Antecedentes de la invención Los niveles de referencia medioambientales son cada vez más estrictos y es necesario desarrollar instrumentos suficientemente sensibles para detectar, en tiempo real, los nuevos límites impuestos por la legislación para las medidas de inmisión en el caso de materia particulada. Para superar este problema, se han utilizado tradicionalmente impactadores de cascada de alto volumen con objeto de tomar suficiente muestra y poder así pesarla con microbalanzas. Sin embargo, los electrómetros son sistemas mucho más sensibles que las microbalanzas, constituyendo verdaderos detectores en línea que ya han sido previamente utilizados en medidas de emisiones, por ejemplo en dispositivos triboeléctricos basados en fundamentos muy diferentes a los impactadores, de menor sensibilidad y donde el material aislante utilizado no es determinante (Patente DE 196 34 384 A1).

En una etapa de un impactador de cascada el flujo de gas que arrastra a las partículas atraviesa las toberas y se ve obligada a sortear el colector. Las partículas menores de un tamaño crítico, el diámetro de corte, seguirán las líneas de corriente pero no las partículas mayores que dicho tamaño, que impactan en el colector.

Cuando las partículas que impactan están cargadas, su ritmo de incidencia en el colector puede inferirse a partir de la corriente que este recibe. Conociendo el número de cargas promedio en la partícula, es posible determinar la concentración de partículas a partir de la corriente medida. Es conveniente introducir la etapa en una caja de Faraday para evitar el ruido ambiental, ó bien diseñar la etapa como una caja de Faraday en si misma.

Una etapa de un impactador de cascada puede utilizarse para clasificar partículas menores y mayores que el diámetro de corte. Instalando varias etapas en serie con diámetros de corte decrecientes consecutivos, es posible determinar la distribución de tamaños de partículas y su concentración. Según el gas fluye secuencialmente a través de las etapas, las partículas retenidas en cada colector son aquellas menores que el diámetro de corte de la etapa previa y mayores que el

diámetro de corte de la propia etapa. Esta clasificación secuencial divide la distribución de partículas en una serie de grupos continuos de acuerdo a su tamaño.

La principal limitación de los sistemas utilizados hasta este momento es debida al uso de plásticos como material aislante. Estos plásticos tienen dos problemas. El primero se produce debido a que se trata de materiales piezoeléctricos por lo que el limite, inferior de detección del electrómetro está limitado por el ruido generado por la bomba necesaria para el muestreo (de Juan et al. (1997) J. Aerosol Sci., 28, 1029- 1048). El segundo problema son las pérdidas electrostáticas (Patente WO 99/37990) ya que los materiales plásticos acumulan cargas que producen un campo eléctrico y precipitan a las partículas cargadas. Esto significa que no todas las partículas llegarán al colector adecuado para medirlas. Este problema afecta más seriamente a las partículas más pequeñas, que tienen que atravesar las primeras etapas del impactador antes de ser retenidas y además poseen mayor movilidad eléctrica.

Por otra parte, la turbulencia es un mecanismo que deteriora la resolución de un impactador debido a que las variaciones temporales de la velocidad del fluido conducen a un ensanchamiento temporal en el tamaño de corte (Gómez-Moreno et al.

(2002) J. Aerosol Science, 33,459-476). Los chorros libres son naturalmente inestables. En particular, para el caso de geometrías con aceleraciones bruscas (tales como las que resultan de perforar una placa plana), esta inestabilidad se presenta incluso a números de Reynolds (basados en la velocidad media y el diámetro del chorro) tan bajos como 100. En cambio, un chorro que colisiona frontalmente con una superficie tiende a estabilizarse por la presencia de ésta (el colector en el caso de los impactadores inerciales). Así, a un número de Reynolds dado, mayores longitudes de chorro (mayores distancias de la tobera al colector) tienden a promover la transición a la turbulencia más que las pequeñas distancias, de forma análoga al efecto desestabilizador de incrementar el número de Reynolds. En los impactadores convencionales, es necesario el uso de caudales altos para obtener suficiente muestra. Esto significa que el número de Reynolds en las toberas puede alcazar valores muy altos y producir turbulencia en el chorro, lo que reduce considerablemente la calidad de la medida.

Se ha comprobado que ambos problemas se pueden superar mediante el uso casi exclusivo de materiales conductores, con intercalación de pequeñas piezas de zafiro como material aislante, y adicionalmente por la utilización de chorros cortos que se obtienen fijando la distancia de la tobera al colector en un valor similar al diámetro de la tobera.

Descripción de la invención El dispositivo de la invención se basa en un impactador de cascada donde el colector de cada etapa esta conectado a un sensor eléctrico (por ejemplo, un electrómetro de alta sensibilidad) por medio de un material no piezoeléctrico (por ejemplo, zafiros) usado como aislante, con objeto de medir la concentración de partículas retenida en esa etapa. Para evitar las pérdidas debidas a campos eléctricos internos toda la etapa se construye en material metálico y constituye una caja de Faraday en si misma, aunque pueden utilizarse cajas metálicas adicionales. Además, los aislantes de zafiro son pequeños y se sitúan en una región alejada de la trayectoria de las partículas.

Con el fin de evitar que el chorro que transporta las partículas se vuelva turbulento, se dispone el colector a una distancia aguas debajo de la salida de la tobera aproximadamente igual al diámetro de dicha tobera. Esta distancia se fija utilizando valores apropiados para el espesor del aislante de zafiro y la profundidad de su alojamiento en el colector.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra una etapa de un impactador de cascada según la invención, con una primera solución para aislar eléctricamente el colector del resto de la etapa.

La figura 2 muestra una segunda solución posible al problema de conectar el electrómetro al colector por medio de zafiros sin interrumpir la caja de Faraday.

Descripción detallada de una realización preferida En la figura 1 puede verse una primera solución para aislar eléctricamente el colector de resto de la etapa (1), utilizándose un sistema doble de aislantes de zafiro (2); uno de ellos separa físicamente el colector (4) del resto de la etapa (1), mientras que el segundo impide el contacto del tornillo de sujeción (3) con el colector (4). Estos aislantes de zafiro (2) poseen un taladro central (5) que permite sean atravesados por el tornillo de sujeción (3), que rosca en el cuerpo principal de la etapa (1).

En la figura 2 se detalla una segunda solución para conectar el electrómetro al colector que utiliza un juego doble de aislantes de zafiro (6), un juego doble de juntas tóricas (7) y una placa de separación (8) donde va soldado el cable (10) que conecta el electrómetro (9) con el colector. El conjunto va sujeto con una tuerca de apriete (11), que presiona el conjunto de tal forma que las juntas tóricas evitan la entrada de gas atmosférico al interior (cuya presión no es necesariamente igual a la atmosférica). El electrómetro (9) y la primera etapa de amplificación están en el interior de una caja de Faraday, que se fija independientemente al cuerpo del impactador de modo que el cable (10) que conecta el colector (4) con el amplificador del electrómetro (9) no esté sometido a tensiones o vibraciones excesivas.