Os cientistas capturaram pela primeira vez a complexa dinâmica do movimento das partículas em materiais granulares, ajudando a explicar por que as castanhas misturadas costumam ver as castanhas do Brasil maiores se reunirem no topo. As descobertas podem ter um impacto vital nas indústrias que lutam com o fenômeno, como produtos farmacêuticos e mineração.

Muitas pessoas terão a experiência de mergulhar as mãos em um saco de castanhas misturadas apenas para descobrir as castanhas do Brasil no topo. Este efeito também pode ser facilmente observado com caixas de cereais, com os itens maiores subindo para o topo. Coloquialmente, este fenômeno de partículas segregadas por seu tamanho é conhecido como o 'efeito castanha-do-pará' e também tem enormes implicações para as indústrias onde a mistura desigual pode degradar criticamente a qualidade do produto.

Agora, pela primeira vez, cientistas da Universidade de Manchester usaram imagens 3D com resolução temporal para mostrar como a castanha do Brasil sobe através de uma pilha de nozes. O trabalho mostra a importância do formato das partículas no processo de desmistura.

Uma dificuldade comum ao examinar materiais granulares é acompanhar o que acontece com as partículas no interior da pilha, que não pode ser facilmente visto. Esta nova pesquisa publicada na revista Relatórios Científicos é um grande avanço em nossa compreensão, utilizando técnicas de imagem avançadas no novo Centro de Pesquisa Nacional para Tomografia Computadorizada de Raios-X baseada em Laboratório (NXCT), baseado no Instituto Henry Royce.

O professor Regius Philip Withers disse:"Neste trabalho, acompanhamos o movimento das castanhas-do-pará e amendoins por meio da tomografia computadorizada de raios-X de lapso de tempo enquanto a embalagem era repetidamente agitada. Isso nos permitiu ver pela primeira vez o processo pelo qual a castanha-do-pará passa do amendoim para chegar ao topo. ”

A equipe capturou o experimento de imagem único em vídeo mostrando a evolução temporal da mistura de nozes em 3D. Observa-se que o amendoim se infiltra para baixo, enquanto três castanhas maiores do Brasil sobem. A primeira castanha-do-pará atinge os primeiros 10% da altura do leito após 70 ciclos de cisalhamento, com as outras duas castanhas do Brasil atingindo essa altura após 150 ciclos de cisalhamento. As castanhas do Brasil restantes aparecem presas na parte inferior e não sobem para cima.

Dr. Parmesh Gajjar, autor principal do estudo, acrescenta:"De maneira crítica, a orientação da castanha-do-pará é a chave para seu movimento ascendente. Descobrimos que as castanhas-do-pará inicialmente começam na horizontal, mas não começam a subir até que primeiro tenham girado o suficiente em direção ao eixo vertical. Ao chegar à superfície, eles então retornam a uma orientação plana.

"Nosso estudo destaca o papel importante da forma e orientação das partículas na segregação. Além disso, essa capacidade de rastrear o movimento em 3D abrirá o caminho para novos estudos experimentais de misturas de segregação e abrirá a porta para simulações ainda mais realistas e modelos preditivos poderosos. Isso nos permitirá projetar melhor o equipamento industrial para minimizar a segregação de tamanho, levando a misturas mais uniformes. Isso é fundamental para muitos setores, por exemplo, garantindo uma distribuição uniforme de ingredientes ativos em comprimidos medicinais, mas também no processamento de alimentos, mineração e construção. "