MADRID 29 Oct. (EUROPA PRESS) -
Un nuevo método desarrollado en la Universidad de Warwick (Reino Unido) ofrece la primera forma simple y predictiva de calcular cómo las nanopartículas de forma irregular (una clase peligrosa de contaminante atmosférico) se mueven a través del aire. El estudio, publicado en 'Journal of Fluid Mechanics Rapids', reelabora una fórmula centenaria para cerrar una brecha clave en la ciencia de los aerosoles.
Diariamente, inhalamos millones de partículas microscópicas, como hollín, polvo, polen, microplásticos, virus y nanopartículas sintéticas. Algunas son lo suficientemente pequeñas como para penetrar profundamente en los pulmones e incluso en el torrente sanguíneo, lo que contribuye a enfermedades como cardiopatías, accidentes cerebrovasculares y cáncer.
La mayoría de estas partículas en suspensión tienen forma irregular. Sin embargo, los modelos matemáticos utilizados para predecir su comportamiento suelen asumir que son esferas perfectas, simplemente porque las ecuaciones son más fáciles de resolver. Esto dificulta la monitorización o predicción del movimiento de partículas reales no esféricas, a menudo más peligrosas.
Ahora, esta nueva investigación de la Universidad de Warwick ha desarrollado el primer método sencillo para predecir el movimiento de partículas irregulares de cualquier forma.
El autor del artículo, el profesor Duncan Lockerby, de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Warwick, detalla: "La motivación era simple: si podemos predecir con precisión cómo se mueven las partículas de cualquier forma, podemos mejorar significativamente los modelos de contaminación atmosférica, transmisión de enfermedades e incluso la química atmosférica. Este nuevo enfoque se basa en un modelo muy antiguo, simple pero eficaz, lo que lo hace aplicable a partículas complejas y de forma irregular".
El avance se debe a la revisión de uno de los pilares de la ciencia de los aerosoles: el factor de corrección de Cunningham. Desarrollado en 1910, este factor se diseñó para predecir cómo la resistencia aerodinámica de partículas diminutas se desvía de las leyes clásicas de los fluidos. En la década de 1920, el premio Nobel Robert Millikan refinó la fórmula, pero al hacerlo pasó por alto una corrección más simple y general. Como resultado, la versión moderna se limitó a partículas perfectamente esféricas.
El nuevo trabajo del profesor Lockerby reformula la idea original de Cunningham de una forma más general y elegante. Partiendo de esta base, introduce un "tensor de corrección", una herramienta matemática que captura todo el rango de fuerzas de arrastre y resistencia que actúan sobre partículas de cualquier forma, desde esferas hasta discos delgados, sin necesidad de parámetros de ajuste empíricos.
El profesor Duncan Lockerby añade: "este artículo trata de recuperar el espíritu original del trabajo de Cunningham de 1910. Al generalizar su factor de corrección, ahora podemos hacer predicciones precisas para partículas de casi cualquier forma, sin necesidad de simulaciones intensivas ni ajustes empíricos. Proporciona el primer marco para predecir con precisión cómo las partículas no esféricas viajan a través del aire, y dado que estas nanopartículas están estrechamente relacionadas con la contaminación del aire y el riesgo de cáncer, este es un importante paso adelante tanto para la salud ambiental como para la ciencia de los aerosoles".
El nuevo modelo proporciona una base más sólida para comprender cómo se desplazan las partículas en el aire, en campos que abarcan desde la calidad del aire y la modelización climática hasta la nanotecnología y la medicina. Podría ayudar a los investigadores a predecir mejor cómo se propagan los contaminantes en las ciudades, cómo se desplazan las cenizas volcánicas o el humo de los incendios forestales, o cómo se comportan las nanopartículas modificadas en los sistemas de fabricación y administración de fármacos.
Para aprovechar este avance, la Escuela de Ingeniería de Warwick ha invertido en un nuevo sistema de generación de aerosoles de última generación. Esta instalación permitirá a los investigadores generar y estudiar con precisión una gama más amplia de partículas no esféricas del mundo real, lo que validará y ampliará aún más el nuevo método.