Partículas suspendidas, ¿de dónde salen y a dónde van?

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Las partículas suspendidas en la atmósfera son agentes contaminantes que afectan la salud humana. Para acabar con ellas, primero hay que conocerlas y saber por qué se originan

Redacción, con información del INECC

En la atmósfera hay una gran cantidad de contaminantes líquidos o sólidos que afectan de diferentes maneras al medioambiente y a la salud humana. Estos contaminantes se denominan partículas suspendidas, aeropartículas, material particulado y aerosoles, y algunos de ellos surgen por acción natural o por la actividad humana. La industria de la climatización los ha estudiado para combatir sus efectos negativos, ya sea con ayuda de filtros o sistemas de purificación, entre otros.

¿Qué es el diámetro aerodinámico?
Es un indicador que establece el diámetro de una partícula esférica de densidad unitaria con la misma velocidad terminal que la partícula a estudiar, independiente de su forma, tamaño o densidad bajo condiciones de temperatura, presión y humedad existentes.

¿Para qué sirve?
Determina el transporte, los procesos de remoción en el aire y en superficies, así como la trayectoria de las partículas dentro del sistema respiratorio.

Clasificación de las partículas
1 Por su origen: esta clasificación es de las más básicas y distingue entre partículas primarias y secundarias.
Partículas primarias: emitidas directamente a la atmósfera por diversas fuentes como el humo oscuro de los escapes de coches y camiones o el polvo de las calles.
Partículas secundarias: se forman en la atmósfera como resultado de reacciones químicas a partir de la presencia de materiales gaseosos como el dióxido de azufre (SO2), los óxidos de nitrógeno (NOx), los compuestos orgánicos volátiles (COV) y el amoniaco (NH3).

2 Por su tamaño: para esta clasificación se utiliza el diámetro aerodinámico como indicador del tamaño de la partícula.
Partículas gruesas
Aquellas cuyo diámetro aerodinámico se encuentra entre 2.5 y 10 μm (PM2.5-10).

Características de sus procesos de formación:

  • Procesos mecánicos (prensado, molienda, abrasión, rompimiento de sólidos/gotas).
  • Evaporación de aerosoles.
  • Suspensión de polvos.
  • Reacción de gases en o sobre partículas.

Características que influyen en su permanencia en la atmósfera:

  • Solubilidad: muy insolubles y no higroscópicas.
  • Vida media atmosférica: minutos a horas.
  • Proceso de remoción: precipitación seca/eliminación por gotas de lluvia.
  • Distancia de transporte: menos de un kilómetro a decenas de kilómetros (de cientos a miles de kilómetros en tormentas de arena para la fracción de tamaños pequeños).

Partículas finas
Comprende las partículas con diámetro aerodinámico menor a 2.5 μm (≤PM2.5).

Características de sus procesos de formación:

  • Condensación de gases.
  • Coagulación de partículas pequeñas.
  • Reacción de gases en o sobre las partículas.
  • Evaporación de neblina y gotas de agua en las que los gases se han disuelto y reaccionado.

Características que influyen en su permanencia en la atmósfera:

  • Solubilidad: muy solubles, higroscópicas y delicuescentes.
  • Vida media atmosférica: días a semanas.
  • Proceso de remoción: formación de nubes y lluvia/precipitación seca.
  • Distancia de transporte: de cientos a miles de kilómetros.

Fuentes de emisión:

  • Combustión fósil y combustible de biomasa, temperatura alta de procesos industriales, fundidoras, refinerías, acereras, etcétera.
  • Oxidación atmosférica de NO2, SO2 y compuestos orgánicos, incluidos especies orgánicas biogénicas, por ejemplo, terpenos.

Representación 3D de un filtro HEPA con partículas finas y ultrafinas

Partículas ultrafinas
Diámetros menores a 1 μm (PM0.1).

Características de sus procesos de formación:

  • Nucleación de gases atmosféricos, incluidos H2SO4, NH3 y algunos compuestos orgánicos.
  • Condensación de gases.

Características que influyen en su permanencia en la atmósfera:

  • Solubilidad: no están bien caracterizadas.
  • Vida media atmosférica: minutos a horas.
  • Proceso de remoción: crecen en la moda de acumulación/se difunden en gotas de lluvia y otras superficies.
  • Distancia de transporte: de menos de uno a decenas de kilómetros.

Fuentes de emisión:

  • Combustión de alta temperatura.
  • Reacciones atmosféricas de compuestos gaseosos primarios.

3 Por su proceso de formación y tamaño: esta clasificación se divide en las modas de nucleación, Aitken, de acumulación y gruesa.

Nota: Las modas son los diferentes rangos de tamaños de una partícula.

Moda de nucleación (>0.02 μm, 1 μm = 1000 nm): provienen principalmente de la condensación de vapores, y su formación depende de las condiciones de presión, temperatura y humedad relativa, así como de la propia concentración del vapor (nucleación homogénea). En el proceso de nucleación también pueden intervenir otras partículas finas que se adhieren a las gotas de vapor formadas por la concentración de éste (nucleación heterogénea).

Promedio de vida: algunas horas, ya que rápidamente se coagulan o aumentan de tamaño porque otras substancias se condensan sobre ellas.

El H2SO4 y el NH3 son los gases precursores capaces de formar partículas por nucleación homogénea en aire ambiente.

Moda Aitken (0.02-0.1 μm): estas partículas pueden ser primarias o secundarias. En el segundo caso son consecuencia del crecimiento de partículas nucleadas (por ejemplo, por coagulación), por condensación, o bien, por reacciones en fase líquida (por compuestos inorgánicos).

Promedio de vida: su permanencia en la atmósfera es más prolongada que la de las partículas de la moda de nucleación.

Su concentración es cien veces más elevada a nivel de la calle en las ciudades que en zonas remotas; es afectada en gran medida por la presencia de actividades humanas.

Moda de acumulación (0.1-1 μm): son originadas por el crecimiento de partículas de la moda Aitken, principalmente por reacciones en fase líquida que ocurren en las gotas de agua en las nubes.

Promedio de vida: es grande, pues los mecanismos de remoción son menos eficientes en este intervalo de tamaños. Se pueden utilizar como indicadores o trazadores del transporte de largo alcance de las partículas.

Estas partículas afectan la visibilidad, ya que son muy eficientes para dispersar la luz y tienen efectos ópticos dominantes.

Moda gruesa (>1 μm): se forman en su mayoría por procesos mecánicos, como la erosión de la superficie terrestre (materia mineral u otros materiales) o cuando las burbujas de aerosoles marinos revientan en la superficie de mares y océanos.

La moda gruesa presenta un reducido número de partículas, pero una elevada masa.

Fuentes emisoras de partículas
Fuentes antrópicas: emisiones generadas por las actividades del hombre, a saber, emisiones provenientes de fábricas, automóviles, construcciones, etcétera.

Fuentes fijas o estacionarias: provienen de instalaciones establecidas en un solo lugar con el propósito de desarrollar procesos industriales, comerciales o de servicios.

Fuentes de área: aquellas fuentes que son demasiado numerosas y dispersas, pero que en conjunto son emisoras significativas de contaminantes como gasolineras, tintorerías, actividades de construcción, resuspensión de polvos de caminos, entre otras.

Fuentes móviles (motorizadas): motocicletas, vehículos de pasajeros, camiones y autobuses, vehículos privados y comerciales, maquinaria de uso agrícola, locomotoras, embarcaciones marinas, maquinaria para construcción, etcétera.

Fuentes naturales geogénicas: todas las de origen geológico, como los volcanes, y las que tienen que ver con el suelo. A veces se incluyen los incendios forestales y la erosión eólica, pero por ser acontecimientos que pueden derivarse de la acción del hombre, su incorporación está en discusión.

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Las partículas pueden ser un indicador de la calidad del aire.

Su rango de tamaño es de entre 0.005 y 100 micrómetros o micras (μm) de diámetro aerodinámico.

La mayoría de las partículas presentes en la atmósfera tienen un tamaño menor a 40 μm.

El diámetro aerodinámico de las partículas de fracción respirable o inhalable es menor a 10 μm (PM10).