Deposición (física de aerosoles)

En la física de los aerosoles , la deposición es el proceso por el cual las partículas de aerosol se acumulan o depositan en superficies sólidas, disminuyendo la concentración de partículas en el aire. Se puede dividir 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 depositan rápidamente mediante procesos de sedimentación (asentamiento) o impacto , mientras que la difusión browniana tiene la mayor influencia en las partículas pequeñas. ^{[ 1 ]} Esto se debe a que las partículas muy pequeñas se coagulan en pocas horas hasta que alcanzan un diámetro de 0,5 micrómetros . A este tamaño ya no se coagulan. ^{[ 2 ]} Esto tiene una gran influencia en la cantidad de PM-2.5 presente en el aire.

La velocidad de deposición se define como 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 partícula determinada impactará o no contra un obstáculo específico. Esto se puede predecir mediante el número de Stokes Stk = S / d , donde S es la distancia de frenado (que depende del tamaño de la partícula, su velocidad y las fuerzas de arrastre) y d es el tamaño característico (generalmente el diámetro del obstáculo). Si el valor de Stk es menor que 1, la partícula no colisionará con dicho 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${\textstyle J=n{\sqrt {\frac {D}{\pi t}}}}$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 instante de tiempo.

La deposición seca es causada por:

• Impacto . Esto ocurre cuando las partículas pequeñas que interactúan con un obstáculo mayor no pueden seguir las líneas de corriente curvas del flujo debido a su inercia, por lo que chocan o impactan contra la gota. Cuanto mayor sea la masa de las partículas pequeñas que se enfrentan a la grande, mayor será el desplazamiento con respecto a la línea de corriente del flujo.
• Sedimentación gravitacional : el asentamiento 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, la rama de un árbol).
• Turbulencia . Los remolinos turbulentos en el aire transfieren partículas que pueden colisionar. De nuevo, existe un flujo neto hacia concentraciones más bajas.
• Otros procesos, como: termoforesis , turboforesis , difusioforesis y electroforesis .

En la deposición húmeda , los hidrometeoros atmosféricos (gotas de lluvia, nieve, etc.) capturan 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:

• Captación bajo las nubes. Esto ocurre cuando las gotas de lluvia o las partículas de nieve que caen chocan con las partículas de aerosol mediante difusión browniana, intercepción, impacto y difusión turbulenta.
• Captura dentro de las nubes. Esto ocurre cuando las partículas de aerosol se incorporan a las gotitas o cristales de hielo de las nubes, ya sea actuando como núcleos de condensación o siendo capturadas por ellos mediante colisiones. Pueden llegar a la superficie terrestre cuando se forma lluvia o nieve en las nubes. En los modelos informáticos de aerosoles, estos y las gotitas de las nubes se tratan generalmente por separado, de modo que la nucleación representa un proceso de pérdida que debe parametrizarse .

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