Estudio experimental de atascos en tubos estrechos

Resumen

El flujo de un material granular por un conducto cilíndrico puede interrumpirse debido a la formación de atascos. Este es un problema frecuente en los ore pass, que son estructuras muy usadas en la industria minera para transportar rocas y minerales desde un nivel superior a otro inferior, utilizando para ello la gravedad como fuerza motriz y una cinta transportadora para regular la velocidad de dicha descarga. A pesar de la importancia de este problema, son pocos los estudios experimentales que lo han abordado y en la mayoría de los casos lo han hecho de una manera poco sistemática o utilizando un material granular polidisperso no esférico. En esta tesis se ha pretendido mejorar el conocimiento de este fenómeno simplificando el problema al máximo; esto es, utilizando esferas y tubos perfectamente verticales. De hecho, el primer resultado relevante de este trabajo ha sido demostrar que, efectivamente, los atascos de esferas en tubos estrechos son posibles aún cuando no hay un estrechamiento como en el caso de una tolva. Gracias a la automatización del experimento se pudo obtener un gran número de atascos en las mismas condiciones experimentales, aspecto que permitió comprobar que la distribución de las duraciones de los tiempos de flujo (entre atasco y atasco) es una exponencial decreciente tal y como se había visto para atascos en silos. También hemos encontrado que la probabilidad de atasco no se comporta de manera monótona con respecto a la relación de aspecto (relación entre el diámetro del tubo y el de la partícula) sino que existen relaciones de aspecto en las que uno esperaría atascos y sin embargo, no se dan. Este fenómeno se correlacionó con el ordenamiento espontáneo de las partículas dentro del tubo, idea que nos llevó a estudiar la dependencia de la probabilidad de atasco con la relación de aspecto para mezclas de diferentes tamaños de partículas. Así, al introducir estas mezclas se genera cierto desorden en las configuraciones de las partículas y la probabilidad de atasco aumenta. Finalmente, estudiamos la manera en que la probabilidad de atasco se ve afectada cuando se varían otros parámetros como la velocidad de extracción de las partículas, la inclinación del tubo, o el coeficiente de fricción de las partículas.