Efecto del campo sobre la estructura de ferrofluidos inversos

IV. Ferrofluidos Inversos.

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incrementa la fuerza dipolar generando una mayor atracción entre las partículas lo que hace que se aglomeren más en una zona incrementando así el espesor de las bandas.

Hl

dy/dt

Fig. 4.16 Efecto de la velocidad de corte dy/dt y el campo aplicado H sobre la estructura

formada en el ferrofluido FFI-AGIO. El campo se aplicó perpendicular al plano de observación (400 x 600 j.tm).

Otro punto importante es el efecto que tiene el diámetro de las partículas no magnéticas y la distribución de tamaño en la estructura que se forma al aplicar un campo magnético. Al

(1) e) 1)

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partículas de poliestireno de diferente tamaño. En estas imágenes se puede observar en que forma afecta principalmente el uso de partículas polidispersas, en donde aparentemente la estructura es más cerrada y continua, sin embargo esta variación debido a las partículas de menor tamaño causan que los efectos magneto-reológicos se vean disminuidos.

Fig. 4.17 Formación de estructuras en ferrofluidos inversos con = 0.175 de partículas de Pst. El campo de observación es de 400 x 600 ptin. Las imágenes de arriba son sin la aplicación del campo magnético, las de abajo con H0 = 41.4 kA/m. a) y d) contienen partículas monodispersas de 3 m de diámetro, b) y e) partículas polidispersas con diámetro medio de 6

im y, c) y 1) corresponden a partículas monodispersas de 10 im de diámetro.

IV. Ferrofluidos Inversos.

Por último, cabe mencionar que el estudio de las estructuras formadas en los fluidos magnéticos ayudan a comprender el comportamiento del fluido bajo corte. Esto requiere investigar más a fondo los mecanismos que permiten la interacción entre las partículas para formar cadenas, así como las interacciones entre las cadenas, las cuales parecen influir en gran medida en los efectos magneto-reológicos y que no son tomadas en cuenta en las teorías desarrolladas hasta el momento.

IV. Ferroflu idos inversos.

Conclusiones.

En este capítulo se estudian fluidos magnéticos conteniendo partículas no magnéticas de poliestireno de diferente diámetro y distribución de tamaño de partícula. Este tipo de fluidos se han denominado ferrofluidos inversos, debido a que las partículas no magnéticas se alinean en dirección al campo debido a que poseen un momento dipolar inducido proporcional al volumen que desplazan dentro del fluido magnético. Ya que las partículas no magnéticas son de tamaño micrométrico, la estructura formada por la acción del campo permite modificar sus propiedades reológicas promoviendo la presencia de esfuerzos de cedencia en función del campo aplicado. El modelo magneto-reológico propuesto por Bossis mostró ser adecuado para la determinación teórica de r en función del campo H y de la concentración de partículas no magnéticas Ø.

Por otra parte las pruebas oscilatorias haciendo un barrido de campo magnético a frecuencia y deformación constantes mostraron que debido a la polidispersidad de las partículas no magnéticas en los ferrofluidos, las propiedades viscoelásticas G' y G" se ven disminuidas debido a la presencia de las partículas de menor tamaño. Aunque por otra parte, se observó que los módulos se incrementan con respecto a la fracción volumétrica presentando un ligero cambio con respecto al tamaño de partículas monodispersas.

IV. Ferrofluidos Inversos.

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Conclusiones y comentarios finales.

En el presente trabajo de investigación se obtuvieron polvos de óxido de hierro, los cuales mediante análisis de difracción de Rayos X mostraron tener la estructura cristalina correspondiente a la magnetita FeO Fe2 03 . El análisis de magnetometría mostró que las partículas de magnetita presentan la característica de ser superparamagnéticas, lo cual indica que son monodominio. Esta particularidad permite que con la aplicación del campo magnético, los momentos magnéticos sean orientados con facilidad en dirección al campo.

Las partículas magnéticas obtenidas, fueron utilizadas en la preparación de fluidos magnéticos, los cuales presentan también superparamagnetismo debido a las propiedades magnéticas de los polvos de magnetita. Las mediciones reológicas mostraron que la viscosidad de la suspensión se incrementa en función del campo aplicado, esto se debe a que en el ferrofluido las partículas coloidales tienden a orientarse en dirección al campo aplicado y cuando el fluido es sometido a corte, existe una resistencia adicional debido a que las partículas orientadas impiden la libre rotación. No obstante el movimiento browniano y las fuerzas hidrodinámicas contrarrestan este efecto sobre las partículas, Así, solo las partículas de mayor tamaño (>14 nm), son las responsables del incremento de viscosidad.

Por otra parte, se obtuvieron ferrofluidos inversos utilizando uno de los ferrofluidos obtenidos en la presente investigación, así como un ferrofluido comercial de diferente viscosidad. A diferencia de los ferrofluidos normales, en este tipo de fluidos las propiedades reológicas son modificadas gracias a la presencia de partículas no magnéticas de poliestireno de tamaño micrométrico, las cuales forman cadenas en dirección al campo aplicado ya que en cada partícula se induce un momento magnético proporcional al volumen que desplaza en el fluido.

Esta configuración crea una estructura interna, la cual al ser sometida a corte mantiene una deformación constante mientras que el esfuerzo se incrementa hasta un punto en el que el material fluye. Esta transición es denominada como punto de fluidez o esfuerzo de cedencia y depende principalmente de las propiedades magnéticas del fluido, así como del campo aplicado.

El comportamiento magneto-reológico de estos ferrofluidos inversos puede ser determinado teóricamente mediante el modelo propuesto por Bossis para fluidos magnetoreológicos convencionales. Los resultados experimentales mostraron tener buena correspondencia con los resultados teóricos para ambos ferrofluidos inversos estudiados.

Además de las pruebas rotacionales, se realizaron pruebas oscilatorias, aplicando un barrido de campo magnético a deformación y frecuencia constantes, para diferente tamaño de partículas no magnéticas. Los resultados muestran un punto de cruce de los módulos elástico y viscoso indicando una transición de un estado "líquido" a un estado "quasi-gel" para todos los valores de concentración volumétrica y diámetro de partícula de poliestireno estudiados. En el caso de los fluidos con partículas de poliestireno monodispersas, los módulos G' y G" siguen aumentando con respecto al campo cuando sobre pasan el punto de cruce. No obstante, el uso de partículas polidispersas inhibe el aumento de G' y G" debido, probablemente, a la presencia de las partículas de menor tamaño en el fluido. El modelo magneto-reológico propuesto por de Gans, para la determinación teórica del módulo elástico, muestra tener buena consistencia con respecto a los datos experimentales obtenidos para los ferrofluidos con <0.26 de partículas monodispersas de poliestireno. Para concentraciones mayores, así como el uso de partículas polidispersas muestran una desviación de los datos teóricos. De esta forma se demuestra que el uso de partículas monodispersas influye positivamente a las propiedades magneto- reológicas de los fluidos magnéticos.