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Mar, Abr

¿Sabías que los materiales granulares se consideran como un nuevo estado de la materia?

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Granos

Pese a su aparente simplicidad, tienen un comportamiento único que permite considerar al material granular como un nuevo estado de la materia, distinto de los sólidos, los líquidos o los gases.

Los materiales granulares pueden comportarse como un sólido, un líquido o un gas, y tienen además otras propiedades, como la dilatación (capacidad de expandirse como un todo), la segregación (o separación de las partículas por tamaño), la particular distribución de una fuerza aplicada, la formación de dunas o la posibilidad de sufrir avalanchas, que les son propias.

No importa si ellos son minerales o vegetales, grandes o pequeños, livianos o pesados, lo importante es que se trate de granos semejantes y perfectamente identificables como elementos constitutivos del material. Arroz, sal, granos de café, arena, trigo, azúcar, polvos de talco, e incluso bolitas y pastillas de dulce, son materiales granulares.

Los materiales granulares desempeñan un papel importante en muchos procesos productivos, como la minería, la agricultura, la ingeniería civil y la industria farmacéutica. También son claramente importantes en procesos geológicos que configuran la forma de la Tierra, como las avalanchas o deslizamientos, la erosión y, a mayor escala, las placas tectónicas.

Tomemos en cuenta las siguientes estadísticas:

• En la industria química, cerca de la mitad de los productos y al menos tres cuartos de los materiales en bruto se manejan en forma granular.

• Las avalanchas causan constantemente pérdidas humanas y económicas.

• Cada año, miles de silos y graneros se rompen y destruyen. En Estados Unidos, por ejemplo, la cifra supera los mil anuales. En México, el 30% del maíz cosechado se pierde debido al mal diseño de sistemas de manejo de los granos para el transporte y almacenamiento.

La tecnología para manipular y controlar los materiales granulares no está suficientemente desarrollada. Se calcula que las industrias, en general, podrían perder más de la mitad de la producción de sus plantas por problemas relacionados con el transporte y almacenamiento de estos materiales. Por tanto, incluso una leve mejoría en el proceso de manipulación de medios granulares podría traer grandes beneficios. Y una buena comprensión de la física de la materia granular es esencial para diseñar sistemas de manejo eficientes.

Por otra parte, el estudio de los materiales granulares y su comportamiento también ha sido recientemente utilizado para ilustrar fenómenos científicos en otras áreas, como la autoorganización, los superconductores y las dinámicas de los terremotos.

¿Desde cuándo se conoce a los materiales granulares como tales?

La ciencia de los medios granulares tiene una larga historia. Físicos célebres como Coulomb (1773), Faraday (1831) y Reynolds (1885) estudiaron algunas de sus propiedades, como la dilatación y la fricción entre los granos. En años recientes, ha resurgido el interés entre los físicos por realizar estudios en este campo, debido a sus múltiples aplicaciones prácticas. Actualmente, decenas de grupos científicos trabajan alrededor de todo el mundo en su investigación, seducidos por el fascinante comportamiento colectivo de millones de partículas sólidas.

FUENTE: Texto preparado con la colaboración del Dr. Francisco Melo, Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile.