Estudio de las transiciones de fase observadas en una monocapa granular vibrada verticalmente

Abstract

Una monocapa granular monodispersa, conformada por esferas de diámetros del orden de 1 mm, es sometida a vibraciones verticales al ser colocada dentro de un contenedor rígido adherido a la membrana de una corneta. Dependiendo de los parámetros de vibración administrados, la monocapa puede exhibir una fase tipo sólido, tipo gas o una coexistencia sólido-gas. Este trabajo se centra en el estudio de la transición desde una fase sólida hasta una fase tipo gas generada por el aumento progresivo de la amplitud de vibración, manteniendo baja la frecuencia de vibración a 50 Hz y empleando bajas amplitudes de vibración para mantener la condición de monocapa. Realizando la comparación de dos sistemas de distinto tamaño (cambiando el tamaño del contenedor) y dos monocapas conformadas por esferas con diferentes densidades y coeficientes de restitución, se estudia como la aceleración para la que se observa la transición de fase (denotada por Tc) se ve afectada por modificaciones en la fracción de llenado del sistema. Los resultados de dicho estudio demuestran que Tc es aproximadamente independiente de la fracción de llenado aunque para las esferas de menor densidad tiende a aumentar a altos valores de la fracción de llenado. El tamaño del sistema y el coeficiente de restitución son aspectos que sí ocasionan una variación notable de Tc relacionado con la energía requerida para que las partículas se despeguen de la superficie y comiencen a rebotar. Adicionalmente se muestra un estudio de Tc (cambio de la aceleración del sistema observado durante la transición) con los mismos parámetros y se observa que ésta cantidad está íntimamente relacionada con la tasa de colisiones (mostrando dependencia directa con la fracción de llenado) y la masa de las partículas. Los resultados obtenidos demuestran la alta sensibilidad que posee este tipo de sistemas ante modificaciones de las propiedades del medio y de los parámetros de vibración, estableciendo toda una línea de investigación para el estudio de su comportamiento.