MEDIOS GRANULARES

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Definicion y experimentos de los medios granulares

Agregado: 14 de MARZO de 2005 (Por anonimo) | Palabras: 599 | Votar | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografías > Física >
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Autor: anonimo (info@alipso.com)

MEDIOS GRANULARES

La sal, la arena, el azúcar, ... los medios granulares, presentan comportamientos muy interesantes, porque en función de las fuerzas externas se pueden comportar como sólidos (un medio granular compactado es indeformable), líquidos (pueden fluir) o gases (se puede definir una "temperatura granular" para los medios granulares agitados).
Son sistemas de muchas partículas cuya característica peculiar es que los choques entre ellas son disipativos. Nosotros estudiamos medios granulares "secos", no cohesivos: las únicas fuerzas relevantes son las inerciales y a veces un campo externo (la gravedad). No influyen, pues, las cargas electrostáticas, la humedad -que puede provocar que los granos se peguen entre sí-, ni otras fuerzas. En la práctica eso ocurre cuando el diámetro de los granos es menor que un par de décimas de milímetro. (Un medio granular así se conoce genéricamente como "polvo"; en la industria se le llama la fracción de "finos"). Por otro lado, para observar comportamientos colectivos se necesita una cierta cantidad de granos; por dar un número: solemos tratar con unas 10.000 partículas. Eso impone límites al tamaño manejable: si los granos tuvieran el tamaño de una naranja ocuparían unos 3 metros cúbicos. En el laboratorio trabajamos con partículas cuyos diámetros van desde los 0.5 mm hasta 1 cm.
En el Departamento de Física y Matemática Aplicada realizamos algunos experimentos sobre los medios granulares para intentar comprender mejor estas propiedades.
En un medio granular denso, un estado dinámico conlleva frecuentemente que el número de colisiones tienda a infinito. Las colisiones son disipativas, y la fricción suele ser un factor a tener en cuenta. En algunos casos, incluso se considera que los granos pueden rotar en torno a su eje. Todo ello implica que la simulación numérica sea muy costosa en cuanto a los requerimientos de computación, o bien exige tales simplificaciones que se puede perder la conexión con la realidad. La teoría y los experimentos tampoco son fáciles. Pero incluso las situaciones más simples y accesibles suelen reservar sorpresas -comportamientos específicos de los medios granulares- que merece la pena estudiar.

Convección en medios granulares
Como los medios granulares son intrínsecamente disipativos, el aporte externo de energía provoca que la configuración que adopta el medio en la situación fuera de equilibrio. En el caso de un medio granular vibrado, la convección que aparece es similar a la que se da en los líquidos (convección de Bénard-Marangoni).
Atascos en la descarga de un silo
El atasco es una particularidad de los flujos de medios granulares. Piénsese, por ejemplo, en un salero: los granos de sal forman un arco que tapona el agujero, y hay que agitar el recipiente para restablecer el flujo. Otros fenómenos -como la transición vítrea, o los atascos de tráfico- guardan ciertas similaridades con éste. Recientemente, se ha propuesto la hipótesis de que los atascos son una transición de fase en el sentido termodinámico del término.
El experimento que estamos llevando a cabo consiste en un silo cilíndrico a escala con un agujero circular en la base. Si el agujero no es muy grande, la descarga del silo se interrumpe por los atascos. Obtenida la estadística del número de granos y de la duración de las avalanchas, se define la probabilidad de atasco, que depende del cociente entre el tamaño del agujero y el del grano. La cuestión que se plantea es si existe un tamaño de agujero a partir del cual no se produzcan atascos: un tamaño crítico en el sentido de que separa dos fases, una en la que el flujo se atasca y otra en la que fluye sin interrupción

BIBLIOGRAFIA:http://fisica.unav.es/~angel/granular.htm#demonio

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