pueden convertirse en polvo después de secarse completamente, pero no se consideran polvos cuando están húmedos porque no fluyen libremente. Las sustancias como la arcilla seca , aunque son sólidos secos a granel compuestos de partículas muy finas, no son polvos a menos que se trituren porque tienen demasiada cohesión entre los granos y, por lo tanto, no fluyen libremente como un polvo. Un líquido fluye de manera diferente a un polvo, porque un líquido no puede resistir ningún esfuerzo cortante y, por lo tanto, no puede permanecer en un ángulo inclinado sin fluir (es decir, tiene un ángulo de reposo cero) . Un polvo, por otro lado, es un sólido, no un líquido, porque puede soportar esfuerzos cortantes y, por lo tanto, puede mostrar un ángulo de reposo. [ cita requerida ]
