En física, La convección térmica de un fluido se manifiesta por la aparición de estructuras geométricas a través de las cuales se mueve el fluido, formando circuitos cerrados. Este fenómeno es de vital importancia para muchas aplicaciones industriales en las que está presente un fluido. La convección de Bénard es uno de los problemas más estudiados de la dinámica de fluidos. Ahora, Un equipo de científicos de la Universidad de Extremadura y la Universidad Sapienza de Roma ha encontrado un nuevo tipo de convección que aparece en un fluido granular y hasta ahora no se había detectado en fluidos tradicionales (líquidos, gases, etc.). El desarrollo experimental y los resultados se han publicado en Cartas de revisión física .
Los medios granulares están formados por partículas sólidas macroscópicas que miden más de 1 micrómetro (μm) de tamaño que, por agitación o inyección de energía, interactuar y chocar entre sí, comportándose como un gas o un fluido. En este medio específico, Los investigadores han determinado las condiciones que producen sistemáticamente la convección térmica en un gas granular por gravedad y fluidizado por una base vibratoria. La convección resultante es diferente de la convección tradicional en fluidos, ya que es producido por paredes inertes. Las propiedades son diferentes, también, ya que solo se forman dos celdas de convección (una por pared inerte) que, en el experimento diseñado por los autores, se encuentran en las paredes laterales del sistema. Debido a esto, estos científicos lo han llamado "convección térmica de pared lateral".
"Hasta ahora, ningún experimento similar había encontrado la clave, o la razón detrás de esta convección. Nos dimos cuenta de que las pequeñas esferas en la caja del experimento se enfriaron al chocar de manera inelástica contra la pared lateral. Es precisamente esta diferencia de temperatura entre la zona caliente y las dos paredes más frías, junto con la acción de la gravedad, que es responsable de este nuevo tipo de convección granular, "explica Francisco Vega Reyes, físico teórico de la Universidad de Extremadura y miembro del Instituto de Computación Científica Avanzada. Esto ocurre independientemente de la temperatura, aunque cuanto más absorbe el calor la pared lateral, cuanto más intensa será la convección.
"Esta es una convección causada por gradientes perpendiculares, "dice Vega. Dos gradientes, en paralelo y vertical (la gravedad y la fuente de calor en la base) y un gradiente horizontal, compuesto por la diferencia de energía derivada de las colisiones inelásticas contra la pared lateral.
Estas dinámicas granulares ofrecen numerosas aplicaciones en la industria aeroespacial, tales como para incrementar la efectividad del movimiento de los robots en campos gravitacionales débiles y en aquellos en los que se tienen en cuenta las propiedades de fluidización del medio arenoso en el que se mueven. Es más, "si controlamos las condiciones de convección, podemos mejorar el proceso de mezcla y agitación en el caso de componentes de material granular como compuestos farmacéuticos, "agrega Vega.
Los investigadores están trabajando actualmente en modelos teóricos para reproducir este tipo de convección en líquidos, desde un punto de vista técnico, este fenómeno podría tener una aplicación en mecánica de fluidos.
