Nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, El MIT y la Universidad de Michigan descubren que la textura de la superficie de las micropartículas en una suspensión líquida puede causar una fricción interna que altera significativamente la viscosidad de la suspensión, lo que hace que el líquido sea más espeso o más delgado. El hallazgo puede ayudar a abordar los problemas de las empresas en campos que van desde los biofarmacéuticos hasta la fabricación de productos químicos.

"Nos enteramos de los problemas que estaban teniendo las empresas con las suspensiones de bombeo y sentimos curiosidad por saber qué estaba causando estos problemas, "dice Lilian Hsiao, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo. "Dada la ubicuidad de este tipo de fluidos en la industria, nos sorprendió que nadie hubiera examinado sistemáticamente el papel de la rugosidad de la superficie antes. Eso resulta ser un factor realmente importante en cómo fluyen estos fluidos cargados de partículas ".

Usando una combinación de simulaciones y experimentos de laboratorio, los investigadores encontraron que lo que estaba frenando las suspensiones era la fricción. Específicamente, la fricción se vuelve significativa cuando suficientes partículas suspendidas en el líquido chocan entre sí. Y cuanto más rugosa es la superficie de las partículas, más fricción generan cuando entran en contacto.

"Se necesita energía para bombear una suspensión líquida a través de una tubería o tubo, y la fricción creada por la interacción entre partículas disipa mucha de esa energía, "Dice Hsiao." Esta disipación ralentiza el movimiento de la suspensión o, si las partículas son muy rugosas, incluso puede detenerlo por completo ". Puede encontrar un video que demuestra la diferencia entre suspensiones con partículas rugosas y suspensiones con partículas suaves en www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY.

Esta información brinda a las industrias un par de opciones:pueden reducir la fricción mediante la ingeniería de las partículas para que tengan superficies más suaves, o pueden aumentar la cantidad de energía dedicada a mover la suspensión a través de la tubería.

Sin embargo, Los investigadores también encontraron que agregar energía a una suspensión que contiene partículas rugosas también puede hacer que la suspensión se expanda. Esto se debe a que las partículas rugosas simplemente ocupan más espacio que las lisas cuando caen en suspensión. El resultado final es que poner más esfuerzo cortante en el sistema puede causar una obstrucción catastrófica si la suspensión se expande demasiado.

"Este es un avance fundamental en nuestra comprensión de la física de las suspensiones en flujo, y debería ayudar a los ingenieros y científicos a abordar los desafíos de fabricación que nos llamaron la atención en primer lugar, "Dice Hsiao.

"Ahora estamos buscando formas de utilizar los principios que descubrimos aquí para hacer que la fricción funcione a nuestro favor".

El papel, "Diagramas de estado reológico para coloides rugosos en flujo de cizallamiento, "se publica en la revista Cartas de revisión física .