Un polvo es un sólido seco a granel compuesto de muchas partículas muy finas que pueden fluir libremente cuando se agita o se inclina. 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 al fluir. Los granulares se refieren a los materiales granulares más gruesos que no tienden a formar grumos excepto cuando están húmedos.
Muchos productos manufacturados vienen en forma de polvo, como harina , azúcar , café molido , leche en polvo , tóner para fotocopiadoras , pólvora , polvos cosméticos y algunos productos farmacéuticos . En la naturaleza, el polvo , la arena fina y la nieve , las cenizas volcánicas y la capa superior del regolito lunar son también ejemplos.
Debido a su importancia para la industria, la medicina y las ciencias de la tierra, los polvos han sido estudiados con gran detalle por ingenieros químicos , ingenieros mecánicos , químicos , físicos , geólogos e investigadores de otras disciplinas.
Normalmente, un polvo se puede compactar o aflojar en un rango mucho mayor de densidades aparentes que un material granular más grueso. Cuando se deposita por aspersión, el polvo puede resultar muy ligero y esponjoso. Cuando se vibra o se comprime puede volverse muy denso e incluso perder su capacidad de fluir. Por otra parte, la densidad aparente de la arena gruesa no varía en un rango apreciable.
El comportamiento aglomerante de un polvo surge debido a la fuerza molecular de Van der Waals que hace que los granos individuales se adhieran entre sí. Esta fuerza está presente no sólo en el polvo, sino también en la arena y la grava. Sin embargo, en materiales granulares tan gruesos, el peso y la inercia de los granos individuales son mucho mayores que las muy débiles fuerzas de Van der Waals y, por lo tanto, la pequeña adherencia entre los granos no tiene un efecto dominante sobre el comportamiento global del material. Sólo cuando los granos son muy pequeños y livianos la fuerza de Van der Waals se vuelve predominante, haciendo que el material se aglutine como un polvo. El tamaño cruzado entre las condiciones de flujo y las condiciones de adherencia se puede determinar mediante experimentación simple. [1]
Muchos otros comportamientos del polvo son comunes a todos los materiales granulares. Estos incluyen segregación, estratificación, atasco y desatasco, fragilidad , pérdida de energía cinética , cizallamiento por fricción , compactación y dilatancia de Reynolds .
Los polvos se transportan en la atmósfera de forma diferente que un material granular 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 esta razón, los polvos pueden representar un peligro por inhalación. Las partículas más grandes no pueden atravesar las defensas del cuerpo en la nariz y los senos nasales, sino que golpean y se adhieren a las membranas mucosas. Luego, el cuerpo saca la mucosa del cuerpo para expulsar las partículas. Las partículas más pequeñas, por otro lado, pueden viajar hasta los pulmones, de donde no pueden ser expulsadas. Enfermedades graves y a veces mortales, como la silicosis, son el resultado de trabajar con determinados polvos sin la protección respiratoria adecuada.
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 granulados gruesos, por el contrario, son tan pesados que caen inmediatamente al suelo. Una vez perturbado, el polvo puede formar enormes tormentas de polvo que cruzan continentes y océanos antes de regresar a 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 pega y es arrastrado río abajo para asentarse como depósitos de lodo en un lago o mar tranquilo. Cuando los cambios geológicos posteriormente vuelven a exponer estos depósitos a la atmósfera, es posible que ya se hayan cementado para convertirse en lutita , un tipo de roca. En 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 por el aire, y es menos probable que el movimiento del viento a través de la superficie perturbe una partícula de polvo baja que un grano de arena más grande que sobresale más hacia el viento. La agitación mecánica, como el tráfico de vehículos, la excavación o el paso de rebaños 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 soplado de gas. Un lecho fluidizado de gas es un recipiente lleno de un polvo o una sustancia granular que se esponja soplando gas hacia arriba a través de él. Este se utiliza para la combustión en lecho fluidizado , haciendo reaccionar químicamente el gas con el polvo.
Algunos polvos pueden tener más polvo que otros. La tendencia de un polvo a generar partículas en el aire bajo un determinado aporte de energía se denomina " polvoriento ". Es una propiedad importante del polvo que es relevante para el proceso de aerosolización del polvo. También tiene indicaciones para la exposición humana a partículas en aerosol y los riesgos para la salud asociados (a través del contacto con la piel o la inhalación) en los lugares de trabajo. En los laboratorios de investigación se han establecido varios métodos de prueba de polvo para predecir el comportamiento del polvo durante la aerosolización. [2] [3] [4] [5] Estos métodos (configuraciones de laboratorio) permiten la aplicación de una amplia gama de entradas de energía a materiales en polvo, lo que simula diferentes escenarios de la vida real.
Muchos polvos comunes fabricados en la industria son combustibles; particularmente metales o materiales orgánicos como la harina . Dado que los polvos tienen una superficie muy alta, pueden arder con fuerza explosiva una vez encendidos. Instalaciones como los molinos harineros pueden ser vulnerables a este tipo de explosiones sin los esfuerzos adecuados para mitigar el polvo.
Algunos metales se vuelven especialmente peligrosos en forma de polvo, en particular el titanio .
Una pasta o gel puede convertirse en polvo después de que se haya secado completamente, pero no se considera polvo cuando está húmedo porque no fluye libremente. 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 que un polvo, porque un líquido no puede resistir ningún esfuerzo cortante y, por lo tanto, no puede residir en un ángulo inclinado sin fluir (es decir, tiene un ángulo de reposo cero ) . Por otro lado, un polvo es un sólido, no un líquido, porque puede soportar esfuerzos cortantes y por lo tanto puede mostrar un ángulo de reposo.
