Polvo

Un polvo es un sólido seco a granel compuesto de muchas partículas muy finas que pueden fluir libremente cuando se agitan o se inclinan. Los polvos son una subclase especial de materiales granulares, aunque los términos polvo y granular a veces se usan para distinguir clases separadas de material. En particular, los polvos se refieren a aquellos materiales granulares que tienen los tamaños de grano más finos y que, por lo tanto, tienen una mayor tendencia a formar grumos cuando fluyen. Granulares se refiere a los materiales granulares más gruesos que no tienden a formar grumos excepto cuando están mojados.

Tipos

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, 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.

Propiedades mecánicas

Por lo general, 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, un polvo puede ser muy ligero y esponjoso. Cuando se vibra o se comprime, puede volverse muy denso e incluso perder su capacidad de fluir. La densidad aparente de la arena gruesa, por otro lado, no varía en un rango apreciable.

El comportamiento de aglomeración 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 solo en los polvos, sino también en la arena y la grava. Sin embargo, en estos materiales granulares 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 en el comportamiento general del material. Solo cuando los granos son muy pequeños y livianos, la fuerza de Van der Waals se vuelve predominante, lo que hace que el material se aglomere como un polvo. El sobredimensionamiento cruzado entre las condiciones de flujo y las condiciones de barra se puede determinar mediante una simple experimentación.

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.

Transporte

Los polvos se transportan en la atmósfera de manera diferente a 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 ser un peligro de inhalación. Las partículas más grandes no pueden atravesar las defensas del cuerpo en la nariz y los senos paranasales, pero golpearán y se pegarán a las membranas mucosas. Luego, el cuerpo saca la mucosidad 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 ya veces mortales, como la silicosis, son el resultado de trabajar con ciertos 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 otro lado, son tan pesados ​​que vuelven a caer inmediatamente al suelo. Una vez removido, el polvo puede formar enormes tormentas de polvo que cruzan continentes y océanos antes de volver a asentarse en 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 se lava río abajo para asentarse como depósitos de lodo en un lago o mar tranquilo. Cuando los cambios geológicos luego vuelven a exponer estos depósitos a la atmósfera, es posible que ya se hayan cementado para convertirse en lutita, un tipo de roca. A modo de comparación, la Luna no tiene viento ni agua, por lo que su regolito contiene polvo pero no lutita.

Las fuerzas cohesivas entre las partículas tienden a resistir su aire, y es menos probable que el movimiento del viento a través de la superficie perturbe una partícula de polvo que se encuentra a poca altura que un grano de arena más grande que sobresale más alto en 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 soplando gas. Un lecho fluidizado de gas es un recipiente lleno de una sustancia en polvo o 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 ser más polvorientos que otros. La tendencia de un polvo a generar partículas en el aire bajo una determinada entrada de energía se denomina "polvo". Es una propiedad de polvo importante que es relevante para el proceso de aerosolización de polvo. También tiene indicaciones para la exposición humana a partículas en aerosol y los riesgos para la salud asociados (por contacto con la piel o inhalación) en los lugares de trabajo. Se han establecido varios métodos de prueba de polvo en laboratorios de investigación para predecir el comportamiento del polvo durante la aerosolización. 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.

Riesgo de explosión

Muchos polvos comunes fabricados en la industria son combustibles; particularmente metales o materiales orgánicos tales como harina. Dado que los polvos tienen un área de superficie muy alta, pueden arder con fuerza explosiva una vez que se encienden. Las instalaciones como los molinos harineros pueden ser vulnerables a tales explosiones sin los esfuerzos adecuados de mitigación del polvo.

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

Comparación con otras sustancias

Una pasta o gel puede convertirse en polvo después de que se haya secado por completo, pero no se considera polvo cuando está húmedo porque no fluye libremente. Sustancias como la arcilla seca, aunque sólidos a granel secos 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 a 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.