Deposición (física de aerosoles)

Proceso por el cual las partículas de aerosol se acumulan en superficies sólidas.

En la física de los aerosoles , la deposición es el proceso mediante el cual las partículas de aerosol se acumulan o depositan sobre superficies sólidas, disminuyendo la concentración de las partículas en el aire. Se puede dividir en dos subprocesos: deposición seca y húmeda . La tasa de deposición, o la velocidad de deposición , es más lenta para partículas de tamaño intermedio. Los mecanismos de deposición son más eficaces para partículas muy pequeñas o muy grandes. Las partículas muy grandes se sedimentarán rápidamente mediante procesos de sedimentación (asentamiento) o impactación , mientras que la difusión browniana tiene la mayor influencia en las partículas pequeñas. ^[1] Esto se debe a que partículas muy pequeñas se coagulan en pocas horas hasta alcanzar un diámetro de 0,5 micrómetros . A este tamaño ya no coagulan. ^[2] Esto tiene una gran influencia en la cantidad de PM-2,5 presentes en el aire.

La velocidad de deposición se define a partir de F = v c , donde F es la densidad de flujo , v es la velocidad de deposición y c es la concentración . En la deposición gravitacional, esta velocidad es la velocidad de sedimentación debida al arrastre inducido por la gravedad .

A menudo se estudia si una determinada partícula impactará o no con un determinado obstáculo. Esto se puede predecir con el número de Stokes Stk = S  /  d , donde S es la distancia de frenado (que depende del tamaño de las partículas, la velocidad y las fuerzas de arrastre) y d es el tamaño característico (a menudo el diámetro del obstáculo). Si el valor de Stk es menor que 1, la partícula no chocará con ese obstáculo. Sin embargo, si el valor de Stk es mayor que 1, lo será.

La deposición debida al movimiento browniano obedece tanto a la primera como a la segunda ley de Fick . El flujo de deposición resultante se define como , donde J es el flujo de deposición, n es la densidad numérica inicial , D es la constante de difusión y t es el tiempo. Este se puede integrar para determinar la concentración en cada momento del tiempo. ${\textstyle J=n{\sqrt {\frac {D}{\pi t}}}}$

Deposición seca

Figura 1 – Impactación

Figura 2 – Difusión

La deposición seca es causada por:

• Impactación . Esto ocurre cuando las partículas pequeñas que se encuentran entre un obstáculo más grande no pueden seguir las líneas de corriente curvas del flujo debido a su inercia, por lo que golpean o impactan la gota. Cuanto mayores sean las masas de las partículas pequeñas que se enfrentan a las grandes, mayor será el desplazamiento respecto de la línea de flujo.
• Sedimentación gravitacional : la sedimentación de partículas que caen debido a la gravedad.
• Interceptación. Esto ocurre cuando las partículas pequeñas siguen las líneas de corriente, pero si fluyen demasiado cerca de un obstáculo, pueden chocar (por ejemplo, la rama de un árbol).
• Turbulencia . Los remolinos turbulentos en el aire transportan partículas que pueden chocar. De nuevo, hay un flujo neto hacia concentraciones más bajas.
• Otros procesos, como: termoforesis , turboforesis , difusioforesis y electroforesis .

Deposición húmeda

En la deposición húmeda , los hidrometeoros atmosféricos (gotas de lluvia, nieve, etc.) eliminan las partículas de aerosol. Esto significa que la deposición húmeda es una coagulación gravitacional, browniana y/o turbulenta con gotas de agua . Los diferentes tipos de deposición húmeda incluyen:

• Búsqueda debajo de las nubes. Esto sucede cuando las gotas de lluvia o las partículas de nieve que caen chocan con partículas de aerosol mediante difusión browniana, intercepción, impactación y difusión turbulenta.
• Búsqueda en la nube. Aquí es donde las partículas de aerosol entran en las gotas de las nubes o en los cristales de hielo de las nubes trabajando como núcleos de nubes o siendo capturadas por ellas mediante una colisión. Pueden llegar a la superficie del suelo cuando se forma lluvia o nieve en las nubes. En los modelos informáticos de aerosoles, los aerosoles y las gotas de las nubes se tratan en su mayoría por separado, de modo que la nucleación representa un proceso de pérdida que debe parametrizarse .

Ver también

• Condensación en la dinámica de aerosoles.
• Recogida de partículas en depuradores húmedos.
• Fuerza de Van der Waals

Referencias

1. Seinfeld, John; Spyros Pandis (2006). Química y física atmosféricas: de la contaminación del aire al cambio climático (Segunda ed.). Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-72018-6.
2. Mishchuk, Nataliya A. (2004). "Capítulo 9 - Cinética de coalescencia de emulsiones brownianas". Interfaz de ciencia y tecnología . 4 (DN Petsev ed.). Elsevier: 351–390. doi :10.1016/S1573-4285(04)80011-5. ISBN 9780120884995.