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1
EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A LA
NATURALEZA Y CÓMO LOGRARLO
ISMAEL HERRERA REVILLAPREMIO NACIONAL DE CIENCIAS
INVESTIGADOR NACIONAL DE EXCELENCIA
Instituto de Geofísica, UNAM
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2
PREDECIR LA NATURALEZA
ES UN ANHELO HUMANO
ANCESTRAL
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3
MODIFICAR LA NATURALEZA PARA
QUE SE AJUSTE A LAS NECESIDADES Y
DESEOS DEL SER HUMANO
Familia en búsqueda del bienestar
![Page 4: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/4.jpg)
4
A.
UN POCO DE HISTORIA
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MAGIA O CIENCIA
5
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• Los brujos, oráculos y los tlatoanis– La predicción de las lluvias y el clima
– El sacrificio de los animales y de los seres humanos
6
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7
• Los primeros geómetras y físicos −La medición de los campos − La observación de la naturaleza
Pitágoras Euclides Arquímedes
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8
EN ESTA COMPETENCIA LA PREDICCIÓN
CIENTÍFICA PREVALECIÓ
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9
LA PREDICCIÓN CIENTÍFICA REQUIERE DE
CONOCIMIENTOS PROFUNDOS DE
LOS FENÓMENOS
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10
A TRAVÉS DE LA HISTORIA
LA PREDICCIÓN CIENTÍFICA HA SIDO
MOTOR DE LA CIENCIA
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11
RENACIMIENTO Y MODERNIDAD
Newton, 1642-1727
Kepler, 1571-1630
Galileo, 1564-1642
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12
B.
PREDICCIÓN COMPUTACIONAL
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• El aumento de nuestra capacidad para predecir el comportamiento de la naturaleza ha sido continuo, pero el advenimiento de las herramientas computacionales (hardware y software) ha conllevado un salto abrupto en nuestras facultades para predecir a los sistemas de interés para el ser humano
13
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• Estos nuevos instrumentos permiten integrar a los conocimientos científicos y tecnológicos en modelos matemáticos que con el auxilio del cómputo electrónico realizan la predicción.
⇒
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• A esta forma de proceder se le denomina Modelación Matemática y Computacional (o simplemente, Modelación Computacional). La trascendencia de esta nueva disciplina es tan grande que hoy en día es ampliamente reconocido que la ciencia se asienta en tres grandes columnas: la ciencia teórica, la ciencia experimentaly la ciencia computacional.
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16
LOS MODELOS COMPUTACIONALES REALIZAN
ASÍ EL ANHELO DE PREDECIR LA NATURALEZA
TRIUNFO HUMANO
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17
C.
BÚSQUEDA
DEL BIENESTAR
![Page 18: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/18.jpg)
18
MODIFICAR LA NATURALEZA PARA
QUE SE AJUSTE A LAS NECESIDADES Y
DESEOS DEL SER HUMANO
Familia en búsqueda del bienestar
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• Los brujos, oráculos y los tlatoanis
– El sacrificio de los animales
– El sacrificio de los seres humanos
19
![Page 20: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/20.jpg)
20
LO QUE DESEAMOS
MODIFICAR (CONTROLAR)
PARA LOGRAR NUESTRO
BIENESTAR
![Page 21: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/21.jpg)
21
AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA
Ríos
Lagos
Acuíferos
Oceanos
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22
MEDIO AMBIENTE
Lluvia
Atmosfera
Huracanes
Clima
![Page 23: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/23.jpg)
23
ENERGÍA
Petróleo
Geotérmica
Hidráulica
Eólica
![Page 24: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/24.jpg)
24
OBRASCIVILES
Casas y edificios
Puentes
Presas
Diseño sísmico
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25
D. METODOLOGÍA
LA MODELACIÓN
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26
¿QUÉ SON LOS MODELOS?
Un sustituto del sistema cuyo
comportamiento se desea predecir
![Page 27: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/27.jpg)
27
¿QUÉ SON LOS MODELOS MATEMÁTICOS?
• Sistemas de ecuaciones diferenciales cuyas
soluciones modelan a los sistemas reales (naturales o
artificiales) que se desean predecir
• Cómo obtener estas ecuaciones se explica en el
libro: “Mathematical Modelling in Science and Engineering:
An axiomatic approach”, Ismael Herrera and George F.
Pinder, Wiley, New York, 243p., 2012.
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![Page 29: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/29.jpg)
29
PROCEDIMIENTO
1. MODELO CONCEPTUAL
2. MODELO MATEMÁTICO
3. MODELO NUMÉRICO
4. MODELO COMPUTACIONAL
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MODELO CONCEPTUAL
Este modelo define las características del sistema que se va a modelar y los alcances de las predicciones que se van realizar con él
30
![Page 31: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/31.jpg)
MODELO MATEMÁTICO BÁSICO
•Para definir este modelo se selecciona una familia de propiedades extensivas
•Cada una satisfice una ecuación de balance
•El modelo matemático está constituido por dicho sistema de ecuaciones:
31
( ) g , t
= 1,...,N
αα αα αϕ ϕ τ
α
∂ + ∇ = ∇ +∂
i iv
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32
E. EJEMPLO:YACIMIENTOS PETROLEROS
![Page 33: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/33.jpg)
33
MODELO CONCEPTUAL
![Page 34: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/34.jpg)
34
MODELO DE PETRÓLEO NEGRO
1. En fase agua sólo hay agua
2. El gas es soluble en el aceite
3. En fase gas sólo hay gas
4. No hay difusión
![Page 35: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/35.jpg)
FAMILIA DE PROPIEDADES EXTENSIVAS
Ellas son:
Masa del agua en la fase agua
Masa del gas en la fase gas
Masa del aceite en la fase petróleo
Masa del gas disuelto
35
![Page 36: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/36.jpg)
EXPRESIÓN DE LAS MASAS
36
( )( )
( )( )
( )( )
( )( )
w
o
o
g
ww wB t
Ooo OoB t
Goo GoB t
gg gB t
Masa del agua M t S dx
Masa del aceite en fase petróleo M t S dx
Masa del gas disuelto en el petróleo M t S dx
Masa del gas M t S dx
φ ρ
φ ρ
φ ρ
φ ρ
=
=
=
=
∫
∫
∫
∫
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MODELO DE PETRÓLEO NEGRO
37
( )
( )
( )
( )
w ww ww w e
o Ooo Ooo Oo e
o Go Goo Goo Go e g
gg g g gg g e Go
SS g
t
SS g
t
SS g g
t
SS g g
t
φ ρ φ ρ
φ ρ φ ρ
φ ρ φ ρ
φ ρφ ρ
∂ + ∇ =∂
∂ + ∇ =∂
∂ + ∇ = +∂
∂+ ∇ = +
∂
i
i
i
i
v
v
v
v
![Page 38: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/38.jpg)
MÉTODOSS MÁS AVANZADOS
Recuperación Mejorada del Petróleo (EOR):
1. Inyección de agua, vapor y polímeros
2. Inyección de gases miscibles: hidrocarburos gaseosos, y Nitrógeno;
3. Inyección de químicos: polímeros y surfactantes, y otros químicos; y
4. Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ
38
![Page 39: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/39.jpg)
IMPOTANCIA DE LA RECUPERACIÓN MEJORADA
1. En la actualidad gran parte de las reservas de petróleo están localizadas en campos cuya producción está declinando y la única forma de continuar produciéndolos es aplicando Recuperación Mejorada, por lo que en el mundo actual estos métodos son fundamentales para mantener el suministro de petróleo
2. La modelación matemática y computacional es indispensable para la aplicación de la recuperación mejorada
39
![Page 40: EL ANHELO HUMANO ANCESTRAL DE PREDECIR A …mmc2.geofisica.unam.mx/mmc/Divulgacion/ElAnhelo... · Tratamientos térmicos: inyección cíclica de vapor, combustión in-situ 38. IMPOTANCIA](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022021720/5bbb413e09d3f2d6198cff69/html5/thumbnails/40.jpg)
40
TEMAS DE INGENIERÍA EN QUE
HE TRABAJADO
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41
:Hidráulica Ondas de avenida en ríos y canales
Ingeniería sísmica : Valle de México
Sismología : Ortogonaliadad de ondas de Rayleigh
Estructuras : Procesos estocásticos
Materiales viscoelásticosMecánica Ma{{
{{
teriales del tipo de Masing
HundimientoMecánica de suelos Arcillas (Cam -Clay)
Ampliación de Cerro PrietoGeotermia : Los Azufres
Método integrodiferencialAgua subterránea : El Valle de México y otros
Inge {Choques con punto de burbuja variableniería Petrolera : EOR
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42
CONCLUSIONES
1. La modelación matemática y computacional
satisface un anhelo que los humanos hemos
tenido desde los tiempos más remotos
2. También es fundamental para nuestro
bienestar