Durante os últimos 20 anos, a indústria do petróleo iniciou uma transição gradual longe dos óleos leves, que estão sendo consumidos progressivamente, em direção a óleos mais pesados. Mas o transporte de óleos pesados ​​de maneira econômica é um grande desafio, porque os óleos pesados ​​são viscosos - essencialmente espessos, bagunça pegajosa e semifluida.

Estabilizar a interface de fluxos multicamadas para transporte não é uma tarefa fácil. Embora várias soluções potenciais tenham sido propostas, não existe atualmente uma abordagem de tamanho único que funcione para todos os aplicativos.

Uma maneira de contornar esse problema, como relatam pesquisadores da University of British Columbia em Física dos Fluidos , é uma técnica de lubrificação viscoplástica (VPL). Ele pode complementar os métodos existentes para estabilizar as interfaces em fluxos multicamadas.

Viscoplasticidade descreve as características nas quais uma massa atua como um sólido abaixo de um valor crítico de tensão, mas flui como um líquido viscoso conforme a tensão aumenta.

O trabalho dos pesquisadores se concentra em fluxos multicamadas, fluxo de tubulação especificamente lubrificado. No fluxo da tubulação lubrificada, um fluido fino, como água, é usado para lubrificar a tubulação por meio de fluxos núcleo-anular. Mas este método sofre de instabilidades interfaciais, o que significa que o óleo e a água podem se misturar e dificultar a separação a jusante.

"Em fluxos multicamadas, as interfaces entre dois fluidos são altamente instáveis ​​por causa das diferenças entre as propriedades do fluido, "disse Ian Frigaard, professor de engenharia mecânica e matemática aplicada.

Trabalhos anteriores dos pesquisadores sobre fluidos de estresse de produção sugeriram que uma nova configuração pode impedir o crescimento de instabilidades. Sua técnica VPL coloca uma camada de fluido de estresse de escoamento entre o óleo pesado e o lubrificante para formar uma camada estabilizadora de fluxo.

"Os fluidos de elasticidade - pense em pasta de dente ou gel para cabelo - agem como um sólido se a tensão aplicada for menor que sua tensão de elasticidade (ponto em que um material começa a deformar), "disse Parisa Sarmadi, um candidato a doutorado trabalhando com Frigaard. "Nossa ideia é manter essa camada completamente inflexível, portanto, a camada interfacial do fluido atua como um sólido. Isso elimina instabilidades interfaciais. "

Outro conceito chave envolvido neste trabalho é a modelagem de interface. "Podemos controlar as taxas de fluxo de entrada de forma a moldar a interface como desejamos, "disse Sarmadi." A interface moldada gera pressão dentro da camada externa, e essas pressões atuam para contrabalançar a flutuabilidade do núcleo para centrar o fluido do núcleo. Tipicamente, o óleo transportado é menos denso que a água lubrificante. "

Para este trabalho e estudos anteriores, os pesquisadores mostraram que a técnica VPL pode ser otimizada para atender aos requisitos específicos de um sistema. Eles também descobriram que o limite de elasticidade necessário para essas aplicações é facilmente atingido com os fluidos disponíveis.

Isso significa que para quaisquer entradas operacionais, taxas de fluxo, geometrias e propriedades de fluidos, a técnica VPL pode ser otimizada com base na potência da bomba, força gerada e tensão de escoamento necessária. "A capacidade de moldar o fluido de estresse de escoamento foi uma grande surpresa para nós, "disse Frigaard." Mas efetivamente qualquer forma pode ser imposta na interface se as taxas de fluxo forem devidamente controladas e houver tensão de rendimento suficiente. "