Los físicos han descubierto que los gránulos de arena se comportan como líquidos de diferentes densidades cuando se mezclan: burbujean y flotan.

Movimiento en el flujo de materiales a granel, como arena y partículas de catalizador, utilizados en aplicaciones químicas.

reactores, es la base de una amplia gama defenómenos naturales, desde deslizamientos de tierra hasta erupciones volcánicas. El mismo mecanismo se utiliza en procesos industriales que van desde la producción farmacéutica hasta la captura de carbono. El movimiento y la mezcla de sólidos a menudo presentan sorprendentes similitudes con los líquidos, como ocurre en las dunas de arena en movimiento, las avalanchas y las arenas movedizas. Al mismo tiempo, la física subyacente a estos flujos granulares no es tan clara como la de los flujos líquidos.

Un descubrimiento reciente de Chris Boyce, profesor asociado de química.en Ingeniería de la Universidad de Columbia, explica la naturaleza de una nueva familia de inestabilidades gravitacionales en partículas granulares de diferentes densidades impulsadas por gas. En los líquidos no ocurren procesos similares. En colaboración con el grupo del profesor de energía e ingeniería Christoph Müller en ETH Zurich, el equipo de Beuys descubrió una inesperada inestabilidad similar a la de Rayleigh-Taylor, donde los granos más ligeros se elevan a través de granos más pesados ​​en forma de "dedos" y "burbujas de granos". La inestabilidad de Rayleigh-Taylor resulta de la interacción de dos líquidos de diferentes densidades que no se mezclan (por ejemplo, petróleo y agua, porque el líquido más ligero repele al más pesado). Esto nunca antes se había visto entre dos materiales granulares secos.

El estudio de Boyce demostró por primera vez que la "burbuja"desde arena ligera puede ascender a través de arena pesada, siempre que ambos tipos de arena estén sujetos a vibración vertical y flujo de gas ascendente. Los científicos han descubierto que, así como las burbujas de aire y aceite suben en el agua porque son más ligeras que el agua y no quieren mezclarse con ella, las burbujas de arena ligera pasan a través de arena pesada, incluso si se intenta mezclar bien los dos tipos de arena.

“Creemos que nuestro descubrimiento transformaráciencia”, señala Boyce. “Hemos encontrado un análogo “granular” de las inestabilidades mecánicas de líquidos. "Nuestros resultados no sólo pueden explicar las formaciones geológicas y los procesos subyacentes a la formación de depósitos minerales, sino que también pueden utilizarse en la tecnología de procesamiento de polvo en las industrias energética, de la construcción y farmacéutica".

Los investigadores también encontraron que el gasEl flujo que actúa sobre la arena también crea otras inestabilidades gravitacionales, incluida la ramificación en cascada de la gota granular hacia abajo. También demostraron que la inestabilidad de Rayleigh-Taylor como inestabilidad se produce en una amplia gama de caudales de gas y condiciones de vibración, formando diferentes estructuras bajo diferentes condiciones de excitación.

"Estas inestabilidades que se pueden aplicar.”, añade Beuys a diferentes sistemas, aclara la dinámica del entorno granular y ofrece nuevas posibilidades para la formación de un patrón dentro de las mezclas granulares para la formación de nuevos productos en la industria farmacéutica”. "Estamos particularmente entusiasmados con el impacto potencial de nuestros hallazgos en las ciencias geológicas; estas inestabilidades nos ayudarán a comprender cómo se ha formado la estructura del planeta a lo largo de la larga historia de la Tierra y predecir cómo se formarán otros en el futuro".