Uma investigação numérico-teórico-experimental sobre o fenômeno da convecção termo-magnética

Resumo

Um fluido magnético, ou ferrofluido, é uma suspensão coloidal líquido-sólido composta porum líquido base Newtoniano acrescido de partículas nanométricas de material ferromagnético. A estabilidade do material contra a formação de agregados e consequente sedimentação diferencial é garantida com a inserção de macromoléculas de material polimérico que aderem à superfície das partículas e atuam como nano-molas repulsoras, inibindo a formação de aglomerados de partículas. Desde sua descoberta em meados dos anos 60, esta nova classe de materiais tem sido utilizada em diversas aplicações de interesse industrial. Essas aplicações vão desde o desenvolvimento de novas técnicas para tratamento de tumores (magnetohipertermia) ao desenvolvimento de sistemas de resfriamento através da convecção termo-magnética, foco deste projeto. Diferentemente da convecção natural, largamente estudada desde o século XIX, a convecção termo-magnética ocorre quando um ferrofluido estratificado é submetido a um gradiente de campo magnético. Estima-se que seja possível aumentar em até 20% as taxas de troca de calor no interior de uma cavidade contendo um fluido magnético devido à esse mecanismo com a adição de apenas 0.5% de partículas magnéticas (em volume) e um campo aplicado de 300 G. Apesar de promissora, o uso da técnica para aplicação em problemas práticos carece de melhor compreensão sobre seus detalhes operacionais, bem como das equações de balanço que descrevem a física desta classe de escoamentos. Esse trabalho objetiva investigara convecção termo-magnética tanto do ponto de vista experimental/operacional quanto do ponto de vista numérico/teórico a fim de que esse conhecimento possa ser utilizado no desenvolvimento de novas tecnologias aplicadas à trocadores de calor. (AU)