Después del agua en estado líquido, la materia granular es lo que más manipula el ser humano. Desde las dunas del desierto hasta los largos litorales de las costas y el fondo del mar; los cráteres de la Luna, la superficie de Marte y gran parte de los asteroides, están constituidos de arena. Es decir, materia granular, que también lo son el café, la sal y el azúcar; maíz y trigo; cemento y grava; los detergentes y más: un conglomerado de granos con variadas aplicaciones en la vida cotidiana.
Comprender su dinámica es objeto de estudio de la llamada ciencia básica: el conocimiento mismo y el paso para el desarrollo tecnológico. Desde la Física experimental, el doctor Felipe Pacheco Vázquez, investigador del Instituto de Física “Luis Rivera Terrazas” de la BUAP, recién galardonado por la Academia Mexicana de Ciencias con el Premio de Investigación 2021 para Jóvenes Investigadores, en el Área de Ciencias Exactas, estudia la materia granular.
Integrante del Cuerpo Académico 171 Materiales Complejos e Inteligentes, su Laboratorio de Materia Granular y Dinámica de Fluidos, del IFUAP, ha sido un semillero en la formación de recursos humanos, estudiantes de licenciatura y posgrado, que desarrollan sus tesis bajo su tutoría.
Con sus estudiantes, el también Premio Cátedra Marcos Moshinsky, que le otorgó la UNAM en noviembre de 2020, el doctor Pacheco ha concluido diversos proyectos experimentales, cuyos resultados han sido publicados en revistas especializadas: desde encapsular y estabilizar burbujas, hasta procesos de descarga de silos y amortiguadores granulares, con futuras aplicaciones en la industria.
Estabilización de burbujas o cómo mantener fría una chela
En 2020, The Journal of Colloid and Interface Science, una revista de alto impacto, publicó un trabajo original y novedoso: Air entrainment and granular bubles generated by a jet of grains entering water, del doctor Felipe Pacheco y sus estudiantes Andrea Margarita Cervantes Álvarez y Yesica Jazmín Escobar Ortega.
Originalmente inició un proyecto sobre el atrapamiento de aire, un hecho que ocurre en muchos fenómenos -por ejemplo, un tsunami puede ser provocado por el crecimiento de olas al registrarse un colapso subterráneo del mar debido a la entrada de granos-, del cual derivó otra observación: la estabilización de burbujas granulares.
Cuando viertes un puño de granos en agua, las partículas entran arrastrando aire hacia el interior del líquido, con lo cual se generan burbujas granulares muy estables, pues en la interface aire, agua y granos, estos cubren la burbuja y se pegan en la superficie. La estabilización de estas burbujas se ha hecho con materiales distintos y resultan de interés para la industria, ya que este mecanismo simple podría servir para encapsular y retirar un contaminante en un medio líquido, entre otras aplicaciones.
“Te permite atrapar un contaminante y transportarlo en el agua para poder ser retirado. Es posible controlar el proceso, encapsular el gas contaminante o bien un líquido en la superficie del agua, si lo hay, como aceite; esto depende de la cantidad y tamaño de los granos”, explica el doctor Felipe Pacheco.
El académico -nivel II del Sistema Nacional de Investigadores- y su equipo de trabajo se percataron que este jet o chorro de granos generaba una serpentina de aire y burbujas muy estables; así, del planteamiento original de la investigación se pasó a observar la estabilización de burbujas y encapsulado del gas.
Los resultados de este experimento de ciencia básica fueron publicados en 2020 en el Journal of Colloid and Interface Science; un trabajo de interés por sus posibles aplicaciones, incluso en la industria de alimentos:
“Las cervezas belgas son famosas por sus espumas densas que duran mucho. Mientras que las mexicanas no tienen esta propiedad que permite mantener la temperatura”; en este caso, una cerveza bien fría por más tiempo.
Con esta observación del equipo del doctor Pacheco -el mecanismo de encapsulado de gas o estabilización- esto sería posible. “Se trata de estabilizar la espuma con granos más pequeños, de 100 micas (la sal de cocina es de 300 micas, el talco de 20 micas), para lograr mantener por más tiempo la espuma, la cual funciona como un aislamiento térmico para mantenerla fría por más tiempo”
