Dinámica de desatasco de un silo granular vibrado

Abstract

En esta memoria se presenta un estudio experimental de un sistema granular, con el que se investiga el fenómeno de desatasco inducido por vibraciones de baja intensidad: un silo de salida angosta que puede ser vibrado globalmente. Nuestro silo es un contenedor rectangular (en el que los granos forman una monocapa vertical), con una abertura central en su base, que apenas supera en pocas unidades al diámetro de las partículas. Un silo con estas características es propenso a sufrir atascos durante la descarga, por la formación de arcos que obstruyen la salida e interrumpen el flujo. Para dilucidar la sensibilidad de estos arcos ante una vibración vertical constante (por debajo del límite de fluidización), se analizó la resistencia y morfología de los arcos. La estabilidad de los arcos se determina mediante el análisis de supervivencia de los tiempos de ruptura. La morfología se caracteriza en términos de dos variables, relacionadas con el ángulo entre esferas consecutivas. En particular, se encontró que la desviación estándar de estos ángulos es una variable escalar que captura la evolución morfológica del arco. El análisis de las configuraciones inicial y final confirma que los arcos más irregulares tienden a ser más inestables. Sin embargo, el estado inicial no dictamina la resistencia y evolución de un arco particular. El arco sigue un movimiento irregular, tipo stick-slip, a lo largo del tiempo: deformaciones plásticas repentinas y aperiódicas, intercaladas por periodos de inactividad. De esta manera, el arco explora distintas estructuras, hasta que supera un umbral de estabilidad (que no depende de la intensidad de vibración) y se produce la ruptura. Los resultados ponen de manifiesto que la dinámica observada es la misma tanto para los arcos que se rompen como para aquellos que no y que las configuraciones se exploran de forma casual. La evolución observada puede ser racionalizada en términos de una descripción estocástica, y modelada como un caminante aleatorio de tiempo continuo. Estudiando la difusividad de 𝜎, se comprueba la relajación lenta y el envejecimiento inherente al fenómeno de desatasco. Por último, se demuestra la ruptura de ergodicidad en la dinámica, la cual ocurre de igual forma tanto para los arcos se rompen como para aquellos que resisten la vibración.