Resuspensión de micro-partículas por flujo de aire y colisiones

VILLAGRÁN OLIVARES, MARCELA C.; UÑAC, R.O.; VIDALES, A. M.; BENITO, J.G.

Bahia Blanca

Congreso; 108 Reunion de la Asociacion de Fisica Argentina; 2023

AFA

La resuspensión de micro-partículas por la acción de un flujo de aire ha sidoobjeto de especial atención por parte de los investigadores desde hace muchasdécadas. Este fenómeno es parte fundamental para entender y controlar muchosproblemas en diferentes procesos tecnológicos, industriales y en problemáticas medioambientalesy de salud.Dada la cantidad de variables físicas que intervienen en el desprendimiento delas partículas adheridas sobre superficies por la acción del aire, el escenario deestudio más simple propone el uso de una monocapa de micro-partículas y conbaja concentración superficial. En dicho caso, se ha demostrado que las partículaspresentan tres tipos de movimiento en la superficie: despegue directo, deslizamientoy rodadura [1-2]. La presencia de cada uno de estos mecanismos depende dela geometría de las partículas, la rugosidad de la superficie y las condiciones delflujo de aire. Así, existe una gran cantidad de estudios sobre respuspension enmonocapas de partículas, en los que la distancia entre ellas suele ser mucho mayorque el diámetro de las partículas. Sin embargo, muy pocos estudios abordanel caso de resuspensión de micro-partículas en donde, además del escenario anterior,se incluya a las colisiones como mecanismo de desprendimiento. Este nuevomecanismo establece una competencia entre la resuspensión inducida por el flujoturbulento y las colisiones.En este trabajo se plantea el desarrollo de un modelo numérico de MonteCarlo (MC) que incluya el efecto de las colisiones entre partículas. En base almodelo MC desarrollado previamente, se incorporan adecuadamente las probabilidadesde colisión en función de la concentración superficial de las partículas yde las propiedades físicas de las partículas intervinientes. Se presenta un análisisnumérico completo de la influencia de cada una de estas variables. Además, elmodelo numérico es adaptado para reproducir el escenario experimental de unode los pocos estudios previos que analiza este efecto [3]. Para ello, se consideranpartículas de acero inoxidable depositadas en una superficie de vidrio con diferentesconcentraciones. Estas monocapas son luego expuestas a un flujo de aireturbulento. Los primeros resultados numéricos muestran un muy buen acuerdocon los datos experimentales. Así, la inclusión de este efecto permite explicar eldesplazamiento hacia velocidades menores de la fracción de partículas resuspendidascuando se modifica la concentración superficial.[1] Banari et al, Phys. Rev. Fluids 6 (2021) L082301[2] Villagrán Olivares et al, Condens. Matter 34 (2022) 074001[3] Ibrahim et al, Aerosol Science 35 (2004) 805–821