Efecto de la humedad sobre el ángulo estático en sistemas granulares

Abstract

Los materiales granulares están presentes en múltiples formas en la naturaleza y son muy utilizados en la industria en diversas aplicaciones como la fabricación de medicamentos, la construcción y la minería, en la química, la agricultura y la producción de alimentos y energía, entre muchas otras. Por otro lado, los efectos de la humedad impactan en el comportamiento de estos materiales. En este sentido, nos proponemos estudiar la influencia del efecto de la humedad en el ángulo estático para partículas individuales con diversos tamaños, en superficies con diferente rugosidad. El objetivo es proporcionar información sobre las características de las fuerzas de cohesión entre granos con diferentes geometrías y superficies rugosas. El estudio es experimental y se complementa con simulaciones de Monte Carlo. El dispositivo experimental consta de una superficie inclinada que permite estudiar la evolución del ángulo estático. La humedad relativa se controla mediante soluciones saturadas de sales higroscópicas. Se comparan entre sí los valores obtenidos a diferentes tasas de humedad. Las simulaciones ayudan a establecer una curva de ajuste que puede describir el conjunto completo de resultados al correlacionar los parámetros de ajuste con la rugosidad de la superficie. Determinamos que para sistemas con alta humedad, la formación de puentes líquidos entre partículas afecta el ángulo estático para el inicio del movimiento y este ángulo disminuye a medida que aumenta el diámetro de las esferas. El tipo de superficie tiene un papel importante en los valores de los ángulos estáticos.

Granular materials are present in multiple forms in nature and are widely used in industry in various applications such as drug manufacturing, construction and mining, in chemistry, agriculture, and food and energy production, among many others. On the other hand, the effects of humidity have an impact on the behavior of these materials. In this sense, we propose to study the influence of the effect of humidity on the static angle for individual particles with different sizes on surfaces on different roughness. The objective is to provide information on the characteristics of the cohesion forces between grains with different geometries and rough surfaces. The study is experimental and is complemented with Monte Carlo simulations. The experimental device consists of an inclined surface that allows studying the evolution of the static angle. Relative humidity is controlled by saturated solutions of hygroscopic salts. The values obtained at different humidity rates are compared with each other. The simulations help establish a fit curve that can describe the full set of results by correlating the fit parameters with surface roughness. We determined that for systems with high humidity, the formation of liquid bridges between particles affects the static angle at the beginning of the movement and this angle decreases as the diameter of the spheres increases. The type of surface plays an important role in the values of the static angles.