Ingeniería Mecánica · 2025
Optimización de la configuración de bombeo mediante la implementación del algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) en MATLAB para maximizar la eficiencia de los equipos usando como caso de estudio el Oleoducto Río Ceibas-Tello
El transporte de hidrocarburos mediante oleoductos es esencial para la infraestructura energética, donde la eficiencia operativa resulta crítica. En Colombia, el Oleoducto Río Ceibas-Tello enfrenta desafíos asociados a la eficiencia energética, la variabilidad operativa y los costos. Las configuraciones de bombeo tradicionales presentan limitaciones para adaptarse dinámicamente a condiciones cambiantes, generando ineficiencias significativas. Actualmente, existe un vacío en la aplicación de gemelos numéricos combinados con técnicas de optimización inteligente para mejorar el desempeño de los sistemas de bombeo. Este proyecto desarrolló un gemelo numérico del Oleoducto Río Ceibas-Tello, implementando el algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) en MATLAB, con el objetivo de optimizar las configuraciones de bombeo y maximizar la eficiencia energética. La metodología incluyó la recopilación y análisis de datos técnicos, la construcción del modelo numérico, la implementación y calibración del PSO, y la validación del modelo contra datos históricos de operación. Los resultados mostraron una mejora promedio del 12 % en la eficiencia energética del sistema, lo que valida la precisión y aplicabilidad del modelo. Se concluye que el uso de gemelos numéricos integrados con algoritmos de optimización inteligente representa una estrategia efectiva para incrementar la eficiencia de bombeo, reducir costos y fomentar operaciones más sostenibles en la industria de hidrocarburos.
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Contenido
- Introducciónp. 11
- 1. Planteamiento del problemap. 14
- 2. Justificaciónp. 16
- 3. Objetivosp. 18
- 3.1 Objetivo Generalp. 18
- 3.2 Objetivos Específicosp. 18
- 4. Marco teóricop. 19
- 4.1 Transporte de hidrocarburos por oleoductop. 19
- 4.2 Sistemas de bombeo en oleoductosp. 21
- 4.2.1 Fundamentos hidráulicos aplicadosp. 24
- 4.3 Formulación matemática del sistema de bombeop. 27
- 4.4 Estrategias de optimizaciónp. 29
- 5. Metodologíap. 32
- 5.1 Recolección y análisis de datos del oleoductop. 32
- 5.2 Desarrollo del modelo de sombra digitalp. 35
- 5.3 Implementación del algoritmo PSOp. 36
- 5.4 Estrategia de simulación y exploración de escenariosp. 37
- 6. Modelo digital del sistema de bombeop. 38
- 6.1 Parámetros físicos y operativos del oleoductop. 38
- 6.2 Modelado de la bomba en entorno MATLABp. 41
- 7. Proceso de optimizaciónp. 46
- 8. Simulación y Resultadosp. 57
- Conclusionesp. 66
- Referencias Bibliográficasp. 68
- Tabla 1 Puntos discretizados del perfil topográfico del oleoducto Río Ceibas–Tellop. 39
- Tabla 2 Datos digitalizados de operación hidráulica de la bombap. 44
- Tabla 3 Condiciones de operación para simularp. 59
- Tabla 4 Resultados de la optimizaciónp. 65
- Figura 1 Configuraciones operativas de estaciones de bombeo: en serie y en paralelop. 23
- Figura 2 Variables hidráulicas asociadas a una estación de bombeop. 26
- Figura 3 Planimetría del oleoducto Río Ceibas-Tellop. 34
- Figura 4 Perfil altimétrico del tramo intervenido del oleoducto Río Ceibas-Tellop. 35
- Figura 5 Perfil topográfico discretizado del oleoducto Río Ceibas–Tellop. 40
- Figura 6 Curva característica de la bomba Generic_8x6-15_A110_1780p. 43
- Figura 7 Curvas digitalizadas de operación hidráulica de la bombap. 45
- Figura 8. Punto de operación sistema–bombap. 47
- Figura 9 Sistema con todas las bombas: puntos de operación y bandas de caudal y presiónp. 48
- Figura 10 Efecto de la variación de la velocidad de rotaciónp. 50
- Figura 11 Efecto de la variación de la cantidad de bombas en seriep. 53
- Figura 12 Efecto de la variación de la cantidad de bombas en paralelop. 55
- Figura 13 Solución para la condición 1p. 60
- Figura 14 Solución para la condición 2p. 62
- Figura 15 Solución para la condición 3p. 63
- Figura 16 Solución para la condición 4p. 64