Deposición (física de aerosoles)

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

En la física de aerosoles , la deposición es el proceso por el cual las partículas de aerosol se acumulan o depositan sobre superficies sólidas, disminuyendo la concentración de partículas en el aire. Puede dividirse en dos subprocesos: deposición seca y húmeda . La tasa de deposición, o velocidad de deposición , es más lenta para partículas de tamaño intermedio. Los mecanismos de deposición son más efectivos para partículas muy pequeñas o muy grandes. Las partículas muy grandes se sedimentarán rápidamente a través de procesos de sedimentación (asentamiento) o impactación , mientras que la difusión browniana tiene la mayor influencia en partículas pequeñas. ^[1] Esto se debe a que las 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 presente 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 chocará 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 la partícula, 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, sí lo hará.

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. Esto se puede integrar para determinar la concentración en cada momento del tiempo. ${\textstyle J=n{\sqrt {\frac {D}{\pi t}}}}$

Deposición seca

La deposición seca es causada por:

Impacto . Esto ocurre cuando las partículas pequeñas que chocan con 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 mayor sea la masa de las partículas pequeñas que chocan con la grande, mayor será el desplazamiento con respecto a la línea de corriente del flujo.
Sedimentación gravitacional : la sedimentación de partículas que caen debido a la gravedad.
Intercepción. Esto ocurre cuando las partículas pequeñas siguen las líneas de corriente, pero si fluyen demasiado cerca de un obstáculo, pueden colisionar (por ejemplo, una rama de un árbol).
Turbulencia . Los remolinos turbulentos en el aire transfieren partículas que pueden colisionar. Nuevamente, existe 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 gotitas de agua . Los diferentes tipos de deposición húmeda incluyen:

Recolección de partículas por debajo de las nubes. Esto ocurre cuando las gotas de lluvia o las partículas de nieve que caen chocan con partículas de aerosol mediante difusión browniana, intercepción, impacto y difusión turbulenta.
Recolección en las nubes. En este caso, las partículas de aerosol se introducen en las gotitas o en los cristales de hielo de las nubes al actuar como núcleos de nubes o al ser capturadas por ellos 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 gotitas de las nubes se tratan en su mayoría por separado, de modo que la nucleación representa un proceso de pérdida que debe parametrizarse .

Véase también

Referencias

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

[1] Seinfeld, John; Spyros Pandis (2006). Química y física atmosférica: de la contaminación del aire al cambio climático (segunda edición). 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". Interface Science and Technology . 4 (DN Petsev ed.). Elsevier: 351–390. doi :10.1016/S1573-4285(04)80011-5. ISBN 9780120884995.