Abstract:
La morfología de las partículas carbonosas influye de manera decisiva en el
cambio climático. La morfología de los aglomerados de hollín, compuestos por
partículas primarias que pueden asimilarse a esferas, puede estudiarse utilizando
las herramientas de la Geometría Fractal, ya que su geometría, aun no siendo estrictamente
fractal, puede asimilarse. Por este hecho, se dice que son cuasi-fractales,
siguiendo una ley potencial de crecimiento, conocida como ley de potencias.
La morfología interviene en multitud de procesos atmosféricos, en los que
es necesario conocer no sólo el tamaño, sino también cómo es la configuración
espacial de la partícula. La dimensión fractal y prefactor de la ley de potencias son
los principales parámetros morfológicos habitualmente utilizados para caracterizar
los aglomerados fractales o cuasi-fractales. La dimensión fractal expresa cómo
el aglomerado se configura en el espacio, mientras que el prefactor refleja la
“lagunaridad” o el grado de huecos que presenta. Por tanto, su conocimiento
permite estimar de manera correcta, tanto otros parámetros morfológicos, como la
relación superficie/volumen, como otras propiedades físicas relacionadas con los
fenómenos de absorción y emisión de luz, que afectan directamente al clima. Las
partículas carbonosas son los segundos elementos atmosféricos que más influyen
en el calentamiento del planeta, precedidos solamente por el dióxido de carbono.
El presente trabajo tiene como objetivo principal el proporcionar una metodología
de análisis adecuada a los aglomerados de hollín, si bien esta metodología
puede aplicarse en otros campos donde los productos puedan describirse siguiendo
una ley potencial. Para ello se parte de un modelo anteriormente desarrollado.
Este modelo se basa en desarrollar las ecuaciones del prefactor para unas figuras
tomadas de referencia, donde el valor de la dimensión fractal es conocida. El método
permite el análisis de las imágenes que se obtienen a partir de aglomerados
de hollín reales, muestreados en los conductos de salida. Para ello, se complementa
dicho método con un modelo que permite estimar lo que en una imagen
bidimensional queda oculto.
El modelo se amplía para poder admitir contactos no puntuales entre partículas
primarias. De esta forma, se elimina una limitación del anterior y se introduce una
nueva figura de referencia para el caso tridimensional que permite modelar las
ecuaciones del prefactor de forma geométricamente consistente, tanto si existe
como si no existe aplastamiento.
Se desarrollan herramientas informáticas que permiten eliminar alguna de las
hipótesis del mismo. Por un lado, se presenta una herramienta que permite simular
aglomerados tridimensionales con geometría fractal. Conocidos los parámetros
geométricos, el modelo puede calibrarse y se pueden corregir los errores de estimación
de los parámetros característicos del aglomerado, como son el radio de
giro, el número de partículas primarias y por último, la dimensión fractal.
Por otra parte, se desarrolla una herramienta que permite estimar directamente
la dimensión fractal de aglomerados compuestos por partículas primarias esféricas
y con disposiciones espaciales predeterminadas. Si bien esto permite un análisis
cuantitativo y cualitativo del modelo, éste último es el de mayor interés, debido a
que las geometrías que son objeto de estudio no son fractales puros, existiendo un
rango de tamaños entre los cuales el método es aplicable. Este último estudio valida
el método y abre la posibilidad de poder estudiar aglomerados con geometrías
arbitrarias.
Palabras clave: hollín, partícula primaria, partícula carbonosa, ley de potencias, geometría
fractal, prefactor, dimensión fractal, radio de giro, aplastamiento