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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/315| Obtención de fluidos magnéticos y caracterización de su comportamiento magnetoreológico | |
| RUBEN SALDIVAR GUERRERO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Doctorado en tecnología de polímeros | |
| Hasta el momento no se conocen líquidos naturales que por sí mismos presenten magnetismo.
Las propiedades magnéticas más intensas son inherentes a soluciones moleculares saturadas
de metales de transición y tierras raras en las cuales la susceptibilidad magnética no excede el
orden de 1 Debido a esto, se ha puesto poca atención en la investigación de los efectos
específicos determinados por la combinación de propiedades magnéticas y de flujo.
La situación cambia marcadamente después de que son sintetizados en la década de los 40' s
los ferrofluidos, los cuales son líquidos altamente magnéticos compuestos de suspensiones
líquidas-coloidales de partículas magnéticas (aproximadamente de 10 nm en tamaño). Las
pequeñas partículas ferromagnéticas consisten de un dominio magnético simple,
consecuentemente, el momento magnético de una partícula individual es aproximadamente
105 veces más grande que los momentos magnéticos de iones de tierras raras y metales de
transición. Por consiguiente, los valores de la susceptibilidad paramagnética de una suspensión
coloidal, excederá a la de iones por el mismo orden de magnitud, mientras que la
magnetización de saturación es alcanzada a valores de campo magnético de aproximadamente
iT. Otro tipo de fluidos magnéticos, desarrollados en la misma época, consiste de partículas
magnéticas de mayor tamaño, comúnmente entre 1 y 10 tm, cuya ventaja sobre los anteriores
: es que presentan efectos viscoelásticos al aplicárseles un campo magnético. Por tal motivo a
este tipo de fluidos se les ha denominado fluidos magneto-reológicos (MR). La característica fundamental en ambos fluidos magnéticos es que pueden ser controlados magnéticamente, esto significa que las fuerzas magnetostáticas pueden exceder varios órdenes de magnitud a las fuerzas de gravedad. En el caso de los ferrofluidos, las fuerzas son empleadas en sondas de aceleración y posición, para enfriamiento de micrófonos y bocinas, sellos de precisión, etc. Los fluidos magneto-reológicos han sido utilizados ampliamente en sistemas de amortiguación, clutches, frenos rotatorios, etc. Sin embargo, no solo en la ingeniería han encontrado su aplicación los fluidos magnéticos, sino también en la biomedicina se han utilizado para el tratamiento de enfermedades como el cáncer. Una nueva generación de fluidos magnéticos esta compuesta por partículas no magnéticas de tamaño micrométrico suspendidas en un ferrofluido. A este tipo de fluidos magnéticos se les conoce como ferrofluidos inversos, ya que las partículas no magnéticas crean un hueco dentro del ferrofluido induciendo así un momento magnético proporcional al volumen desplazado por cada partícula. De esta forma, con la aplicación del campo magnético las partículas son orientadas en la dirección del campo, proporcionan al fluido propiedades viscoelásticas, por lo cual este tipo de fluidos también pueden ser tratados como fluidos magneto-reológicos [1]. El comportamiento reológico de los fluidos MR, no solo depende del campo magnético aplicado, sino también de la concentración de partículas magnéticas, o en el caso de ferrofluidos inversos, de partículas no magnéticas. Por otra parte, aunque el momento magnético entre dos partículas separadas por una distanciar es influenciado por el diámetro de partícula, la suma de todos los momentos magnéticos en un volumen definido para la determinación del esfuerzo de cedencia y del módulo resulta ser independiente del tamaño de partícula utilizado. Experimentalmente se ha probado que tanto el tamaño de partícula como su polidispersidad tienen efecto sobre las propiedades reológicas en fluidos magnéticos, [2. Sin embargo, no existe un estudio completo del efecto que tiene el tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula sobre el esfuerzo de cedencia y los módulos viscoelásticos en fluidos magnetoreológicos. Por tal motivo, en el presente trabajo de investigación se estudia la obtención y caracterización de fluidos magnéticos, el cual incluye la síntesis de las partículas magnéticas con propiedades superparamagnéticas, la preparación de ferrofluidos y la obtención de ferrofluidos inversos (fluidos magneto-reológicos), para diferentes tamaños de partícula y distribución de tamaño de partícula. El trabajo incluye un descripción de las propiedades magnéticas y sus definiciones, capítulo 1,el cual sirve como base para la caracterización magnética tanto de los polvos magnéticos,como de los fluidos magnético obtenidos. En el capítulo II se estudia la síntesis y caracterización de las partículas magnéticas. El capítulo III está dedicado a la síntesis de diferentes tipos de ferrofluidos utilizando las partículas magnéticas estudiadas en el capítuloII, así como a la caracterización de estas suspensiones coloidales. Estos ferrofluidos son utilizados como medio de suspensión para partículas no magnéticas de poliestireno de diferente tamaño, con lo cual se forman los ferrofluidos inversos, llamados también fluidos magneto-reológicos, su caracterización, principalmente reológica se presenta en el capítulo IV,en el cual se incluye la observación de estructuras al aplicar un campo magnético uniforme tanto en pruebas estáticas como dinámicas. Los resultados muestran que los esfuerzos de cedencia t(H), obtenidos en los fluidos magnéticos estudiados, obedecen al modelo magnetoreológico propuesto por Bossis, y que el módulo de almacenamiento G'(H), puede ser descrito mediante la teoría desarrollada por De Gans. Por otra parte se demuestra que el efecto magneto-reológico es disminuido debido al uso de partículas no magnéticas polidispersas en los ferrofluidos inversos. | |
| 2004 | |
| Tesis de doctorado | |
| QUÍMICA | |
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