Si tomamos una bolsa de frutos secos mixtos y la agitamos repetidas veces, observaremos siempre lo mismo: aquellos de mayor tamaño (típicamente, las nueces de Brasil) se habrán desplazado hacia la parte superior. Este fenómeno de segregación de tamaños en los medios granulares se conoce como «efecto de las nueces de Brasil» y, entre otras cosas, parece influir también en el aspecto de los asteroides. Y aunque hace años que intriga a los investigadores de varias disciplinas, hoy en día siguen sin estar claros todos los aspectos del proceso.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Manchester ha usado imágenes de tomografía computarizada en rayos X para analizar por primera vez qué papel desempeñan la forma y la orientación de las partículas en la dinámica de la mezcla. Los resultados se publican en la revista Scientific Reports.
Las imágenes ayudaron a los autores a superar una dificultad que hasta ahora había sido difícil de sortear: al agitar una mezcla de, por ejemplo, nueces de Brasil y cacahuetes, solo es fácil seguir el movimiento de los frutos secos situados en la zona exterior de la mezcla, pero no los del interior. «Este trabajo […] nos ha permitido visualizar por primera vez el proceso por el que las nueces de Brasil pasan por encima de los cacahuetes hasta llegar a la parte superior», ha explicado Philip Withers, autor principal del estudio, en declaraciones recogidas por la Universidad de Manchester.
La representación tridimensional del proceso muestra cómo las fuerzas de cizalla que induce la agitación modifican progresivamente la distribución de una mezcla de cacahuetes y nueces de Brasil en un recipiente cilíndrico. Tras unas 70 sacudidas, una de las nueces de mayor tamaño alcanza la parte superior. Al llegar a las 150 sacudidas, a ella se le unen otras dos. No obstante, algunas nueces de Brasil permanecen en el fondo del recipiente. ¿A qué se debe?
Según los resultados del estudio, el comportamiento de los frutos secos de mayor tamaño depende sobre todo de su orientación inicial. Al principio, las nueces de Brasil tienen que poder orientarse ligeramente hacia la vertical para poder ascender por la mezcla. Más tarde, cuando alcancen la cima, volverán a adoptar una posición horizontal. Pero si el primer paso no tiene lugar, el fruto seco permanecerá en la base. El trabajo demuestra así que la posición y la orientación inicial de las partículas de mayor tamaño desempeñan un papel clave en el proceso, así como la forma y la simetría de las partículas.
En cuanto a las posibles aplicaciones del hallazgo, una de ellas sería la posibilidad de optimizar una mezcla de partículas de distintos tamaños confiriéndoles una forma específica a fin de que el contenido se mantenga siempre bien distribuido, incluso cuando se agita de manera constante. Entre otros usos, eso podría ayudar a la industria farmacéutica a mejorar la producción de aquellos comprimidos cuyos componentes deban distribuirse de la manera más uniforme posible. El efecto de las nueces de Brasil también es relevante en otros procesos, como el comportamiento de los materiales a granel en minería, ingeniería y producción de alimentos.
Jan Osterkamp
Referencia: «Size segregation of irregular granular materials captured by time-resolved 3D imaging»; Parmesh Gajjar en Scientific Reports, vol. 11, art. 8352, 19 de abril de 2021.
