Os pesquisadores de Rochester estão descobrindo o papel inesperado do formato do grão na mistura de sistemas granulares, como produtos farmacêuticos, cereais e deslizamentos de terra.

Seu cereal matinal, um pote de nozes, as areias de planetas distantes e até mesmo o concreto da sua cidade são exemplos de sistemas granulares que nos rodeiam. E esses sistemas guardam segredos que podem mudar a forma como misturamos as coisas.

Em um novo artigo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences , cientistas da Universidade de Rochester, incluindo Rachel Glade, professora assistente de ciências da Terra e ambientais e de engenharia mecânica; Fernando David Cúñez, ex-pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório de Glade e agora pesquisador associado de pós-doutorado no Rochester Institute of Technology; e Div Patel estudaram materiais granulares e descobriram o papel inesperado que o formato do grão desempenha no comportamento dos sistemas granulares.

“Os materiais granulares têm comportamentos peculiares”, diz Cúñez, “mas não sabemos muito sobre como se comportam exactamente porque o seu comportamento depende de muitas circunstâncias diferentes”.

O efeito castanha-do-pará

Materiais granulares como cereais, produtos farmacêuticos, areia e concreto geralmente se organizam de tal forma que os grãos se segregam de acordo com o tamanho, em vez de se misturarem uniformemente. Por exemplo, em um pote de nozes, as nozes maiores são comumente encontradas no topo, um fenômeno conhecido como “Efeito Castanha do Brasil”.

O Efeito Castanha do Pará pode ser um incômodo para muitas indústrias, incluindo alimentícia e farmacêutica, porque impede a mistura uniforme. Também tem influências na natureza, onde a segregação de grãos pode alterar a dinâmica dos riscos geológicos, como deslizamentos de terra, erosão e fluxos de detritos.

Embora o fenômeno seja bem conhecido, não é totalmente compreendido. Os investigadores também se concentraram tradicionalmente no tamanho dos grãos, com a maioria dos estudos anteriores assumindo que os grãos são esféricos – uma uniformidade que raramente reflecte a realidade.

Dinâmica de mudança de forma

Glade e sua equipe usaram simulações de computador avançadas comparando misturas de esferas com misturas de esferas e cubos em um tambor giratório e em uma configuração semelhante a um rio para investigar como o formato do grão afeta a segregação em condições secas e úmidas, respectivamente. A sua investigação revelou que mesmo pequenas diferenças na forma dos grãos podem alterar significativamente a dinâmica da segregação dos grãos.