Evaluación del efecto de campos magnéticos sobre el comportamiento de flujo de mezclas de crudo-ferrofluido y emulsiones magnéticas

Abstract

Los fluidos magnéticos constituyen un campo de investigación en rápido crecimiento, tanto en interés científico como en el desarrollo de nuevas aplicaciones, debido a su capacidad de modificar sus propiedades reológicas bajo campos magnéticos, particularmente en ferrofluidos la teoría de difusión del momento angular interno describe cómo los torques magnéticos inducen alineación y rotación de nanopartículas, generando incrementos viscosos y fenómenos magnetorreológicos como la generación de flujo bajo campos magnéticos rotativos (CMR). Así mismo, estudios recientes han evidenciado que excitaciones más complejas, como los campos magnéticos de onda viajera (TMF), pueden inducir desplazamiento lineal de ferrofluidos. En este contexto, surge el interés por las emulsiones magnéticas, cuya microestructura (gotas deformables de fase magnética inmersas en una matriz continua) amplifica la respuesta magnetoviscosa bajo CM. Paralelamente, se ha demostrado que la incorporación de ferrofluidos en crudos pesados permite inducir efectos magnetoviscosos bajo la aplicación de campos magnéticos externos, abriendo posibilidades para el transporte y manejo de fluidos de alta viscosidad. Por lo tanto, el presente estudio evaluó la influencia de campos magnéticos dependientes del tiempo (CMR y TMF) sobre el comportamiento reológico de emulsiones magnéticas y mezclas crudo-ferrofluido. En ambos sistemas se observó una respuesta cualitativamente similar a la reportada en ferrofluidos: generación de flujo y aparición de torques magnéticos internos, con dependencia tanto de la concentración como de las condiciones del campo aplicado (frecuencia e intensidad). Las emulsiones con fase dispersa de ferrofluido y 15.000 ppm de nanopartículas magnéticas alcanzaron velocidades acimutales de hasta 8,06 mm/s bajo CMR (9,57 mT, 200 Hz), mientras que bajo TMF se indujo un flujo laminar desarrollado con un caudal de 653,53 mm³/s (4,25 mT, 400 Hz). Por su parte, las mezclas crudo-ferrofluido con 5.000 ppm alcanzaron velocidades de hasta 6,18 mm/s bajo CMR (9,57 mT, 200 Hz), y las mezclas con 10.000 ppm registraron caudales de hasta 347,32 mm³/s bajo TMF (4,25 mT, 400 Hz). Estos resultados constituyen evidencia experimental de la generación de flujo en sistemas magnéticos complejos bajo campos dependientes del tiempo, extendiendo los fenómenos magnetorreológicos previamente documentados en ferrofluidos hacia fluidos de mayor complejidad microestructural y viscosidad.