Engarrafamento e segregação em empilhamentos abertos de grãos

• Autor(a) principal: Caio Franca Merelim Magalhaes
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-99PKEA
• topic: Físico; Materiais granulados; Dinâmica molecular Métodos de simulação; Métodos de simulação; Física

O estudo das descargas de empilhamentos granulares bidimensionais com fronteiras abertas revelou indícios de uma transição de engarrafamento e um efeito de segregação em misturas de grãos. O estudo foi feito por meio de simulações computacionais, utilizando-se uma técnica de dinâmica molecular, em que os empilhamentos são crescidos sobre uma base de tamanho finito e posteriormente descarregadas por um orifício aberto no centro da base. Tomando a altura final do empilhamento após a descarga como parâmetro de ordem, pode-se divisar uma transição de um regime em que o empilhamento não é perturbado pela abertura do orifício para um regime catastrófico, em que o empilhamento se divide em dois menores. Uma análise de tamanho finito mostra que largura do orifício de transição converge para um valor finito, que corresponde à largura crítica da transição de engarrafamento. Esse resultado foi obtido para um modelo de grão visco-elástico com atrito coulombiano e também para um modelo que, além dessas interações, incorpora atrito de rolamento, responsável, entre outros efeitos, pela maior estabilidade de pilhas de grãos em simulações numéricas. Além de ajudar a entender a transição de engarrafamento, a investigação de descargas de empilhamentos formados por misturas de grãos revelou um efeito de segregação no processo de formação de arcos. Observou-se o efeito tanto em misturas de grãos de tamanhos distintos quanto em misturas de grãos de diferentes densidades. No caso de bidispersão no tamanho, os arcos são predominantemente compostos pelos grãos maiores. No caso de bidispersão na densidade, existem dois regimes, dependendo da largura do orifício: para larguras pequenas, a ocorrência de grãos densos no arco é maior e, para larguras grandes, a ocorrência de grãos densos é menor.