Optimización de trayectorias para corredores aplicados a ductos para transporte de líquidos valiosos

El transporte de l´ıquidos valiosos por ductos es una actividad vital para llevar la producci´on hacia los lugares de procesamiento, consumo o distribuci ´on. Los ductos son el medio de transporte m´as econ´omico y seguro para mover grandes vol ´umenes a distancias considerables. Adem´as, son eficientes y amigables con el ambiente ya que pueden reducir derrames, contaminaci´on ambiental y acumulaci ´on de producto. Sin embargo, dise˜nar y construir ductos a trav´es de largas distancia no es una tarea f ´ acil. Los par´ametros a considerar en el dise˜no de un ducto son: la ubicaci´on de la trayectoria, la longitud del ducto, el di ´ametros interno, el tipo de material, el revestimiento, el espesor de la pared, los tramos libres, la protecci ´on cat ´ odica, entre otros. La ubicaci ´on de la trayectoria que conecte una localidad origen con una destino implica identificar la mejor trayectoria dentro de un corredor geogr ´afico con superficie variante. Dentro del corredor se deben evaluar m´ ultiples criterios que hacen dif´ıcil de encontrar una soluci ´on ´unica que sea la mejor entre m´ ultiples alternativas. Por otra parte, el problema de encontrar la ruta m´as corta en un grafo no dirigido con pesos reales positivos es un problema combinatorio. Existe una gran cantidad de problemas de optimizaci ´on combinatoria para los cuales no es posible garantizar con m´etodos cl ´asicos de programaci´on matem´ atica que la soluci ´on obtenida sea la ´optima. Adem´as, estos m´etodos suelen ser poco eficientes para determinados problemas. Para abordar problemas m´as complejos de optimizaci ´on, se justifica el uso de metaheur ´ısticas debido a su capacidad de exploraci ´on y explotaci ´on del espacio de soluciones para abordar este tipo de problemas. En este trabajo se presenta un m´etodo de optimizaci ´on estoc´ astica que explora distintas alternativas de rutas en un corredor para la mejor ubicaci ´on de la trayectoria para ductos de transporte terrestre. El m´etodo estoc´ astico aplica una estructura de vecindad variable a partir de dos puntos aleatorios de la soluci ´on de la ruta y encuentra rutas semi-aleatroias a trav´es de movimientos tab´u en la trayectoria mientras minimiza una funci ´on de costo de distancia. Diez instancias son estudiadas a partir de un an´ alisis espacial so- II bre dos escenarios realistas. Los escenarios se construyen con informaci´on de las cartas topogr ´aficas digitales E14B49, E14B69 y E14B79 a escala 1:50,000 del INEGI, que corresponden al estado de Veracruz, M´exico. Los resultados experimentales indican que el algoritmo estoc´ astico obtiene buenas soluciones respecto al algoritmo base (m´etodo ´avido) con mejoras en la calidad de la soluci ´on superiores al 13% en promedio. III

The transport of valuable liquids through pipelines is a vital activity to take production to the places of processing, consumption or distribution. Pipelines are the most economical and safe system of transportation for moving large volumes over considerable distances. Also, pipelines are efficient and environmentally friendly as they can reduce spills, environmental pollution, and product accumulation. However, designing and building pipelines over long distances is not an easy task. The parameters to consider in the design of pipelines are the location of the trajectory, the length of the duct, the internal diameters, the type of material, the coating, the thickness of the wall, the free sections, the cathodic protection, between others. The trajectory location that connects a source with a destination implies identifying the best trajectory within a geographical corridor on a variant surface. It involves factors which affect numerous ecological, social, and economic parameters when determining the best route location. On the other hand, the shortest path problem on an undirected weighted graph is a combinatorial problem. There are many combinatorial optimization problems for which it is not possible to guarantee with classical methods of mathematical programming that the solution obtained is the optimal one. These methods are usually inefficient for certain problems. To solve complex optimization problems, the use of metaheuristics is justified due to its capacity to explore and exploit the space of solutions to address this type of problem. This work presents a heuristic optimization method by exploring GIS spatial alter- natives to refine the route and to align it with the engineering design for transport pipelines in an early stage. The proposed heuristic applies a variable neighborhood structure selecting randomly two points from the path solution and finding routes by tabu movements across the path while minimizing a distance cost function. The experimental analysis compares the proposed method in two realistic problem sce- narios in Veracruz, Mexico. Improvements up to 13% in the distance of the route at one of the scenarios are reported.