MADRID
Agencia dpa / (Europa Press) –
Científicos han observado burbujas de arena formadas por granos más ligeros que se elevan a través de granos más pesados, un proceso nunca antes observado en materiales granulares secos.
Esto es ejemplo de una nueva familia de inestabilidades gravitacionales en partículas granulares de diferentes densidades que son impulsadas por un mecanismo de canalización de gas que no se ve en los fluidos.
El equipo liderado por Chris Bouyce, profesor asistente de ingeniería química en Columbia Engineering, observó una inesperada inestabilidad similar a Rayleigh-Taylor (R-T) en la que los granos más ligeros se elevan a través de granos más pesados ?nn forma de «dedos» y «burbujas granulares». Las inestabilidades de R-T, que son producidas por las interacciones de dos fluidos de diferentes densidades que no se mezclan, –por ejemplo, el aceite y el agua, porque el fluido más liviano hace a un lado el más pesado–, no se habían visto entre dos materiales granulares secos.
El estudio, publicado en PNAS, es el primero en demostrar que «burbujas» de arena más ligera se forman y suben a través de arena más pesada cuando los dos tipos de arena están sujetos a vibración vertical y flujo de gas ascendente, similar a las burbujas que se forman y se elevan en lámparas de lava. El equipo descubrió que, al igual que las burbujas de aire y aceite se elevan en el agua porque son más ligeras que el agua y no quieren mezclarse con ella, las burbujas de arena liviana se elevan a través de la arena más pesada, aunque a dos tipos de arena les ‘gusta’ mezclarse.
El grupo de Boyce utilizó modelos experimentales y computacionales para mostrar que la canalización de gas a través de partículas más ligeras desencadena la formación de patrones de dedos y burbujas. La canalización del gas se produce porque los grupos de partículas más ligeras y grandes tienen una mayor permeabilidad al flujo de gas que los granos más pesados pequeños. La inestabilidad tipo R-T en los materiales granulares surge de una competencia entre la fuerza de arrastre ascendente incrementada localmente por canalización de gas y las fuerzas de contacto descendente, un mecanismo físico completamente diferente del que se encuentra en los líquidos.
Descubrieron que este mecanismo de canalización de gas también genera otras inestabilidades gravitacionales, incluida la ramificación en cascada de una gota granular descendente. También demostraron que la inestabilidad tipo R-T puede ocurrir en una amplia variedad de condiciones de flujo de gas y vibración, formando diferentes estructuras en diferentes condiciones de excitación.
Boyce ahora está investigando otros fenómenos similares a líquidos y estructurados en partículas de arena y cuantificando su comportamiento. También está en conversaciones con geólogos y vulcanólogos para explorar más sobre cómo este proceso y otros similares ocurren en el mundo natural.
