Polvo

Un polvo es un sólido seco compuesto por muchas partículas muy finas que fluyen libremente al agitarlo o inclinarlo. Los polvos constituyen una subclase especial de materiales granulares , aunque a veces se utilizan los términos polvo y granular para distinguir clases de materiales diferentes. En concreto, los polvos se refieren a los materiales granulares con tamaños de grano más finos , que, por lo tanto, tienen mayor tendencia a formar grumos al fluir. Los materiales granulares, por su parte, son más gruesos y no tienden a formar grumos, excepto cuando están húmedos.

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 con gran detalle por ingenieros químicos , ingenieros mecánicos , químicos , físicos , geólogos e investigadores de otras disciplinas.

Por lo general, un polvo puede compactarse o aflojarse hasta alcanzar un rango de densidades aparentes mucho mayor que un material granular más grueso. Al esparcirse, un polvo puede ser muy ligero y esponjoso. Al vibrarse o comprimirse, puede volverse muy denso e incluso perder su fluidez. La densidad aparente de la arena gruesa, en cambio, no varía en un rango apreciable.

La aglomeración de un polvo se debe a la fuerza molecular de Van der Waals, que provoca que los granos individuales se adhieran entre sí. Esta fuerza está presente no solo en polvos, sino también en arena y grava. Sin embargo, en estos materiales granulares gruesos, el peso y la inercia de los granos individuales son mucho mayores que las débiles fuerzas de Van der Waals, por lo que la mínima adhesión entre granos no tiene un efecto dominante en el comportamiento global del material. Solo cuando los granos son muy pequeños y ligeros, la fuerza de Van der Waals se vuelve predominante, provocando que el material se aglomere como un polvo. El punto de transición entre las condiciones de flujo y las de adherencia se puede determinar mediante una simple experimentación. ^{[ 1 ]}

Muchos otros comportamientos de los polvos son comunes a todos los materiales granulares. Estos incluyen la segregación, la estratificación, el atasco y desatasco, la fragilidad , la pérdida de energía cinética , el cizallamiento por fricción , la compactación y la dilatancia de Reynolds .

Los polvos se transportan en la atmósfera de forma diferente a los materiales granulares gruesos. Para empezar, 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 desplazarse en línea recta. Por esta razón, los polvos pueden representar un riesgo por inhalación. Las partículas más grandes no pueden atravesar las defensas del cuerpo en la nariz y los senos paranasales, sino que se adhieren a las membranas mucosas. El cuerpo entonces expulsa la mucosidad para eliminar las partículas. Las partículas más pequeñas, en cambio, pueden llegar hasta los pulmones, desde donde no pueden ser expulsadas. Enfermedades graves, a veces mortales, como la silicosis , son consecuencia de trabajar con ciertos polvos sin la protección respiratoria adecuada.

Además, si las partículas de polvo son suficientemente pequeñas, pueden permanecer suspendidas en la atmósfera durante mucho tiempo. El movimiento aleatorio de las moléculas de aire y la turbulencia generan 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 perturbado, el polvo puede formar enormes tormentas de polvo que cruzan continentes y océanos antes de volver a depositarse en la superficie. Esto explica por qué hay relativamente poco polvo peligroso en el medio ambiente natural. Una vez en suspensión, es muy probable que el polvo permanezca allí hasta que entre en contacto con el agua en forma de lluvia o una masa de agua. Entonces se adhiere y es arrastrado río abajo para depositarse como 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 formar lutita , un tipo de roca. En comparación, la Luna no tiene ni viento ni agua, por lo que su regolito contiene polvo pero no lutita.

Las fuerzas de cohesión entre las partículas tienden a impedir que se dispersen en el aire, y es menos probable que el viento perturbe una partícula de polvo que se encuentra a baja altura que un grano de arena más grande que sobresale más expuesto al 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 levantar el polvo.

Las propiedades aerodinámicas de los polvos se utilizan frecuentemente para su transporte en aplicaciones industriales. El transporte neumático consiste en el traslado de polvos o granos a través de una tubería mediante la inyección de gas. Un lecho fluidizado gaseoso es un recipiente lleno de polvo o sustancia granular que se esponja al inyectar gas a través de él. Este proceso se utiliza para la combustión en lecho fluidizado , donde el gas reacciona químicamente con el polvo.

Algunos polvos pueden ser más pulverulentos que otros. La tendencia de un polvo a generar partículas en el aire bajo una determinada cantidad de energía se denomina " pulverulencia ". Esta es una propiedad importante del polvo, relevante para su aerosolización. También tiene implicaciones para la exposición humana a partículas aerosolizadas y los riesgos para la salud asociados (por contacto con la piel o inhalación) en los lugares de trabajo.

Muchos polvos comunes utilizados en la industria son combustibles, especialmente metales o materiales orgánicos como la harina . Debido a su gran superficie, los polvos pueden arder con fuerza explosiva al encenderse. Instalaciones como los molinos harineros pueden ser vulnerables a este tipo de explosiones si no se implementan medidas adecuadas para la mitigación del polvo.

Algunos metales se vuelven especialmente peligrosos en forma de polvo, en particular el titanio y el magnesio .

Una pasta o gel puede convertirse en polvo después de secarse completamente, pero no se considera polvo cuando está húmedo porque no fluye libremente. Sustancias como la arcilla seca , aunque son sólidos secos compuestos de partículas muy finas, no son polvos a menos que se trituren, ya que 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 presentar un ángulo de reposo.

• Duran, J., Reisinger A., ​​Arenas, polvos y granos: Introducción a la física de los materiales granulares. Noviembre de 1999, Springer-Verlag New York, Inc., Nueva York, ISBN 0-387-98656-1.
• Rodhes, M (editor), Principios de la tecnología de polvos, John Wiley & Sons, 1997 ISBN 0-471-92422-9
• Fayed, ME, Otten L. (editor), Manual de ciencia y tecnología de polvos, segunda edición, Chapman & Hall, ISBN 0-412-99621-9
• Bagnold, RA , Física de la arena arrastrada por el viento y las dunas del desierto , Primera edición de Springer, 1971, ISBN 0-412-10270-6.
• Fundamentos de la tecnología de partículas: libro gratuito