Magnetorreología en presencia de campos magnéticos triaxiales: Formación de estructuras coloidales y análisis de imagen
- Autores: Óscar Martínez Cano
- Directores de la Tesis: Javier Ramírez Pérez de Inestrosa (dir. tes.), Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2023
- Idioma: español
- ISBN: 9788411954877
- Número de páginas: 137
- Tribunal Calificador de la Tesis: María del Puerto Morales Herrero (presid.), Diego Pablo Ruiz Padillo (secret.), José Javier Serrano Olmedo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física y Ciencias del Espacio por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
En este trabajo se propone una mejora de las técnicas experimentales para el estudio de suspensiones de partículas magnéticas y en concreto de los fluidos magnetorreológicos (FMR). Por ello, en primer lugar, se introducen conceptos relativos a la reología y el magnetismo, los cuales serán necesarios para definir las especificaciones de nuestro método y finalmente comprobar su correcto funcionamiento. Por esta razón es indispensable entender cómo se caracterizan los fluidos, cómo se clasifican, qué modelos matemáticos explican su comportamiento y cómo se miden las propiedades reológicas de estos materiales. De la misma forma también es necesario conocer los mecanismos físicos que intervienen en la dinámica de estas suspensiones coloidales, por lo que también se hablará de conceptos como la magnetización, el momento magnético inducido sobre una partícula y la fuerza dipolar magnética. Además, cuando se combinan las ecuaciones de la reología y el magnetismo se pueden obtener parámetros como el número de Mason, que nos permite relacionar la fuerza hidrodinámica con la fuerza magnética de forma compacta. Sin embargo, a pesar de todos los esfuerzos por entender el comportamiento de los FMR, actualmente existe una limitación en los métodos experimentales para su estudio. Esto se debe a que la mayoría de las investigaciones en este campo se realizan en condiciones de campo magnético DC unidimensional y en pocas ocasiones se lleva a cabo un análisis de las microestructuras de partículas que se forman en el seno del coloide. Por ello, en esta memoria se propone, en primer lugar, el diseño y la implementación de un sistema de generación de campos magnéticos tridimensionales para la realización de experimentos magnetorreológicos. Este generador triaxial permite controlar un vector de campo magnético en las tres dimensiones del espacio y también en el tiempo. El campo magnético es generado por tres circuitos de potencia de tipo LR, o resonantes LCR de capacidad variable que permiten operar a alta frecuencia. Las bobinas de cada circuito se orientan por pares enfrentados siguiendo un sistema de referencia Cartesiano, quedando un hueco en el centro para la colocación de muestras. Los circuitos resonantes permiten alcanzar frecuencias del orden de varios kHz, evitando el efecto de filtrado que provocan las bobinas a alta frecuencia. Para el desarrollo de este equipo se ha utilizado una tarjeta de entrada/salida multifunción que se usa para generar y adquirir las señales eléctricas que alimentan los circuitos de potencia. Las características de estas señales y en general todas las funcionalidades del generador triaxial se controlan desde una interfaz de usuario que ha sido diseñada para facilitar el manejo del equipo y monitorizar la corriente en tiempo real. En segundo lugar, se propone una técnica de análisis de imagen para el estudio de la formación de patrones de bandas concéntricas de partículas en flujos de cizalla generados en geometrías plato-plato y cono-plato, con un reómetro torsional, y campos magnéticos en la dirección del gradiente de la velocidad. Para ello será necesaria la realización de experimentos magnetorreológicos en los que se sincronice la adquisición de medidas reológicas, con el campo magnético generado y la captura de imágenes de una muestra sometida al mismo. Mediante el uso de esta herramienta de software es posible observar la evolución del sistema de partículas a lo largo del tiempo gracias a la composición de una sola imagen a partir de numerosas capturas obtenidas durante la realización de cada experimento, así como la extracción de parámetros característicos de las estructuras coloidales que se forman. Esto permite hallar correlaciones entre la estructura interna del material y su respuesta reológica.
