Programación óptima de operaciones en sistemas de transporte de combustibles múltiples a través de poliductos

Abstract

Las redes de poliductos constituyen un recurso estratégico clave para el abastecimiento de energía en las cadenas de suministro actuales. La programación del transporte de combustibles a través de tuberías es una tarea sorprendentemente compleja. Esta tesis presenta una representación eficiente del problema, basada en un enfoque continuo del tiempo y de la posición de los envíos en los ductos. Comenzando por sistemas simples, con un punto de aprovisionamiento y un centro de recepción, hasta redes de poliductos interconectados, con múltiples refinerías, terminales, puertos y centros de consumo, los modelos presentados en este trabajo conforman una colección ordenada de propuestas para el abordaje de la problemática. Todas ellas han sido plasmadas en modelos de programación matemática lineal mixta-entera (MILP) que contemplan aspectos críticos del problema tales como el seguimiento de interfases, las operaciones de control y aprobación de lotes, el proceso de reprogramación, el plan de producción de refinerías, la utilización de tanques, el funcionamiento de bombas en horas pico, el manejo de estaciones intermedias y la consolidación de envíos en lotes comunes de productos estandarizados, entre otros. La optimización del plan de transporte busca minimizar los costos (de bombeo, interfases, mantenimiento de inventarios) y maximizar la utilización del recurso, ambas metas expresadas en la función objetivo del programa. La nueva representación ha permitido hallar por primera vez soluciones eficientes a la operación de poliductos interconectados, dando un paso fundamental hacia el mejor aprovechamiento y la revalorización de estos recursos tan importantes para el desarrollo sustentable de la Nación.

Refined products pipeline networks comprise a critical resource for the energy distribution in present supply chains. Scheduling multi-product pipeline systems is a surprisingly complex task. This thesis presents an efficient approach, based on a continuous representation in both time and volume domains. From very simple configurations, with a single supply node and one reception terminal, to complex pipeline networks, with multiple refineries, terminals, harbours and distribution centers, the models presented in this work constitute an ordered collection of mathematical formulations for the solution of the pipeline scheduling problem. Every model has been developed as a mixed-integer linear program (MILP) that tackles critical aspects of the problem such as interface tracking, batch control and approving tasks, pipeline rescheduling, production planning at refineries, tank usage, pump operation at daily peak hours, terminal management at intermediate locations, and the consolidation of shipments in common batches of fungible products, among others. The optimization of the pipeline transport plan attempts to minimize the operational costs (pumping, interface and inventory carrying costs) and to maximize the pipeline utilization, both goals expressed in terms of the program objective function. The new representation has been able to find out efficient schedules for the operation of oil pipeline networks, giving rise to the revalorization and the better usage of such an important transportation mode for the sustainable development of the Nation.