Modelagem e simulação da viscosidade efetiva de ferrofluidos

Resumo

Um estudo analítico e numérico sobre a viscosidade efetiva de um fluido magnético foi desenvolvido com base na equação de difusão para as partículas esféricas com momento magnético permanente. O estudo tem como ponto de partida o trabalho de Jesus et al., onde considerou-se o modelo mais simples em que o ferrofluido é superparamagnético, isto é, apresenta magnetização apenas na presença de um campo magnético externo e se alinha instantaneamente com o campo magnético. Esse é um modelo contínuo já que não há necessidade de descrever-se o estado de configuração das partículas magnéticas e é apropriado para suspensões muito diluídas de partículas magnéticas com diâmetro ≲ 6nm. No entanto, as mudanças de viscosidade e efeitos viscoelásticos nos níveis para aplicações práticas são observadas apenas em fluidos magnéticos com partículas de tamanho maior. Para tais partículas, o momento magnético fica bloqueado na orientação da partícula. Consequentemente, a magnetização responde a alterações no campo magnético pelo processo lento de rotação de partículas devido a vorticidade local. Isso introduz anisotropia no sistema, muito parecido como em um cristal líquido ou em um polímero líquido-cristalino. O modelo é verdadeiramente multi-escala e de alta dimensionalidade dado que agora é necessário considerar a nano (micro) estrutura e sua dinâmica no espaço de configuração. Esse é um problema com um alto impacto no estudo e na concepção de uma ampla classe de soft materials avançados e na formulação de fluidos complexos. Os ferrofluidos têm um papel importante em aplicações biomédicas para diagnóstico e terapia, administração de medicamentos, tratamentos de hipertermia e ressonância magnética. O controle do escoamento por um campo magnético externo é importante para aplicações em bombeamento microfluídico e direcionamento de entrega de fármacos. Diversas pesquisa teóricas e aplicadas recentes tentam entender e descrever a viscosidade efetiva do fluido magnético.