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El pasado 24 de marzo, Imara Ibarra Barajas, investigadora del Departamento de Medio Ambiente del CIEMAT, defendió su trabajo de tesis titulado: "Estudio y optimización de un sistema de clasificación por movilidad eléctrica de partículas finas y ultrafinas para su aplicación en emisiones industriales". La tesis ha sido dirigida por el Dr. Jesús J. Rodríguez Maroto, del CIEMAT y la Dra. Victoria Laura Barrio Cagigal de la Universidad del País Vasco, UPV. Este trabajo de investigación ha sido realizado en el CIEMAT y su defensa tuvo lugar en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao (UPV/EHU), obteniendo la calificación de sobresaliente "Cum laude".

Imara Ibarra Barajas ha sido personal investigador predoctoral en formación (Ley de la Ciencia, Tecnología e Innovación, art. 21, ley 14 de 2011, 1 de junio), asignada al Grupo de Emisiones Industriales, en la Unidad de Emisiones Contaminantes del Departamento de Medioambiente del CIEMAT, desde julio de 2017 (Conv. 01/PREEM/16). Su tesis se ha desarrollado en el marco del proyecto: "Tecnologías para la medida de aerosoles en emisiones canalizadas".

El trabajo de tesis presenta como hipótesis los interrogantes, observados por diferentes autores, en la utilización de espectrómetros de movilidad eléctrica para la medida de partículas: desviaciones del comportamiento teórico, distorsiones de campo y flujo, disminución de resolución y errores en la clasificación por movilidad y, consecuentemente, por su tamaño (Fissan et al. (1996); Heim et al. (2005); Rossell-Llompart et al. (1996), Chen y Pui (1997); Chen et al (1998)). También las restricciones debidas a la utilización de fuentes radiactivas como neutralizadores de la carga de las partículas, previa a su clasificación, y la valoración de utilizar fuentes exentas de baja actividad, con la dificultad de alcanzar la distribución de carga estacionaria, (Covert et al. (1997), He and Dhaniyala (2014), Killinger and Szymanski (2015)). Así como la necesidad de eliminar determinados tamaños de partículas que supondrían errores en la medida y deterioros del equipo, unidos a la baja resolución de tiempo, alto costo, o complejidad en su uso.

Aunque existan alternativas instrumentales a los espectrómetros de movilidad eléctrica, la mejor precisión y exactitud de estos hacen que sea la mejor tecnología en la medida de partículas; por ello, este trabajo de tesis plantea como objetivo la optimización de los espectrómetros de movilidad eléctrica desde el estudio teórico y experimental, para adecuarlos a la medida en emisiones industriales. Se ha tomado como imagen de este estudio, el espectrómetro para la medida de partículas finas y ultrafinas, desarrollado y patentado en CIEMAT (Nº: ES1074908Y).

El estudio teórico se basa en el análisis fluidodinámico y de la dinámica de partículas (Simulación CFD) en tres secciones, consideradas fundamentales en el instrumento: analizador de movilidad eléctrica, DMA, neutralizador de carga, y dispositivo inercial. En el DMA, se diferencian, a su vez: cámara de clasificación, entrada tangencial del aerosol, salida del gas de exceso y entrada del gas sheath. El estudio ha permitido realizar modificaciones que han sido validadas experimentalmente obteniendo una distribución más homogénea en la cámara de clasificación, incrementando el porcentaje de partículas clasificadas, y cualitativamente la función de transferencia, FT.

El proceso de carga y la determinación experimental de la distribución de carga, ha sido analizado desde un modelo de ecuaciones de carga y neutralización para partículas de aerosol monodisperso < 10nm. Se han seleccionado los neutralizadores más adecuados y las condiciones óptimas de operación, para alcanzar la carga estacionaria

Finalmente, la creación de un nuevo dispositivo inercial mediante CFD y su validación experimental hasta conseguir el diseño óptimo, como acondicionamiento previo a la utilización de los DMA, con solicitud de patente registrada nº.P202230019.

Las futuras líneas de investigación derivadas de esta tesis estarán dirigidas a los siguientes estudios: efecto de mallado en el cálculo numérico y la FT; simulación de la capa limite turbulenta con partículas; aglomeración por cargas eléctricas u otro tipo de fuerzas externa; distribuciones de carga y tamaño en modelo de trayectoria de partículas; materiales de construcción del equipo; influencia de las propiedades de los aerosoles a medir; implementación del modelo de carga y neutralización en el software CFD comercial; desarrollo de un software de control y adquisición de datos; sistema de detección de partículas más adecuado según aplicación; versatilidad del espectrómetro en cuanto a dimensiones; eficacia de retención del dispositivo inercial para tamaños de partículas superior; uso del dispositivo en la medida real de partículas.

Fotografía 2.  Imara Ibarra contestando por videoconferencia al miembro del tribunal del Aerosol Dynamics Inc. (Berkeley, California, USA).