Durante los últimos 20 años, la industria petrolera ha comenzado una transición gradual alejándose de los aceites ligeros, que se consumen progresivamente, hacia aceites más pesados. Pero el transporte de petróleos pesados ​​de manera rentable es un gran desafío porque los petróleos pesados ​​son viscosos, esencialmente espesos, lío pegajoso y semifluido.

Estabilizar la interfaz de los flujos multicapa para el transporte no es una tarea fácil. Si bien se han propuesto varias soluciones potenciales, Actualmente, no existe un enfoque único que funcione para todas las aplicaciones.

Una forma de superar este problema, como informan los investigadores de la Universidad de Columbia Británica en Física de fluidos , es una técnica de lubricación viscoplástica (VPL). Puede complementar los métodos existentes para estabilizar interfaces dentro de flujos multicapa.

La viscoplasticidad describe las características en las que una masa actúa como un sólido por debajo de un valor crítico de tensión, pero fluye como un líquido viscoso a medida que aumenta la tensión.

El trabajo de los investigadores se centra en flujos multicapa, Flujo de tubería específicamente lubricado. En flujo de tubería lubricada, un fluido delgado, como el agua, se utiliza para lubricar la tubería a través de flujos núcleo-anulares. Pero este método adolece de inestabilidades interfaciales, lo que significa que el aceite y el agua pueden mezclarse y dificultar la separación aguas abajo.

"En flujos multicapa, las interfaces entre dos fluidos son muy inestables debido a las diferencias entre las propiedades del fluido, "dijo Ian Frigaard, profesor de ingeniería mecánica y matemáticas aplicadas.

El trabajo previo realizado por los investigadores sobre fluidos de tensión de fluencia sugirió que una nueva configuración podría evitar que crezcan las inestabilidades. Su técnica VPL coloca una capa de fluido de límite elástico entre el aceite pesado y el lubricante para formar una piel estabilizadora del flujo.

"Los fluidos de tensión de fluencia (piense en la pasta de dientes o los geles para el cabello) actúan como un sólido si la tensión aplicada es menor que su tensión de fluencia (punto en el que un material comienza a deformarse), "dijo Parisa Sarmadi, un candidato a doctorado que trabaja con Frigaard. "Nuestra idea es mantener esta capa completamente libre, por lo que la capa interfacial del fluido actúa como un sólido. Esto elimina las inestabilidades interfaciales ".

Otro concepto clave involucrado en este trabajo es la configuración de la interfaz. "Podemos controlar las tasas de flujo de entrada de una manera que dé forma a la interfaz como deseamos, ", dijo Sarmadi." La interfaz con forma genera presión dentro de la capa exterior, y estas presiones actúan para contrarrestar la flotabilidad del núcleo para centrar el fluido del núcleo. Típicamente, el aceite transportado es menos denso que el agua lubricante ".

Para este trabajo y estudios previos, los investigadores demostraron que la técnica VPL se puede optimizar para cumplir con los requisitos específicos de un sistema. También descubrieron que el límite elástico requerido para estas aplicaciones se puede alcanzar fácilmente con los fluidos disponibles.

Esto significa que para cualquier entrada operativa, caudales, geometrías y propiedades de fluidos, la técnica VPL se puede optimizar en función de la potencia de la bomba, fuerza generada y límite elástico requerido. "La capacidad de moldear el fluido de tensión de fluencia fue una gran sorpresa para nosotros, ", dijo Frigaard." Pero efectivamente se puede imponer cualquier forma en la interfaz si las tasas de flujo se controlan adecuadamente y hay suficiente límite elástico ".