FLUIDOS MAGNÉTICOS (FMS)

Os FMs (fluidos magnéticos) foram desenvolvidos na NASA (Agência Espacial Norte Americana) na década de 1960. Foram concebidos para ser usados como um fluido propulsor para foguetes espaciais, onde um campo magnético seria o responsável por deslocar o fluido na ausência de aceleração gravitacional (BERGER et al., 1999). Pappell (1965) preparou o fluido através da técnica de moagem, onde se empregou um pó micrométrico de um metal ou de um óxido metálico que é reduzido a dimensões nanométricas por meio da moagem na presença de um agente químico. Esta é uma técnica demorada e pouco eficiente comparada com as técnicas de síntese de nanopartículas empregadas atualmente.

Os efeitos das interações do tipo dipolar e de troca em nanopartículas começaram a ser estudadas tanto do ponto de vista teórico como experimental (ALLIA et al., 2001). Na interação dipolar, deu-se início ao estudo por métodos numéricos, resultando em uma ferramenta essencial para modelar e compreender os fenômenos (RUSSIER, PETIT e PILENI, 2003). Ainda, em razão da sua reatividade química elevada, as partículas podem ser peptizadas em diferentes meios polares graças à repulsão eletrostática em solventes apolares com a ajuda de tensoativos, mas também em meios biológicos após adsorção de moléculas poli funcionalizadas (GOMES, 2007). Até os dias de hoje, nanopartículas de várias ferritas são também sintetizadas utilizando esse método (BATLLE e LABARTA, 2002).

Após décadas de estudos e experimentos, os fluidos magnéticos podem ser classificados como iônicos surfactados ou híbridos, que são estabilizados sob a ação de várias forças de interação. Para que seja possível obter um fluido magnético homogêneo e estável, é necessário controlar as diferentes interações que atuam entre as partículas e as interações das mesmas com as moléculas do fluido condutor. A estabilidade da suspensão é o resultado de um equilíbrio sutil entre as interações partícula-partícula e as interações das partículas com as moléculas do solvente. O processo pelo qual as pequenas partículas magnéticas são produzidas leva a uma distribuição em tamanhos, que é um fator importante na determinação das propriedades dos sistemas (SILVEIRA, 2006).

Os estudos têm comprovado que os fluidos magnéticos possuem grandes aplicações industriais em todo o mundo e também estão sendo especificados na vanguarda das novas tecnologias, podendo ser utilizados de forma confiável dentro das mais diversas linhas de pesquisa, pela versatilidade e possibilidade de fácil manipulação.

Nanopartículas magnéticas ou superparamagnéticas suspensas em líquidos de natureza polar ou apolar (RHEINLANDER et al., 2000) compõem os fluidos magnéticos ou superparamagnéticos, também conhecidos como ferrofluidos. Também, pode-se dizer que o ferrofluido é uma suspensão coloidal de nanopartículas magnéticas em um meio dispersivo, que pode ser um fluido polar, como água, ou apolar, como hidrocarbonetos e óleos (MORAIS et al., 2005; OLIVEIRA e ALVES, 2005; HUANG et al., 2009).

Também se define os FMs como sendo sistemas coloidais estáveis que consiste em um único domínio de partículas magnéticas ou superparamagnética com um diâmetro entre 10 e 20 nm (GUBIN, 2009) revestido com surfactantes e disperso em um meio líquido. Nestes fluídos, o comportamento magnético das nanopartículas é distribuído homogeneamente por todo o líquido, tal característica desperta o interesse nas áreas tecnológica, industrial e até biomédica e, neste caso em particular, como aditivos de lubrificantes industriais.

Os tipos de FMs podem ser identificados como iônicos ou surfactados, sendo estabilizados por várias forças de interação. Para obter um FM homogêneo e estável, é necessário controlar as diferentes interações que atuam entre as partículas e as interações das mesmas com as moléculas do fluido dispersivo. Dentro desta questão é importante ressaltar sobre a estabilidade coloidal do FM, ou seja, a conservação das nanopartículas em suspensão como objetos isolados, impedindo a aglomeração e a subsequente precipitação (MORAIS, 2003). A estabilização pode ser também alcançada por repulsão coulombiana incorporando cargas à superfície das partículas, o que dispensa o uso de surfactantes.

Através da aplicação de um campo magnético externo, os FMs podem ser confinados, posicionados e controlados em locais desejados, dessa forma tem-se um aumento na capacidade de lubrificação do filme lubrificante, que pode ser aumentada quando exposto a um campo magnético adequado. Além disto, é importante observar que a densidade aparente de um ferrofluido aumenta drasticamente sob ação de um campo magnético (IMPERIALI e Ravaud, 2006), isto pode ser utilizado em amortecedores inteligentes ou em dispositivos onde é requerida uma lubrificação elastohidrodinâmica.

Os FMs podem ser considerados como materiais que possuem comportamento superparamagnético, pois são compostos nesse trabalho por SPIONS. Cada nanopartícula pode ser encarada como um momento magnético, cuja intensidade elevada faz com que sua projeção na direção do campo varie de forma contínua.

A lubrificação é um ramo de grande importância para aplicação dos fluidos magnéticos. A principal vantagem dos FMs como um lubrificante em relação a um convencional é que o primeiro pode ser mantido na região de contato por um campo

magnético externo e ainda possuir fluidez de um óleo. Outra vantagem é que nesse caso uma pequena quantidade de lubrificante seria suficiente para uma boa lubrificação (UHLMANN et al., 2002), porque o lubrificante permaneceria na zona de contato, devido ao campo magnético. Além do mais, existe a possibilidade da reciclagem dessas NPMs antes do descarte do óleo.

Pode-se ainda afirmar que as NPMs, quando estão sob condições controladas de tamanho, apresentam comportamento superparamagnético e formam fluido onde o líquido se movimenta juntamente com as partículas, ou até mesmo pela simples tendência de agregação dessas nanopartículas, resultando em um efeito que melhoraria drasticamente a eficiência e controle da lubrificação industrial. Segundo Rangel (2012), o uso desses nanocompósitos com características superparamagnéticas aumentaria a eficiência e a seletividade de processos tecnológicos e, consequentemente, resultaria num consumo menor de energia e produção de quantidades menores para as mais diversas aplicações.

Segundo Uhlmann et al. (2002), alguns fluidos lubrificantes magnéticos (FLMs), quando submetidos a um campo magnético externo, têm a viscosidade aumentada e, consequentemente, a sua capacidade de suportar cargas também será maior. Estas propriedades levam a aplicações importantes desses FLMs na área tribológica, na aplicação em rolamentos (NADA e OSMAN, 2007), melhorando a lubrificação hidrodinâmica e em mancais de deslizamento.

Prajapati (1995) observou que, na presença de um campo magnético externo, o rolamento com nanofluido pode suportar um carregamento até mesmo quando não há fluxo. Até hoje o volume de publicações nessa área ainda não é suficiente para englobar todos os aspectos e variáveis envolvidos na lubrificação aditivada com NPMs ou SPIONS, resultando em muitas hipóteses a estudar.

Especificamente nesta tese, os FMs serão de base óleo mineral parafínico aditivado com SPIONS, variando o percentual dessas NPs para resultar em diferentes ações tribológicas, quando sintetizadas por micro-ondas.

Para desenvolver e sintetizar um aditivo para um lubrificante industrial se faz necessário alguns conhecimentos básicos sobre regimes de lubrificação, a fim de evitar os mais diversos mecanismos de desgastes, para então adentrar no estudo propriamente dito sobre aditivos, nano-aditivo ou nano-óxidos.