Negli ultimi 20 anni, l'industria petrolifera ha iniziato una graduale transizione dagli oli leggeri, che si consumano progressivamente, verso oli più pesanti. Ma trasportare gli oli pesanti in modo economico è una grande sfida perché gli oli pesanti sono viscosi, essenzialmente uno spessore, pasticcio appiccicoso e semifluido.

Stabilizzare l'interfaccia dei flussi multistrato per il trasporto non è un compito facile. Sebbene siano state proposte diverse soluzioni potenziali, attualmente non esiste un approccio universale che funzioni per tutte le applicazioni.

Un modo per aggirare questo problema, come riportano i ricercatori dell'Università della Columbia Britannica in Fisica dei fluidi , è una tecnica di lubrificazione viscoplastica (VPL). Può integrare i metodi esistenti per stabilizzare le interfacce all'interno di flussi multistrato.

La viscoplasticità descrive le caratteristiche in cui una massa agisce come un solido al di sotto di un valore critico di sollecitazione ma scorre come un liquido viscoso all'aumentare della sollecitazione.

Il lavoro dei ricercatori si concentra sui flussi multistrato, flusso di tubazioni appositamente lubrificato. Nel flusso di tubazioni lubrificate, un fluido sottile, come l'acqua, viene utilizzato per lubrificare la tubazione tramite flussi core-anulari. Ma questo metodo soffre di instabilità interfacciali, il che significa che l'olio e l'acqua possono mescolarsi e rendere più difficile la separazione a valle.

"Nei flussi multistrato, le interfacce tra due fluidi sono altamente instabili a causa delle differenze tra le proprietà dei fluidi, "ha detto Ian Frigaard, professore di ingegneria meccanica e matematica applicata.

Il lavoro precedente sui fluidi per lo stress da snervamento da parte dei ricercatori ha suggerito che una nuova configurazione potrebbe impedire la crescita di instabilità. La loro tecnica VPL pone uno strato di fluido di stress di snervamento tra l'olio pesante e il lubrificante per formare una pelle stabilizzante il flusso.

"I fluidi per lo stress da snervamento, come il dentifricio o i gel per capelli, agiscono come un solido se lo stress applicato è inferiore al suo stress da snervamento (punto in cui un materiale inizia a deformarsi), " disse Parisa Sarmadi, un dottorando che lavora con Frigaard. "La nostra idea è di mantenere questo strato completamente inalterato, quindi lo strato interfacciale del fluido agisce come un solido. Questo elimina le instabilità interfacciali."

Un altro concetto chiave coinvolto in questo lavoro è la modellazione dell'interfaccia. "Possiamo controllare le portate in ingresso in modo da modellare l'interfaccia come desideriamo, " ha detto Sarmadi. "L'interfaccia sagomata genera pressione all'interno dello strato esterno, e queste pressioni agiscono per controbilanciare la galleggiabilità del nucleo per centrare il fluido del nucleo. Tipicamente, l'olio trasportato è meno denso dell'acqua lubrificante."

Per questo lavoro e studi precedenti, i ricercatori hanno dimostrato che la tecnica VPL può essere ottimizzata per soddisfare i requisiti specifici di un sistema. Hanno anche scoperto che il carico di snervamento richiesto per queste applicazioni è facilmente ottenibile con i fluidi disponibili.

Ciò significa che per qualsiasi input operativo, portate, geometrie e proprietà dei fluidi, la tecnica VPL può essere ottimizzata in base alla potenza della pompa, forza generata e sollecitazione di snervamento richiesta. "La capacità di modellare il fluido dello stress da rendimento è stata una grande sorpresa per noi, " ha detto Frigaard. "Ma effettivamente qualsiasi forma può essere imposta sull'interfaccia se le portate sono adeguatamente controllate e c'è abbastanza stress da snervamento".