211service.com
El misterio del flujo de arena a través de un reloj de arena
Los físicos saben desde hace mucho tiempo que el flujo de arena a través de un reloj de arena es completamente diferente del flujo de líquido. En el caso de un líquido, la velocidad de descarga depende de la presión en la abertura que está determinada por la altura del líquido por encima.
Pero las cosas son diferentes en los medios granulares. En 1895, un ingeniero alemán llamado Janssen descubrió que la presión en el fondo de un recipiente de gránulos no depende de la altura de los granos de arriba. Razonó que los granos forman cadenas y puentes que transmiten su peso al costado del contenedor donde son soportados por fricción. Entonces la presión aumenta asintóticamente con la profundidad hasta un umbral.
De hecho, si la altura de los gránulos es el doble de la anchura del recipiente, la presión en el fondo es efectivamente constante. Es esta presión constante en el fondo la que Janssen y otros siempre han asumido que determina el flujo másico que sale de la abertura en un reloj de arena.
No es así, dicen María Aguirre de la Universidad de Buenos Aires en Argentina y unos amigos que han realizado un experimento para probar esta idea.
Su idea es eliminar la gravedad de la ecuación colocando los gránulos, o en este caso pequeños discos, en una cinta transportadora que los lleva a través de una abertura (ver diagrama arriba). Esto les permite alterar la velocidad de salida de los discos a través de la apertura cambiando la velocidad de la correa.
Los resultados sorprenden: muestran que con la misma presión de fondo es posible obtener diferentes caudales simplemente cambiando la velocidad de la cinta transportadora. Eso significa que es la velocidad de los discos la que determina el caudal, no la presión del fondo.
Ese es un resultado sutil pero importante. El efecto de Janssen se ha estudiado en detalle durante más de 50 años sin que nadie cuestione el pensamiento detrás de él.
Y podría tener interesantes aplicaciones prácticas. El nuevo trabajo sugiere que debería ser posible aumentar el flujo de partículas a través de una abertura aumentando su velocidad a través de ella. Eso se podría hacer con campos eléctricos, por ejemplo, o con cintas transportadoras de sólidos o líquidos como las que usa el equipo argentino.
Eso debería ser útil en las numerosas industrias en las que las partículas deben mezclarse de manera repetible, como las industrias alimentaria, farmacéutica y de la construcción.
Pero para aquellos preocupados por los huevos pasados por agua, no debería afectar el flujo de arena a través de un reloj de arena.
Ref: arxiv.org/abs/1005.2884 : Independencia de la presión del flujo granular a través de una abertura