Consideraciones Generales

Modelo de restricciones para la

viabilidad de trayectorias en

sistemas de ductos para líquidos

valiosos

Consideraciones

Generales

Presenta :

Dr. Sergio Serna Barquera

MC. Ariadna Ortiz Huerta

FORMA PARTE DE UN PROYECTO DE INNOVACIÓN

APLICACIÓN DE TECNICAS AVANZADAS

DE OPTIMIZACION AL PROBLEMA DE

TRAYECTORIAS DE TUBERIAS Y DUCTOS

Transporte de líquidos valiosos:

1.Hidrocarburos (Petróleo Crudo,

Gasolina, Diésel)

2.Gas Natural

La manera más eficiente para su transporte a

grandes distancias a través de cientos o miles

Las tuberías pueden transportar varios fluidos a

distintas velocidades normalmente en geometrías

cilíndricas.

Se tienen que resolver dos problemas básicos:

1. Encontrar la trayectoria mas eficiente por la cual

pasara el ducto, definiendo componentes adicionales

tales como: Bridas, dobleces, válvulas etc.

2. Conociendo estas características calcular la presión

necesaria para transportar el liquido o fluido, o dada

una presión disponible de una bomba que velocidad

de flujo se requiere para mantener en constante

movimiento este liquido o fluido hasta su destino

final.

Trayectoria mas rápida: del punto A al punto B (Línea Recta)

A

B

Origen o producción

(Pozo de extracción)

Destinatario:

Refinería o Usuario

Final (consumidor)

Evaluar la trayectoria de tuberías es un

problema complejo y costoso

RESTRICCIONES - CONSIDERACIONES GENERALES

Por ejemplo el costo para construir una tubería

de tamaño nominal de 42 pulgadas (> 100 cm)

de diámetro (NPS 42) cuesta aproximadamente

1000 dólares americanos por metro construido.

Factores que se tienen que considerar antes de seleccionar la ruta optima

para el paso de la tubería

Relacionado a ríos lagos y pantanos

1. Cruces innecesarios

2. Áreas con alta erosión

3. Lechos de roca

Relacionado a la Geografía

1. Pendientes inclinadas

2. Suelos pedregosos

Relacionado al medio ambiente

1. Sitios de desove de pescados

2. Sitios donde viven especies en extinción

3. Sitios arqueológicos e históricos

Otros factores

1. Cruces o vías de tren,

cercas, cables

2. Concentración de

población

3. Fuera de parques

nacionales

4. Sitios de regeneración

de bosques

5. Derechos de vía

6. Barrancas

7. Depresiones

8. Sitios de agricultura

9. Tuberías y otras utilerías

enterradas

Fuentes de información para trazo de tuberías en

donde se pueda ver la información anterior

• Mapas topográficos

• Fotos áreas

• Información del INEGI

• Mapas privados y regionales

para los derechos de vía

Punto recepción Punto de entrega

Ruta de tubería

Superposición de un mapa

topográfico de una zona de Yucatán

a una ruta de tuberías de entrega

Mucha de esta

hay que

adquirirla de

campo

Madererías para comercio

Sitio con alta población

Reservación, centro de recreación potencial

Ruta posible Sitio de alta peligrosidad de erosión

Tierra especial para cultivos (maíz) Peligro de deslizamiento de tierra Pendiente empinada

Peligro de derrumbes

Practica común

de ingeniería

Objetivo Proyecto:

• Optimizar trayectorias existentes

• Proponer nuevas trayectorias

eficientes para nuevos pozos y

sitios de entrega a través del

desarrollo de un modelo

computacional y la aplicación de

una heurística de optimización

Estrategias de construcción para evitar algunos casos de restricciones

Evitar los deslizamientos y las pendientes pronunciadas

así como zonas sísmicas.

17

18



“la suma algebraica de los caudales másicos que confluyen en

19

(1)

Donde:

j Todos los nodos conectados directamente al nodo i.

Q Caudal interno que entra (-) o sale del sistema (+).

N Número total de nodos del sistema

S Depósitos o fuentes externas de caudal.

Fig. 2 Representación de un Nodo en la red de

tuberías.

20



“la suma algebraica de los caudales másicos (o volumétricos,

ya que el fluido es incompresible) que confluyen en el nudo

debe ser 0”.



Balance global de caudales para toda la red.

(2)

21



“La diferencia de energías (alturas piezométricas) H

i

- H

es

igual a las pérdidas por rozamiento y pérdidas menores mas la

energía añadida al flujo a través de bombas”

22

Donde:

H

altura del punto i.

H

altura manométrica de la bomba.

Hj

altura del punto j.

ΔH

Pérdida de carga total

.

Fig. 3 Alturas de H

y H

(3)

23

Donde:

H

Altura del punto i.

H

pérdidas de carga.

f*(Q

,H

,H

,) Función del caudal

.



Se puede establecer unas leyes de comportamiento propias que

relacionan el caudal circulante con, la altura manométrica y la

pérdida de carga.

(4)

24

Donde:

H

altura del punto i.

Hj

altura del punto j.

f (Q

)

.

NJ Altura piezométricas en lo nodos de conección

NF Caudales externos aplicados en los nudos de altura

j referencia todos los nodos conectados

directamente al nodo i.

Q Caudal interno.

N Número total de nodos del sistema

S Caudal que entra (+) o sale del sistema (-)

(1) y (4)

25

Fluido y paredes de la tubería

26

La más usada en Europa

Se puede usar para distintos fluidos porque

Depende de la viscosidad cinemática

Donde:

L Longitud de la tubería.

H

Diametro interior de la tubería.

Q Caudal circulante.

f

Factor de fricción

.

K

Altura piezométricas en lo nodos de conección

g Gravedad

Fluido y paredes de la tubería

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 Apuntes del Curso “Análisis de redes de agua con EPANET”, Universidad Politécnica de Valencia, España.  Menom S., “Piping calculation manual”, Mc graw Hill, 2005.

 Mott R., “Mecánica de fluidos”, Pearson Prince Hall, sexta edición, 2006.

 Ortiz A., “Análisis numérico de la transferencia de calor y masa en una cavidad ventilada”, tesis maestría, 2010.

 Rossman, L. A., "Computer Models/EPANET" in L. Mays, ed., Water Distribution Systems Handbook, Chapter 12,

McGraw-Hill companies, Inc., New York, NY, 1999

 Saldarriaga J. “Hidraulica de tuberías”, Mc Graw Hill, 2010.

 Valiente A., “Problemas de flujo de fluidos”, LIMUSA, segunda edición, 2002.  White F., “Mecánica de fluidos”, Mc Graw Hill, Quinta edición, 2004

28

29

Ec. de continuidad de un depósito

Ecuación de energía

Rossman, L. A., "Computer Models/EPANET" in L. Mays, ed., Water Distribution Systems Handbook, Chapter 12, McGraw-Hill companies, Inc., New York, NY, 1999

30

Mott “mecánica de fluidos”, Printice Hall, sexta edición, 2006. Saldarriaga J. “Hidraulica de tuberías”, Mc Graw Hill, 2004.

31

Mott “mecánica de fluidos”, Printice Hall, sexta edición, 2006. Saldarriaga J. “Hidraulica de tuberías”, Mc Graw Hill, 2004.

32

Mott “mecánica de fluidos”, Printice Hall, sexta edición, 2006. Saldarriaga J. “Hidraulica de tuberías”, Mc Graw Hill, 2004.