Los silos y los materiales granulares

La construcción de silos en el campo, las estaciones de ferrocarril y los puertos marítimos comenzó en la segunda mitad del siglo XIX, cuando las cosechas de cereales empezaron a ser abundantes y, con ello, se generalizó su transporte por ferrocarril y barco. Los primeros diseños suponían que el grano almacenado se comportaba como un líquido normal. Sin embargo, muy pronto los silos, llenos de grano, se convirtieron en un laboratorio de física granular. Por ejemplo, cuando la columna de grano dentro del silo está en reposo se comporta como un sólido extraño: La interacción grano-grano rompe la simetría impuesta por la gravedad. Este efecto redirige el peso de la columna hacia las paredes laterales del silo generando, por dos motivos, importantes molestias para el granjero. Por un lado le impide obtener el peso del grano que almacena y, por otro, las paredes pueden no soportar la fuerza normal que ejercen los granos sobre ellas. Veamos ahora qué pasa cuando se descarga el silo a través de un orificio (agujero) situado en el fondo. En este caso, los granos que fluyen se comportan como un fluido especial. Por ejemplo, aún siendo los tamaños de los agujeros más grandes que los de los granos se produce un efecto de interferencias que puede interrumpir la descarga. Actualmente existen fórmulas que relacionan, durante la descarga, la velocidad del flujo de salida de grano con el diámetro del orificio. Ese flujo será continuo si el diámetro es más grande que el llamado diámetro crítico, cuyo valor para granos esféricos está entre cuatro y cinco veces el diámetro de un grano simple. Además, la velocidad de descarga es independiente de la altura de la columna de grano. Este efecto misterioso, que contrasta con lo que ocurre con un líquido, se debe a que los granos son inelásticos y se forman lo que se llaman estructuras de granos.

Hemos visto unos ejemplos que justifican el interés científico que despertó la física granular. Si a eso añadimos la importancia económica de los silos y tolvas se entiende que el almacenamiento y descarga de silos han sido muy estudiados desde finales del siglo XIX. Hoy siguen estudiándose ya que existen aún problemas sin entender y, por tanto, resolver. El diseño del silo utiliza mucha ciencia y tecnología relacionada con una 'nueva ciencia': la física de los materiales granulares.