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El funcionamiento del sistema de supresión de polvo en detalle

El sistema propuesto tiene el objetivo de resolver de la manera más eficiente estos problemas abatiendo el polvo volátil en ambientes donde se lleva a cabo la actividad de moler piedras, demolición de edificios en zonas urbanas y no en general y en todos los ambientes en los que es necesario contener la emisión de polvo a la atmósfera. La solución se basa en el principio de la creación de una zona “climatológicamente controlada” con el propósito de bajar a la tierra el polvo de ​sílice o, en cualquier caso, de origen rocoso, mientras que la creación de una capa húmeda, pero sin el escurrimiento, que impida que el polvo regrese durante el paso de vehículos pesados. La ventaja obvia de este sistema es doble, primeramente salvaguardar la salud de los trabajadores que participan en el proceso y los usuarios de la zona, y también salvaguardar la eficiencia mecánica de los medios de construcción, reduciendo considerablemente el tiempo de inactividad para la limpieza de filtros de aire y elementos de transmisión, a menudo sujetos a desgaste anormal debido a la acumulación de partículas de material en zonas mecánicamente sensibles, tales como juntas homocinéticas, baleros y vástagos de cilindros hidráulicos. La idea del proyecto nació de la observación de dos fenómenos distintos. La primera es que normalmente en las obras se utilizan soluciones de tuberías más bien rudimentaria (derramamiento de agua en fase líquida) para humedecer el suelo, recibiendo sólo por períodos limitados los efectos deseados, sin embargo, con una eficiencia muy baja (proporción de agua utilizada y el área superficial muy alta) y con la formación de charcos de lodo difíciles de eliminar en algunas zonas del patio. La segunda es que la naturaleza, normalmente mucho más eficiente de las soluciones humanas, logra la reducción de las partículas de polvo con la incorporación adentro de las partículas de la lluvia, a través de dos mecanismos: el primero es cerrar la partícula adentro de la gota de lluvia, la segunda está relacionada con el hecho de que el agua desde el punto de vista molecular puede ser considerado como un dipolo eléctrico que atrae hacia si las partículas más finas de polvo de sílice, comportándose como un filtro electrostático en sí. De la observación y la práctica física, por lo tanto, resulta mucho más eficiente un filtro electrostático-hidráulico de una limpieza con gotas de agua de tamaño considerable.
 
Tenemos que hacer otra consideración de la naturaleza física.
 
Las moléculas de agua en el estado libre son muy inestables y por tener un nivel bajo de energía (condición hacia la cual tienden todos los fenómenos naturales) se recombinan en gotas más grandes después de haber incorporado con partículas de polvo interno. Esta observación es fácil de encontrar en la naturaleza en diferentes fenómenos. En las zonas más contaminadas normalmente llueve más o más repentinamente que en las menos contaminadas, debido a la acción de las partículas de agua suspendidas en el aire en forma de vapor de agua, utilizado como base física para aglomerar el polvo en suspensión, se recombinan en gotas siempre más grandes. Este fenómeno, denominado también enucleación heterogénea, es el efecto de la coalescencia de las pequeñas gotas de agua, no suficientemente grandes como para superar la fricción atmosférica e iniciar el camino de goteo que las conduce al suelo. Las partículas sólidas del material silíceo o de otro tipo, solubles o insolubles, actúan como un núcleo de condensación alrededor de la cual las pequeñas gotas de agua al acumularse hasta llegar a una masa tal como para hacer que precipiten transportando hacia el suelo también la partícula extraña. Un ejemplo es el de las lluvias ricas de arena roja  del desierto. El sistema es muy eficiente en la naturaleza. En la naturaleza la eliminación del polvo de la atmósfera sucede esencialmente de dos maneras: por deposición seca y deposición húmeda. La deposición seca (dry deposition) consiste en la intercepción directas de las partículas por parte de obstáculos puestos a lo largo de las líneas de corriente; los dos mecanismos principales son la deposición y la deposición por gravedad al impacto. En el primer caso se trata de un fenómeno que afecta principalmente a las partículas con diámetro superior a 10 µm, que resulta insignificante para partículas más pequeñas. El segundo mecanismo está relacionado con el paso de aire cargado de partículas sólidas a través de una barrera (superficie con vegetación o lleno de obstáculos).

Si la inercia de las partículas es lo suficientemente grande como para no permitir a la mismas de seguir el cambio en la dirección de las líneas de flujo que encuentran un obstáculo, se observa la variación de la trayectoria de acuerdo con radios pequeños de curvatura, con la deposición al suelo de las partículas. La presencia de agua aumenta significativamente la eficiencia de los procesos de deposición (wet deposition). Los mecanismos relacionados con el agua pueden tener que ver con las diferentes fases, la fase de vapor a líquido o sólido.

 
Es interesante ver lo que pasa en la naturaleza al interior y al exterior de la nube che descarga lluvia:
 
  • Rainout
Las partículas actúan como núcleos de condensación de gotas de las nubes. Algunas de estas gotitas aumentan de tamaño hasta que caen (sedimentación por gravedad) a la superficie en forma de gotas de lluvia. Las partículas (núcleos de condensación) así depositados se lavan fuera de la atmósfera.
 
  • Washout
Es la eliminación de las partículas por las gotas de agua formadas antes. Las partículas están incrustadas en una gota ya existente; la diferencia con la suspensión por lluvia es el hecho de que en este caso ya se ha formado una gota de tamaño suficiente para caer.
 
  • Sweep out
Las partículas colocadas bajo la nube pueden tener un impacto con una gota que cae al suelo y ser depositadas al suelo con la misma gotita. Este es probablemente el mecanismo de deposición húmeda menos eficiente. ¿Por qué, de hecho, los insectos no son arrastrados de la atmósfera cuando llueve? Se observa que la eliminación de polvos de acuerdo con los sistemas de riego tradicionales se lleva a cabo precisamente con este mismo mecanismo, que en la naturaleza también parece ser el menos eficaz para eliminar las partículas sólidas desde el aire.
 
  • Occult deposition

Se refiere a la deposición asociado con las nubes que están en contacto con el suelo, tales como la niebla o a las nubes orográficas. Es un concepto más complicado de los otros tres. La eficiencia de impacto es la probabilidad de que una partícula impacte en una superficie que intercepta un flujo, en lugar de ser desviados alrededor del objeto. Es fuertemente dependiente de la forma, con los aerosoles más grandes que tienen una mayor probabilidad de impacto sobre una superficie en comparación con partículas más pequeñas.

La eficiencia del impacto de las gotitas de agua es mayor que la de los aerosoles respecto de los cuales actúan como núcleos. Esto aumenta la probabilidad de aerosoles incorporados en gotas. La eficiencia d '"unión" es la probabilidad de que un objeto que ha impactado contra una superficie no rebotes y no se vuelva a suspender fácilmente. La eficiencia de "pegar" de las gotas de las nubes es mayor que la de los aerosoles. Por lo tanto, las nubes que entran en contacto con el suelo pueden dar lugar a una mejor tasa de deposición para los pequeños aerosoles. 
El desafío está en lograr copiar y optimizar el fenómeno natural. El principio de que el agua entre a la atmósfera en forma de gotas puede ser la solución ideal. Sería suficiente a través de simples lanzas por aspersión regar la zona a tratar. Nos dariamos cuenta, sin embargo, de que:
  • tendríamos el utilizo de grandes cantidades de agua en poco tiempo, por lo que el sitio se volvería una zona llena de lodo y también causaría problemas considerables para los trabajadores y para el movimiento de vehículos;
  • la relación agua/superficie tratada sería muy alto con malos resultados y poco duraderos;
  • el sistema no tendría esos efectos de filtro electro-hidráulico se ha indicado anteriormente;
  • se basaría el tratamiento del aire sobre el sistema de interceptación de partículas menos eficiente.
El objetivo entonces es crear un filtro eficiente y que dura durante tanto tiempo como sea posible. El primer punto es conseguir que las gotas de agua de tamaño apropiado, mejor dicho, reducir el agua a un estado de vapor prácticamente suspendida; con las dimensiones apropiadas de las boquillas se alcanzan tamaño de las gotas incluso más bajos que 80 µm (la niebla en la naturaleza está constituido por gotitas de diámetro comprendido entre 10 y 50 µm, la lluvia tiene dimensiones mayores de 1 mm, hasta 7 mm en el caso de gotas muy grandes) para maximizar el efecto de los fenómenos de rainout y washout, siendo, como se ha indicado anteriormente, el más eficaz en la capacidad de eliminación de materia en partículas de la atmósfera. El segundo es crear una zona climatológicamente controlada y que tenga en suspensión el agua en la forma descrita anteriormente, que capture el polvo y lo devuelva a la tierra sin crear charcos de lodo y extenderse a prolongar el efecto de algunas decenas de minutos incluso después de un cierre exitoso del sistema, con efecto inmediato en la reducción de consumo de energía y agua. La presencia de estas pequeñas gotas en la zona también se traduce en mayor comodidad para los trabajadores en el caso de que las temperaturas exteriores sean particularmente altas. Tal sistema se logra fácilmente mediante la creación de un cañón que llamaremos "de niebla" capaz de atomizar y disparar el agua a una distancia considerable desde el punto de emisión.

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