Analisis-del-desgaste-de-un-ducto-ASTM-A-53B-SCH-40

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MARZO 2015 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN 
PRESENTA: 
LIC. EDITH GABRIELA RODRÍGUEZ ROJAS 
DIRECTORES DE TESIS: 
DR.JAIME REYNALDO SANTOS REYES 
DR. DIEGO ALFREDO PADILLA PÉREZ 
 
 
TESIS 
TESIS
QUE PARA OBTENER E L GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN 
INGE NIERÍA DE SISTEMAS 
“Análisis del Desgaste de un Ducto 
ASTM A -53B SCH 40”
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página I 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página II 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN 
 
CARTA CESIÓN DE DERECHOS 
 
En la Ciudad de México D.F. el día 28 del mes de febrero del años 2015, la que 
suscribe Edith Gabriela Rodríguez Rojas alumna de Posgrado de Maestría en 
Ciencias en Ingeniería de Sistemas con número de registro A130792, adscrito 
a la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la E.S.I.M.E. Unidad 
Zacatenco, manifiesta que es autor intelectual del presente trabajo de Tesis 
bajo la dirección del Dr. Jaime Reynaldo Santos Reyes y el Dr. Diego Alfredo 
Padilla Pérez y ceden los derechos del trabajo intitulado “Análisis del Desgaste 
de un Ducto ASTM A-53B SCH 40”, al Instituto Politécnico Nacional para su 
difusión, con fines académicos y de investigación. 
Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, 
gráficas o datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del 
trabajo. Este puede ser obtenido escribiendo a la siguiente dirección 
edsmile9@hotmail.com. Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el 
agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo. 
 
 
 
 
 
Lic.Edith Gabriela Rodríguez Rojas 
Nombre y Firma 
 
 
 
 
 
mailto:edsmile9@hotmail.com
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página III 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mi mama Edith 
Por haberme 
apoyado en todo 
momento, por sus 
consejos, sus valores, por 
la motivación constante 
que me ha permitido ser 
una persona de bien, 
pero más que nada, por 
su amor. 
Gracias 
 
A mi esposo Miguel 
 
Por siempre 
estar a mi lado en las 
buenas y en las malas; 
por su comprensión, 
paciencia y amor. 
 
 
Gracias 
A mi hija Valeria 
Tu afecto y tu 
cariño son los 
detonantes de mi 
felicidad, de mi esfuerzo 
y de buscar lo mejor 
para ti .Aun a tu corta 
edad, me has enseñado 
muchas cosas de esta 
vida. 
Gracias. 
 
A mis maestros que 
en este andar por la vida, 
influyeron con sus lecciones 
y experiencias en formarme 
como una persona de bien y 
preparada para los retos 
que pone la vida, en especial 
a mis asesores al Dr. Jaime 
y al Dr. Diego a ellos les 
dedico cada una de estas 
páginas de mi tesis. 
Gracias. 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
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A mi papa Jorge 
 
 Por los ejemplos 
de perseverancia y 
constancia que lo 
caracterizan y que me ha 
infundado siempre, por 
el valor mostrado para 
salir adelante y por su 
amor. 
 
Gracias 
 
A mis hermanos Jorge, 
Toño y Fabián 
Por su amor y 
enseñanza a salir 
adelante. Gracias por su 
paciencia, por 
preocuparse por su 
hermana mayor, gracias 
por compartir sus vidas, 
pero sobre todo, gracias 
por estar en otro momento 
tan importante en mi 
vida. 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página V 
 
 
ANÁLISIS DEL DESGASTE DE UN DUCTO ASTM A-53B 
SCH 40 
RESUMEN 
 
El sistema de transporte por ductos en nuestro país, consta de más de 55 
000 km de tuberías dependientes de las cuatro subsidiarias sin contar los más de 14 
mil kilómetros de líneas de descarga de pozos en operación que conforman Pemex, 
los fluidos transportados son: crudo, gasolinas, diesel, gas licuado, gas natural y 
productos petroquímicos, principalmente. En la actualidad los ductos son uno de los 
principales sistemas de transporte de hidrocarburos. 
 
Sin embargo, en la revisión de la literatura se encontró que ocurren 
fallas en el sistema de ductos y que tiene consecuencias muy negativas en términos 
de vidas humanas, lesiones, económicas e impactos negativos al medio ambiente. Por 
lo consiguiente es de gran importancia estudiar estos sistemas técnicos y así tener un 
mejor entendimiento de los mecanismos que conllevan a las fallas de los mismos. 
 
Este proyecto de tesis abordó el estudio de un modelado del desgaste 
de un ducto ASTM A-53B SCH 40 ampliamente usado en la industria del petróleo. 
Para ello se emplearon los datos obtenidos mediante un sistema de diablos 
instrumentado. Como resultado de la investigación, se diseñó una interfaz gráfica que 
permite, por ejemplo, al usuario u operador de interactuar de manera gráfica, sencilla y 
así poder estimar el desgaste de un ducto. Los resultados del análisis muestran, por 
ejemplo, que el bloque 1B, al parecer es el más crítico con una 'proyección' de vida útil 
de 19 años y posiblemente requiere un reemplazo o mantenimiento. 
 
En general, el modelo tiene el potencial de poder hacer una 'proyección' 
a futuro del desgaste de cualquier ducto; sin embargo, tiene limitaciones. Esto es, el 
modelo puede emplearse para hacer una proyección futura del desgaste de ductos 
siempre y cuando se tengan los datos, por ejemplo, de corridas de 'diablos'. De lo 
contrario el modelo no se puede usar. 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
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WEAR ANALYSIS OF THE ASTM A-53B SCH 40 
PIPELINE 
 
ABSTRACT 
 
The pipeline transportation system in our country, consists of more 
than 55,000 km of pipelines dependent of four subsidiaries excluding more than 
14,000 kilometers of lines discharge of operating wells that constitutes Pemex; the 
transported fluid are mainly: crude, petrol, diesel, LPG, natural gas and 
petrochemicals. Currently the pipelines are major hydrocarbon transportation 
systems. 
 
However, in the literature review it was found that failures occur in the 
pipeline systems and has very negative consequences in terms of life loss, injury, 
economic and negative impacts to the environment. It is therefore very important to 
study these technical systems and thus have a better understanding of the 
mechanisms leading to failures. 
 
This thesis research project addressed the modeling of a pipeline 
wear ASTM A-53B SCH 40 widely used in the petroleum industry. For this purpose 
the data obtained through a system of instrumented inspection system was used. As 
a result of the investigation, a graphical interface that allows, for example, the user 
or operator graphical interface and simple manner; moreover, the tool my help to 
estimate the wear of a pipeline. The results show, for example, that the block 1B, 
apparently is the most critical; i.e., a 'projection' ofuseful life of 19 years was found 
and possibly requiring a replacement or maintenance. 
 
Overall, the model has the potential to make a 'projection' to wear of a 
pipeline; however, has limitations. That is, the model can be used to make a future 
projection of pipeline's wear as long as the data are available, for example, data from 
an instrumented inspection system'. Otherwise the model cannot and should not be 
used. 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página VII 
 
 
INDICE 
 
RESUMEN ................................................................................................................................... V 
ABSTRACT ................................................................................................................................ VI 
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ X 
OBJETIVOS ............................................................................................................................... XI 
OBJETIVO GENERAL .............................................................................................................. XI 
OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................... XI 
INDICE DE FIGURAS Y TABLAS.......................................................................................... XII 
GLOSARIO ................................................................................................................................ XV 
NOMENCLATURA ................................................................................................................ XVIII 
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................... 1 
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ................................................................................... 1 
1.1 Importancia de la Industria Petrolera en el Contexto Internacional y Nacional . 1 
1.1.1 Contexto Internacional ....................................................................................... 1 
1.1.2 Contexto Nacional .............................................................................................. 3 
1.1.3 Cadena de Valor de la Industria del Petróleo ................................................ 6 
1.2 Accidentes en Ductos que Transportan Hidrocarburos en el Contexto 
Internacional y Nacional ........................................................................................................ 8 
1.2.1 Contexto Internacional ....................................................................................... 8 
1.2.2 Contexto Nacional .............................................................................................. 9 
1.3 Riesgo de Integridad de Ductos de Transporte de Hidrocarburos ................... 12 
1.3.1 Integridad de Ductos ........................................................................................ 12 
1.3.2 Inspección de Ductos ............................................................................................. 13 
1.4 Justificación del Proyecto de Tesis ........................................................................ 15 
1.5 Resumen del Capítulo ............................................................................................. 16 
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................................. 17 
CONTEXTO ESPACIAL Y TEMPORAL, MARCO METODOLÓGICO Y TEÓRICO ..... 17 
2.1 Contexto Espacial y Temporal ..................................................................................... 17 
2.1.1 Contexto Espacial ................................................................................................... 17 
2.1.2 Contexto Temporal ................................................................................................. 18 
2.2 Marco Metodológico ...................................................................................................... 19 
2.2.1 Primera Fase: Formulación del Problema .......................................................... 20 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página VIII 
 
 
2.2.2. Segunda Fase: Formulación del Modelo ........................................................... 21 
2.2.3 Tercera Fase: Obtención de una Solución y Prueba del Modelo ................... 21 
2.2.4 Cuarta Fase: Establecer Controles e Implantación de la Solución ................ 22 
2.3 Marco Teórico ........................................................................................................... 22 
2.3.1 Teoría General de Sistemas ................................................................................. 24 
2.3.2 Mecánica de Fluidos .............................................................................................. 25 
2.3.3 Ductos en la Industria Petrolera .................................................................... 33 
2.4 Resumen del Capítulo ............................................................................................. 43 
CAPITULO 3 ............................................................................................................................. 44 
DESCRIPCIÓN DEL CASO DE ESTUDIO .......................................................................... 44 
3.1.1 Sistema de Ductos Submarinos y Terrestres ................................................... 44 
3.1.2 Pemex Gas y Petroquímica Básica .................................................................... 46 
3.1.3 Pemex Refinación ................................................................................................. 47 
3.1.4 Pemex Exploración y Producción (PEP) ........................................................... 48 
3.1.5 Ductos que Transportan Diesel ........................................................................... 48 
3.2 Ducto ASTM A-53B SCH 40 que Transporta Diesel ........................................... 49 
3.2.1 Algunas Características de los Ductos que Transportan Diesel ..................... 50 
3.2.2 Mapa de Localización del Ducto ......................................................................... 51 
3.3 Resumen del Capítulo ............................................................................................. 51 
CAPITULO 4 ............................................................................................................................. 52 
RESULTADOS DEL ANÁLISIS .............................................................................................. 52 
4.1 Primera Fase: Formulación del Problema ................................................................. 52 
4.1.1. Funcionamiento de Ductos ................................................................................. 52 
4.1.2 Daños en Ductos .............................................................................................. 53 
4.1.3 Mantenimiento de Ductos ................................................................................ 54 
4.1.4 Formulación del Problema .............................................................................. 57 
4.2 Segunda Fase: Construcción del Modelo ............................................................. 57 
4.2.2 Presión Interna de Diseño ............................................................................... 58 
4.2.3 El Factor de Capacidad Permisible (Fcp) ..................................................... 60 
4.2.4 EspesorMínimo Requerido ............................................................................ 61 
4.2.5 Espesor de Tolerancia por Fabricación ........................................................ 62 
4.2.6 Ecuación General de la Energía .................................................................... 63 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página IX 
 
 
4.2.7 Ecuación de Reynolds ..................................................................................... 64 
4.2.8 Ecuación del Factor de Fricción ..................................................................... 65 
4.2.9 Ecuación de la Velocidad del Fluido .............................................................. 66 
4.2.10 Ecuación de la Pérdida de Energía por Fricción en la Tubería. .................. 67 
4.2.10 Ecuación del Sistema de Flujo ....................................................................... 68 
4.3 Tercera Fase: Obtención de una Solución y Prueba del Modelo. .................... 70 
4.3.2 Recolección de los Datos ................................................................................ 70 
4.3.3 Análisis de los Datos ........................................................................................ 72 
4.3.4 Diseño del Modelo para el Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-
53B SCH 40 para medir el Desgaste. ........................................................................... 73 
4.4 Cuarta Fase: Establecer Controles e Implantación de la Solución. ................. 81 
4.5 Resumen del Capitulo ................................................................................................... 83 
CAPITULO 5 ............................................................................................................................. 84 
DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y FUTUROS TRABAJOS .............................................. 84 
5.1 Discusión del Modelo Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 
40 84 
5.2 Conclusiones ............................................................................................................. 91 
5.2.1 Conclusiones en relación a los Objeticos Planteados ...................................... 91 
5.2.1 Conclusiones en Relación al Modelo .................................................................. 91 
5.2.1 Conclusiones en Relación al Enfoque Empleado en el Análisis ..................... 92 
5.3 Consideraciones y Limitaciones .................................................................................. 92 
5.3.1 Consideraciones ..................................................................................................... 92 
5.3.2 Limitaciones ............................................................................................................. 93 
5.4 Futuros Trabajos ............................................................................................................ 94 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 95 
ANEXOS .................................................................................................................................. 101 
ANEXO A: ACCIDENTES OCURRIDOS EN MÉXICO Y OTROS PAÍSES .................. 101 
Fuente: Elaboración Propia .................................................................................................. 103 
Fuente: Elaboración Propia .................................................................................................. 105 
ANEXO B: EQUIPOS INSTRUMENTADOS ('DIABLOS')................................................ 106 
ANEXO C: DATOS DE CORRIDAS DEL EQUIPO INSTRUMENTADO ('DIABLO') EN 
EL DUCTO BAJO ESTUDIO DE LOS AÑOS 1994 Y 2004 ............................................ 114 
ANEXO D: INFORMACIÓN TÉCNICA ADICIONAL ......................................................... 118 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página X 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
La evolución del transporte comenzó con la necesidad básica del 
hombre de trasladar sus productos y hacer puentes de intercambio económico con 
otras regiones por la preocupación del hombre de innovar en forma y diseño al 
producto transportado. Es así como surge el sistema de transporte por ductos. Los 
ductos que atiende inicialmente a la necesidad de trasladar hidrocarburos y otros 
materiales potencialmente peligrosos, como una manera segura y confiable como 
gases, líquidos, sólidos o multifásico. 
En el año 1943 la demanda de combustibles aumentó por las 
actividades económicas del país, se comenzó a construir ductos con la finalidad de 
cubrir la necesidad de transporte y distribución de hidrocarburos. La industria petrolera 
cuenta con una red de ductos distribuida en todo el país. El transporte por ductos de 
hidrocarburos y materiales peligrosos ofrece seguridad en el traslado y manipulación 
de estas sustancias por que representa una posible respuesta a preocupaciones 
actuales para mejorar la eficiencia energética. Estos están diseñados ampliamente 
para permitir el acceso a todos, a un costo razonable y de conformidad con el medio 
ambiente. 
Sin embargo, en la revisión de la literatura se encontró que ocurren 
fallas en el sistema de ductos y que tienen consecuencias muy negativas en términos 
de vidas humanas, lesiones, económicas e impactos negativos al medio ambiente. Por 
lo consiguiente es de gran importancia estudiar estos sistemas técnicos y así tener un 
mejor entendimiento de los mecanismos que conllevan a las fallas de los mismos. 
Este proyecto de tesis se enfoca al estudio de un modelado del 
desgaste de un ducto ASTM A-53B SCH 40 ampliamente usado en la industria del 
petróleo. Para ello se emplearon los datos obtenidos mediante un sistema de diablos 
instrumentado. El presente reporte presenta el desarrollo del proyecto de tesis. 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Gas
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido
http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XI 
 
 
OBJETIVOS 
 
OBJETIVO GENERAL 
 
Llevar a cabo un modelado del desgaste de un ducto ASTM A-53B SCH 
40 usado en la industria del petróleo para tener una mejor comprensión de los 
mecanismos que conllevan a las fallas de los mismos. 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
Llevar a cabo una revisión de la literatura concerniente a los accidentes 
de ductos en ambos contextos internacional y nacional. 
Llevar a cabo una revisión de la literatura en relación a la normatividad 
existente acerca de los ductos usados en la industria petrolera. 
Recopilar ý analizar los datos obtenidos de la corrida del sistema de 
diablos instrumentado. 
Obtener una mejor comprensión del desgaste del tipo de ducto 
seleccionado para así proponer posibles soluciones en cuanto al mantenimiento de los 
mismos. 
Documentar los resultados del proyecto de tesis. 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XII 
 
 
INDICE DE FIGURAS Y TABLAS 
 
FIGURAS 
 
Figura 1. 1 Países con mayor producción de petróleo en 2012 ............................... 2 
Figura 1. 2 Principales países consumidores de petróleo en 2012 ......................... 3 
Figura 1. 3 Producción En Las Regiones Noreste Y Suroeste En 2012 ................. 4 
Figura 1. 4 Producción En Las Regiones Norte Y SurEn 2012 ............................... 5 
Figura 1. 5 Cadena De Valor De La Industria Del Petróleo Y Sus Derivados. ......... 6 
Figura 1. 6 Algunas Consecuencias De Accidentes En Ductos. ............................. 8 
Figura 1. 7 Transporte Y Distribución De Crudo Y Derivados En Centros De 
Refinación Y De Almacenamiento. .......................................................................... 10 
Figura 1. 8 Algunas Estadísticas de Accidentes Ocurridos en las Diferentes 
Etapas de la Cadena de Valor de la Industria Petrolera ......................................... 11 
Figura 1. 9 Oleoducto de 30 Pulgadas Nuevo Teapa–Venta de Carpio ................ 12 
Figura 1. 10 Equipo Instrumentado para la Inspección de Ductos....................... 14 
Figura 2. 1 Focalización del Contexto Espacial ……………………………………..18 
Figura 2. 2 Representación de cada Etapa de la Metodología de Churchman y 
Ackoff ........................................................................................................................ 19 
Figura 2. 3 Representación Gráfica de un Problema y de un Modelo ................... 20 
Figura 2. 4 Representación Gráfica de la Solución y Prueba del Modelo y 
Controles de la Solución .......................................................................................... 21 
Figura 2. 5 Marco Teórico......................................................................................... 23 
Figura 2. 6 La Presión Actúa de Forma Uniforme en Todas Direcciones ............. 26 
Figura 2. 7 Gradiente de Velocidad en un Fluido en Movimiento .......................... 28 
Figura 2. 8 Parte de un Sistema de Distribución de Fluido y Elementos de Fluido 
Utilizados en la Ecuación de Bernoulli .................................................................... 29 
Figura 2. 9 Sistema de Flujo de Fluido que Ilustra la Ecuación General de Energía
 ................................................................................................................................... 32 
Figura 2. 10 Ejemplo de un Ducto. ........................................................................... 34 
Figura 2. 11 Ejemplo De Un Equipo Instrumentado Tipo Magnético. ................... 36 
Figura 2. 12 Técnica del Flujo Magnético en la Detección de Anomalías en 
Ductos. ...................................................................................................................... 36 
Figura 2. 13 Equipo del Tipo Ultrasonido ................................................................ 37 
Figura 2. 14 Técnica de Eco Ultrasónico. ................................................................ 38 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XIII 
 
 
Figura 2. 15 Metodología para la Evaluación Directa de Integridad de Ductos. .. 40 
Figura 3. 1 Sistema de Transporte por Ductos ……………………………………..44 
Figura 3. 2 Ductos Marinos y su Localización ........................................................ 45 
Figura 3. 3 Instalaciones Petroleras ....................................................................... 46 
Figura 3. 4 Ductos de Transporte en PGPB ............................................................ 47 
Figura 3. 5 Ductos de transporte en PR .................................................................. 47 
Figura 3. 6 Ductos de transporte en PEP ................................................................ 48 
Figura 3. 7 Ductos de Transporte de Diferentes Productos Derivados del Petróleo
 ................................................................................................................................... 49 
Figura 3. 8 Localización del Ducto .......................................................................... 51 
Figura 4. 1 Ductos de transporte y líneas de recolección …………………….53 
Figura 4. 2 Elementos de un Ducto ......................................................................... 55 
Figura 4. 3 Velocidad del Fluido .............................................................................. 66 
Figura 4. 4 División de los Datos en Segmentos del año 1994 y 2004 .................. 72 
Figura 4. 5 Elementos para la Construcción del Modelo ....................................... 74 
Figura 4. 6 Parámetros en el Análisis Del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B 
SCH 40 ....................................................................................................................... 75 
Figura 4. 7 Variables de Flujo en el Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-
53B SCH 40 ............................................................................................................... 77 
Figura 4. 8 Variables de Stock en el Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-
53B SCH 40 ............................................................................................................... 78 
Figura 4. 9 Sistema Dinámico del Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-
53B SCH 40 ............................................................................................................... 79 
Figura 4. 10 Porcentaje de Operación al 26% del Análisis del Desgaste de un 
Ducto ASTM A-53B SCH 40 ...................................................................................... 80 
Figura 4. 11 Elementos para Establecer los Controles en el Software AnyLogic 
R6 Professional ......................................................................................................... 82 
Figura 4. 12 Interfaz Gráfica de Usuario del Modelo de Análisis del Desgaste de 
un Ducto ASTM A-53B SCH 40................................................................................. 83 
Figura 5. 1 Resultados de la Ingeniería del Ducto con el Software AnyLogic R6 
Professional ………………………………………………………………………….……86 
Figura 5. 2 Contraste del Desgaste de la Corrida del Ducto en el año 1994 en el 
Software. ................................................................................................................... 87 
Figura 5. 3 Contraste del Desgaste de la Corrida del Ducto en el año 1994 en el 
Software. ................................................................................................................... 88 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XIV 
 
 
Figura 5. 4 Porcentaje de Operación al 26% del Análisis del Desgaste de un 
Ducto ASTM A-53B SCH 40 ...................................................................................... 89 
Figura 5. 5 Diferentes Porcentaje de Operación del Ducto .................................... 89 
 
TABLAS 
 
Tabla 4. 1 Daños en Ductos ..................................................................................... 54 
Tabla 4. 2 Características del Ducto ........................................................................ 58 
Tabla 4. 3 Factor de diseño por temperatura (fTEMP) ............................................... 60 
Tabla 4. 4 Factor de junta longitudinal (fJL) ............................................................. 60 
Tabla 4. 5 Porcentaje de Tolerancia por Fabricación en el Espesor de Pared. .... 62 
Tabla 4. 6 Pérdida de Espesor del año 1994 y 2004 ............................................... 71 
Tabla 5. 1 Conclusiones De Los Objetivos ............................................................. 91 
Tabla 5. 2 Limitaciones De La Investigación .......................................................... 93 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XVGLOSARIO 
 
 Abolladura: Depresión en la superficie de la tubería. 
ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de Pruebas y 
Materiales). 
Bases de Diseño: Es toda la información requerida para el desarrollo adecuado del 
proyecto. 
Carbono (Carbón): Un elemento sólido que existe de muchas formas incluyendo 
diamantes, grafito, coque y carbón vegetal. Las combinaciones de carbono con 
hidrógeno son conocidas como hidrocarburos y pueden consistir de moléculas muy 
grandes (tales como polipropilenos) o muy cortas (como metano). 
Corrosión: Degradación o deterioro de un material por efecto del electrolito o medio 
en que se encuentra, los metálicos como el acero sufren una reacción electroquímica 
debido a la interacción con el medio.. 
Defecto: Discontinuidad de magnitud suficiente para ser rechazada por las normas o 
especificaciones. 
Diablo: Dispositivo con libertad de movimiento que es insertado en el ducto para 
realizar funciones de limpieza y/o inspección del mismo. 
Diablo de limpieza: Herramienta para limpieza interior del ducto. 
Diablo geómetra: Equipo que se utiliza para verificar la existencia de abolladuras, 
dobleces, cambios de espesor y geometría interna del ducto. 
Diablo instrumentado: Equipo de inspección utilizado para registrar daños, defectos 
y espesores en la pared del ducto. 
Ducto: Sistema de tubería con diferentes componentes tales como: válvulas, bridas, 
accesorios, espárragos, dispositivos de seguridad o alivio, entre otros, por medio del 
cual se transportan los hidrocarburos (Líquidos o Gases). 
Ducto enterrado: Es aquel ducto terrestre que está alojado bajo la superficie del 
suelo. 
Ducto de recolección: Es el ducto que colecta aceite y/o gas y agua de los pozos 
productores para su envío a una batería o estación de separación. 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XVI 
 
 
Ducto de transporte: Es la tubería que conduce hidrocarburos en una fase o 
multifases, entre estaciones y/o plantas para su proceso, traslado en el que no se 
presenta ningún proceso físico o químico de los fluidos. Se consideran ductos de 
transporte los que se encuentran dentro de estaciones de: bombeo, compresión y 
almacenamiento. 
Ducto no restringido: Ducto o tramo de tubería que no tiene restricción axial y por 
tanto permite las deformaciones axiales. 
Ducto restringido: Ducto o tramo de tubería que debido a sus condiciones en los 
extremos tiene restricción o limitación para permitir deformaciones axiales. 
Ducto sumergido: Es aquel ducto terrestre que debido a su trayectoria puede 
encontrarse sobre el lecho de un cuerpo de agua (pantano, río, laguna, lago, etc. entre 
otros) o enterrado en él. 
Espesor nominal de pared: Es el espesor de pared de la tubería que es especificada 
por las normas de fabricación. 
Grieta: Discontinuidad del material interior o exterior que no ha llegado a traspasar el 
espesor de pared de la tubería. 
Mantenimiento correctivo: Acción u operación que consiste en reparar los daños o 
fallas en los ductos para evitar riesgos en su integridad o para restablecer la operación 
del mismo. 
Mantenimiento preventivo: Actividades llevadas a cabo a intervalos predeterminados 
o de acuerdo a criterios prescritos o como una recomendación emanada del resultado 
de una actividad predictiva, para reducir la probabilidad de falla o la degradación del 
funcionamiento por debajo de los límites aceptables de operación, seguridad y diseño 
de un ducto, componente o accesorio. 
Petróleo: Nombre genérico para hidrocarburos, incluyendo petróleo crudo, gas natural 
y líquidos del gas natural. El nombre se deriva del Latín, oleum, presente en forma 
natural en rocas, petra. 
Picadura: Corrosión localizada confinada a un punto o un área pequeña, la cual tiene 
forma de cavidad y que en corto plazo puede traspasar el espesor del material 
afectado. 
Presión interna de diseño (Pi): Es la presión interna a la que se diseña el ducto y es 
igual a 1,1 veces la presión de operación máxima. 
Presión Interna: Es la presión generada en las paredes internas de la tubería por 
efecto del fluido transportado. 
Ranura: Abertura delgada y poco profunda producida por algún objeto filoso. 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XVII 
 
 
Reparación definitiva: Es el reemplazo de la sección del ducto que está fuera de 
norma. 
Sistema: Un conjunto de objetos y relaciones entre esos objetos y sus propiedades. 
Sinergia: Incremento de potencia causado por la combinación de dos o más factores, 
cuya resultante es mayor a la esperada de la suma de tales potencias. Es decir, la 
resultante de la suma de cada uno de los esfuerzos es más que cada uno de ellos en 
particular. 
Soporte: Elemento que soporta tanto cargas estáticas como dinámicas provenientes 
de la tubería y equipos a los cuales se encuentra asociado. 
Temperatura de diseño: Es la temperatura esperada en el ducto, bajo condiciones de 
operación máxima extraordinaria y que puede ser igual o mayor a la temperatura de 
operación. 
Temperatura de operación: Es la temperatura máxima del ducto en condiciones 
normales de operación. 
Trampa de diablos: Dispositivo utilizado para fines de envío o recibo de diablos de 
inspección o limpieza interna del ducto. 
Tubería: Componente tubular que se utiliza para construir un sistema de ductos, tal 
componente puede ser fabricado de diferentes materiales. 
Viscosidad: Pegajoso, esto es: la resistencia de un líquido al movimiento o flujo; 
normalmente se abate al elevar la temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A‐53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XVIII  
 
 
NOMENCLATURA 
 
 
A Área de la sección transversal de acero de la tubería, en mm2 (pulg2). 
API American Petroleum Institute 
D Diámetro exterior nominal de la tubería, en mm (pulg). 
f Factor de fricción, adimensional 
fCP Factor de capacidad permisible por presión interna de diseño. 
fTEMP Factor de diseño por temperatura. 
fDIS Factor de diseño por presión interna. 
g Gravedad 9.81 
m metros. 
mm milímetros. 
 Presión en la sección 1, en 
 Presión en la sección 2, en 
Pi Presión interna de diseño, en kPa (lb/pulg2). 
PEMEX Petróleos Mexicanos. 
Q Caudal, en 
SMYS Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Cedencia Mínimo 
Especificado), en kPa (lb/pulg2). 
t Espesor de pared de diseño por presión interna, en mm (pulgadas) 
tc Espesor de pared adicional por corrosión, en mm (pulgadas). 
tr Espesor mínimo requerido por presión interna, en mm (pulgadas). 
° Grados. 
∈ Rugosidad, en mm. 
 Viscosidad del Diesel, en 0.003 
 Densidad del Diesel, en 860 
 Factores de corrección de energía cinética en tuberías circulares en la 
sección 1, con flujo turbulento, adimensional. 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas Página XIX 
 
 
 Factores de corrección de energía cinética en tuberías circulares en la 
sección 2, con flujo turbulento, adimensional. 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 1 
 
 
CAPÍTULO 1 
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 
 
El Capítulo presenta la problemática existente en cuanto a los riesgos 
asociados con la integridadde ductos de transporte de hidrocarburos. La importancia 
de la industria del petróleo en el contexto internacional y nacional se presenta en la 
sección1.1. La sección 1.2, por otro lado, presenta algunas estadísticas de accidentes 
que han ocurrido en nuestro país así como en otros países. Algunos aspectos de la 
integridad de ductos se discuten en la sección 1.3. En la sección 1.4 se presenta la 
justificación del proyecto de tesis. Finalmente, el resumen del Capítulo se presenta en 
la sección 1.5. 
 
1.1 Importancia de la Industria Petrolera en el Contexto 
Internacional y Nacional 
 
1.1.1 Contexto Internacional 
 
En 2012, las reservas probadas mundiales de petróleo se ubicaron en 
1,669 miles de millones de barriles de petróleo (mmbp), presentando un crecimiento 
de 0.9% respecto a 2011. De dicho volumen, 72.6% correspondió a los países de la 
Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) y 19.8% a los países no 
miembros de esta organización. Por otro lado, la región de Medio Oriente concentró 
48.4% de las reservas mundiales. Respecto a las reservas probadas por país, 
Venezuela se ubicó en el primer lugar, con 17.8% del total. Arabia Saudita concentró 
15.9% de las reservas mundiales en 2012. México se ubicó en el décimo octavo lugar, 
con 0.7% del total mundial. (SENER, 2013) 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 2 
 
 
En 2012, la producción mundial de petróleo crudo fue de 86,152 miles 
de barriles diarios (mbd), 2.3% mayor respecto a 2011. Las regiones de mayor 
producción fueron Medio Oriente con 32.5% de dicho total, 20.3% de Europa y Eurasia 
y 17.5% de Norteamérica. La Figura 1.1 muestra los 15 países con la mayor 
producción de petróleo; se observa que los tres primeros lugares los ocupan Arabia 
Saudita, la Federación Rusa, y los Estados Unidos con el 13.4%, 12.4% y 10.3%, 
respectivamente. México ocupa el décimo lugar con el 3.4%. (SENER, 2013) 
 
Al cierre de 2012, el comercio internacional de petróleo crudo ascendió 
a 55,204 mbd, 1.4% mayor respecto a 2011. El Medio Oriente ha sido la región que ha 
liderado este rubro y para el año 2012 mantuvo esta posición con el 35.7% de las 
exportaciones mundiales. El volumen importado a nivel mundial alcanzó 55,314 mbd al 
cierre de 2012, 1.3% de incremento en comparación con el 2011.Los principales 
países exportadores de crudo fueron Arabia Saudita, Rusia e Iraq. Los principales 
destinos de dichas exportaciones fueron Estados Unidos, China, India y Japón. 
Respecto México, el 43% de la producción de petróleo en México se dirige al mercado 
de exportación. (SENER, 2013) 
 
 
 Figura 1. 1 Países con Mayor Producción de Petróleo en 2012 
Fuente: (SENER, 2013) 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 3 
 
 
El consumo de petróleo crudo promedió 89,774 mbd en 2012, 1.0% 
mayor a 2011. Las regiones con mayor demanda fueron Asia Pacífico y Norteamérica, 
con participaciones de 33.2% y 25.7%, respectivamente. La Figura 1.2 muestra los 
principales países consumidores de petróleo. De la figura se observa que Estados 
Unidos consumió 20.7% del total mundial, seguido de China (11.4%) y Japón (5.3%). 
México registró un consumo equivalente a 2.3%. (SENER, 2013) 
 
 
 
Figura 1. 2 Principales Países Consumidores de Petróleo en 2012 
Fuente: (SENER, 2013) 
 
 
 
 
1.1.2 Contexto Nacional 
 
En general, el país está dividido en cuatro regiones productoras de 
petróleo: a) región marina Noreste; b) región marina Suroeste; c) región Norte; y d) 
región Sur. A continuación se describen muy brevemente cada una de ellas. 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 4 
 
 
 
a. Región Marina Noreste. b. Región Marina Suroeste. 
Figura 1. 3 Producción En Las Regiones Noreste Y Suroeste En 2012 
Fuente: (SENER, 2013) 
 
En la Figura 1.3 la región Marina Noreste se caracteriza por la 
producción de petróleo pesado en los Activos Cantarell y Ku-Maloob-Zaap. Esta región 
es la única que presentó una disminución considerable entre los años 2002 y 2012 (-
5.0% promedio anual), provocado principalmente por la declinación en la producción 
del Activo de Cantarell, misma que fue parcialmente compensada con las aportaciones 
del Activo Ku-Maloob-Zaap. A partir de 2004, año en que se logró la mayor producción 
de petróleo en México, se ha presentado una continua declinación de la misma a una 
tasa media de crecimiento anual de -5.0% durante la última década. En 2012 la 
aportación de Cantarell fue de 34.7% mientras Ku-Maloob-Zaap de 65.3%. (SENER, 
2013) 
 
La región Marina Suroeste está conformada por los Activos de 
Producción Abkatún-Pool-Chuc y el Litoral de Tabasco. Su producción al cierre de 
2012 se ubicó en 585.5 mbd, presentando así una variación de 4.4% con respecto al 
año anterior. En lo que se refiere a su aportación nacional, contribuyó con 23.0% de la 
producción total. El activo con mayor contribución es el Litoral de Tabasco, siendo de 
54.5% y el restante por medio de Abkatún-Pool-Chuc con 45.5% del total regional. 
Este último activo presentó un descenso de su producción en comparación al año 
2011. En el Activo Litoral de Tabasco es el que ha mantenido la mayor producción en 
la región, ya que ha presentado un crecimiento de su producción durante la última 
década; a una tasa de 19.5% en el periodo 2002 a 2012, o equivalente a 273.8 mbd 
mayor con respecto a niveles de 2002. (SENER, 2013) 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 5 
 
 
 
c. Región Norte. d. Región Sur. 
Figura 1. 4 Producción En Las Regiones Norte Y Sur En 2012 
Fuente: (SENER, 2013) 
 
En la Figura 1.4 la región Norte se ha caracterizado por ser la de menor 
contribución nacional en la producción de petróleo (5.7% del total nacional), ya que 
cuenta en su mayoría con campos maduros, por lo que requiere de importantes 
inversiones para los proyectos de recuperación mejorada. La región está conformada 
principalmente por los Activos Poza Rica-Altamira, Aceite Terciario del Golfo (ATG), 
Veracruz y Burgos. Al cierre de 2012 esta región produjo 145.1 mbd, lo que representó 
un incremento sustancial de 24.8% con respecto al año 2011. (SENER, 2013) 
 
La región Sur está constituida por los Activos Cinco Presidentes, 
Bellota-Jujo, Macuspana-Muspac y Samaria-Luna. Al cierre de 2012 alcanzó una 
producción de 508.2 mbd, presentando así una variación negativa de 4.2% con 
respecto a 2011. En esta zona, destacaron las producciones de Samaria-Luna y 
Bellota-Jujo con una contribución de 40.4% y 25.6% del total regional, 
respectivamente. Por lo que se refiere a su aportación nacional, contribuyó con 19.9% 
de la producción total. El activo Cinco Presidentes es el único que ha presentado un 
aumento gradual de producción de petróleo en la última década, mostrando una tasa 
media de crecimiento anual de 10.3%, pasando de 34.3 mbd en 2002 a 96.0 mbd 
(máximo histórico) en 2012. (SENER, 2013) 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 6 
 
 
1.1.3 Cadena de Valor de la Industria del Petróleo 
 
La Figura 1.5 muestra la cadena de valor de la industriadel petróleo y 
sus derivados. En general, la estructura de la industria petrolera está conformada por 
diferentes actividades, comenzando con aquellas relacionadas con la exploración. 
 
Esta fase comprende la realización de estudios geológicos, estudios 
gravimétricos, aplicación de sísmica de reflexión, perforación de pozos de exploración, 
entre otras, que permiten delimitar, evaluar la factibilidad y rentabilidad de los 
proyectos de explotación de hidrocarburos. (SENER, 2013) 
 
 
 
Figura 1. 5 Cadena De Valor De La Industria Del Petróleo Y Sus Derivados. 
Fuente: (SENER, 2013) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 7 
 
 
De forma muy resumida, una vez que un yacimiento se encuentra en 
etapa de producción, el petróleo que se obtiene es pre-tratado en el sitio de extracción, 
para remover la sal y derivados de azufre, en caso de ser necesario, y es transportado 
hacia las refinerías para su procesamiento, o a los puertos de embarque para su 
exportación. Para esta actividad es necesario contar con medios de transporte vía 
terrestre, marítima y por oleoductos. Hasta este punto, corresponde a PEMEX 
Exploración y Producción (PEP) la realización de estas actividades. La regulación, 
supervisión y evaluación de las actividades de exploración y explotación de 
hidrocarburos están a cargo de la Comisión Nacional de Hidrocarburos (CNH). 
(SENER, 2013) 
 
Una vez que el petróleo se encuentra en las refinerías, en donde PR 
tiene el derecho de propiedad, inicia su proceso para la obtención de petrolíferos y 
petroquímicos. Cabe señalar que esta etapa es intensiva en capital por los costos de 
infraestructura, ya sean derivadas de las reconfiguraciones o de nueva capacidad de 
refinación, los costos de producción, los insumos y aditivos. (SENER, 2013) 
 
Los productos obtenidos son transportados mediante poliductos, auto 
tanques, buque tanques y carro tanques (en el caso de los líquidos, que son la 
mayoría) a las terminales de almacenamiento y reparto (TAR); es aquí en donde se 
realizan las ventas (comercialización) de primera mano y se ceden los derechos de 
propiedad una vez realizada la venta, posteriormente se distribuyen los productos 
terminados por ruedas a las estaciones de servicio (franquicias) para su consumo final. 
(SENER, 2013) 
 
En la Figura 1.5 todas las actividades que se encuentran entre el 
proceso de crudo y las ventas de primera mano, son actividades exclusivas de PEMEX 
Refinación (PR). La distribución y comercialización de petrolíferos se lleva a cabo en 
conjunto con el sector privado. Es mediante la Subdirección Comercial de PR, la cual 
tiene la función de administrar y controlar la comercialización de la producción del 
Sistema Nacional de Refinación (SNR), que se otorgan los contratos a inversionistas 
para la instalación de franquicias. (SENER, 2013) 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 8 
 
 
1.2 Accidentes en Ductos que Transportan 
Hidrocarburos en el Contexto Internacional y 
Nacional 
 
En esta sección se presentan algunas estadísticas de accidentes en 
ductos que han ocurrido en el contexto internacional y nacional. La idea es la de 
ilustrar que estos eventos ocurren y en muchas ocasiones con consecuencias muy 
graves. 
 
1.2.1 Contexto Internacional 
 
En el proceso de la revisión de la literatura se han encontrado una gran 
cantidad de reportes, así como resultados de investigación, asociados con diferentes 
aspectos de la falla ductos. Por ejemplo: Bartenev, et al., (1996); Hou, et al., (2014); 
Papadakis, et al., (1999); Moloudi, et al., (2014); Papadakis, (1999); Hopkins, (2014); Zhao, 
et al., (2013); Duncan & Wang, (2014); Zheng, et al., (2012); Otegui, et al., (2001); Sastri, 
(2014); entre otros. 
 
Figura 1. 6 Algunas Consecuencias De Accidentes En Ductos. 
Fuente: (Bolt, 2006) 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 9 
 
 
En la Figura 1.6 se muestran los resultados y las consecuencias en una 
región de EU. Donde reporta los accidentes relacionados con ductos de transporte de 
hidrocarburos. En general, se observa en primer lugar que las consecuencias son de 
las siguientes categorías: muertes, lesionados, intoxicación, y evacuados. Por ejemplo, 
los años más críticos en términos de pérdidas de vidas humanas han sido los años 
1999 y 2005 con 132 y 107, respectivamente. (Bolt, 2006) 
 
Es evidente que cuando ocurre una explosión y se presentan fugas de 
las sustancias químicas en los ductos, la población en la cercanía de dichas 
instalaciones sufren intoxicaciones y algunos casos lesiones; por ejemplo, en la figura 
se muestra, en general, que hay una tendencia a la baja en los años considerados en 
el análisis; sin embargo, en los años 1995, 1996, 1999 y 2000, se registraron entre 800 
y 1400 personas intoxicadas. Finalmente, cuando ocurren accidentes en ductos que se 
encuentran instalados en áreas habitadas como se describe en la siguiente sección, 
normalmente provocan evacuaciones masivas de la población. Por ejemplo, los 
resultados mostrados en la Figura 1.6, muestran que en los años 2004 y 2005 se 
evacuaron cerca 23,000 y 24,000 personas, respectivamente. 
 
El Anexo A presenta más ejemplos de accidentes en ductos que han 
ocurrido en otros países. 
1.2.2 Contexto Nacional 
 
Como se mencionó en la sección 1.1.3, PEP cuenta con una red de 
oleoductos y oleo-gasoductos para transportar el petróleo desde el yacimiento hasta 
los centros de almacenamiento para su distribución a terminales de exportación, 
plantas de refinación y comercialización final. (SENER, 2013) 
En la Figura 1.7 muestra que cuenta con poliductos, buque tanques, 
carro tanques y tren para transportar el petróleo y sus derivados desde los centros de 
producción hacia las terminales de exportación, almacenamiento y distribución. Al 
cierre de 2012, PEP totalizó con 4,992 kilómetros de oleoductos y una capacidad 
nominal de almacenamiento de 24,237 miles de barriles (mb) de petróleo en distintas 
terminales (Dos Bocas, Pajaritos, los buque tanques cautivos Yùum K’ak’ Náab y 
Ta’Kun Tah), así como Domo Salino de Tuzandépetl , tanques y baterías en campos 
en los distintos activos. (SENER, 2013) 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 10 
 
 
 
Figura 1. 7 Transporte y Distribución de Crudo y Derivados en Centros de Refinación y 
de Almacenamiento. 
Fuente: (SENER, 2013) 
 
Durante 2012, el sistema de ductos de PEMEX reflejó un incremento en 
el volumen total transportado de 846.6 mmton/km respecto a 2011, esto como 
resultado del mayor movimiento de petróleo de 755 mmton/km y de petrolíferos el cual 
fue de 90.7 mmton/km. Es así, como en el 2012 se transportaron un total de 74,238.5 
mmton/km de petróleo y productos petrolíferos, de los cuales 58.6% se distribuyeron 
por ducto, 31.6% por vía marítima. 6.4% por auto tanque y el restante 3.4% por carro 
tanque. Comparado con el año anterior, se registró un incremento del 0.8% en el 
volumen del total transportado, explicado principalmente por el incremento de 1.0% en 
el transporte de petróleo y de 0.2% en el transporte de petrolíferos. (SENER, 2013) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela RodríguezRojas 11 
 
 
 
 
Figura 1. 8 Algunas Estadísticas de Accidentes Ocurridos en las Diferentes Etapas de la 
Cadena de Valor de la Industria Petrolera 
Fuente: ( Pavia Pineda, 2012) 
 
En la Figura 1.8 se muestra algunos ejemplos de accidentes 'mayores' 
que han ocurrido en la cadena de valor en la sección 1.1.3 de Pemex. De la figura se 
observa que 150 accidentes mayores han ocurrido en la etapa de "Transporte" 
(principalmente en ductos) de hidrocarburos, con un total de 85, de los cuales 28 
corresponden a la categoría de accidentes 'mayores'. La etapa de la cadena de valor 
de la industria correspondiente a "Refinería" se encontró que ocurrieron un total de 9 
accidentes mayores de un total de 22 ocurridos en esta etapa. Posteriormente, le 
siguen las etapas correspondientes a "Complejo petroquímico" y "Exploración y 
producción", de la cadena de valor, con 4 y 3, accidentes 'mayores', respectivamente. 
Finalmente, cabe destacar, que en la etapa de "Petroquímica básica" solamente 
ocurrieron 2 accidentes de los cuales uno correspondió a la categoría de “accidente 
mayor”. ( Pavia Pineda, 2012) 
 
La Figura 1.9 es un ejemplo de accidentes mayores. Es el caso de la 
fuga de crudo del oleoducto de 30 pulgada. Nuevo Teapa-Venta de Carpio, en San 
Martín Texmelucan, en diciembre 2010 .De acuerdo con las cifras oficiales (cabe 
destacar que las cifras oficiales casi nunca son confiables), hubo un total de 30 
muertos y cerca de 60 personas lesionadas; Pemex estimó el costo por daños de 
aproximadamente 300 millones de pesos. Además, el accidente ocasionó daños 
considerables al medio ambiente. (PEMEX, 2011) (Gonzales, 2010) 
Exploración y
extracción
Transporte Refinería Petroquímica
basica
Complejo
petroquímico
27 
85 
22 
1 
15 
3 
28 
9 
1 
4 
Total de accidentes
encontrados
Accidentes mayores
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 12 
 
 
 
 
Figura 1. 9 Oleoducto de 30 Pulgadas Nuevo Teapa–Venta de Carpio 
Fuente: (PEMEX, 2011) 
 
El Anexo A presenta más ejemplos de accidentes en ductos que han 
ocurrido en nuestro país. 
 
1.3 Riesgo de Integridad de Ductos de Transporte de 
Hidrocarburos 
1.3.1 Integridad de Ductos 
 
En la sección 1.1.3 se mencionó la importancia del transporte de 
hidrocarburos mediante ductos. Por otro lado, de acuerdo con la misión y funciones 
generales de la subdirección de distribución de Pemex Refinación es: 
 
 "Transportar y distribuir de manera eficiente y segura petróleo crudo y productos 
petrolíferos requeridos para satisfacer las necesidades del mercado..." (PEMEX 
Refinación, 2013) 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 13 
 
 
De manera similar, dentro de las funciones generales del Subdirección, 
se menciona lo siguiente: 
 
"Efectuar el transporte de crudo y petrolíferos a través de la operación y 
mantenimiento de oleoductos, combustoleoductos y poliductos; buques tanque..." 
(PEMEX Refinación, 2013) 
 
De lo anterior se puede destacar la relevancia de la operación y 
mantenimiento para el buen funcionamiento de los ductos, así como la atención a 
emergencias y prevención de daños como en el ejemplo la sección 1.2. En particular, 
la revisión de la integridad de los ductos tanto para identificar las causas potenciales 
que amenazan su integridad, así como para proveer bases técnicas para lograr una 
operación segura de vida útil de los mismos. 
 
En la literatura se reportan investigaciones que se han hecho, por 
ejemplo, el efecto de la corrosión al desgaste de los ductos (Hopkins, 2014; Zhao, et al., 
2013; Duncan & Wang, 2014; Wang & Duncan, 2014; Zheng, et al., 2012; Otegui, et al., 
2001; Sastri, 2014; Jiang & Chen, 2012; Netto, et al., 2007; entre otros.), así como 
simulación (Martynov, et al., 2014; Wilkening & Baraldi, 2007; Molag & Dam, 2011; 
Mahgerefteh, et al., 2006) y aspectos de gestión y mantenimiento de los mismos (M.M.J. 
Knoope, et al., 2014; Singh, 2014; Yongshu, et al., 2013; Mohsin, et al., 2014; Ma, et al., 
2013; Huang & Li, 2012; Papadakis, 2000; Race, 2010; DeWolf, 2003). Lo anterior con la 
finalidad de prevenir la recurrencia de los accidentes. 
 
1.3.2 Inspección de Ductos 
 
Las secciones anteriores han mostrado de alguna manera que los 
ductos de transporte de hidrocarburos son de alto riesgo si no se mantiene su 
integridad, por ejemplo, mediante un adecuado programa de mantenimiento. Este 
puede ser preventivo o correctivo, pero ambos tienden a preservar la integridad de los 
ductos y por lo tanto la seguridad de las instalaciones y de la población como el 
ejemplo de la sección 1.2.2. 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 14 
 
 
 
 
Figura 1. 10 Equipo Instrumentado para la Inspección de Ductos 
Fuente: (GLND, 2013) 
 
El mantenimiento correctivo ocurre cuando un elemento ya se venció o 
se deterioró y por lo tanto hay que cambiarlo o reforzarlo y el preventivo es una 
revisión periódica para conocer el estado que guarda la estructura y hacer los cambios 
convenientes. Ambos requieren previamente de procedimientos de inspección. 
Mediante la inspección se busca conocer el estado actual estructural, es decir la 
integridad del ducto. 
 
En la Figura 1.10 se muestra la inspección puede realizarse de muchas 
maneras: desde una simple inspección visual con registros sistematizados, o mediante 
equipo de muy alta tecnología, tal como es el caso de lo se conoce como 'diablos 
instrumentados'. 
 
De acuerdo con el procedimiento de (PEMEX Gas y Petroquímica Básica, 
2007), un diablo o equipo instrumentado, 
 
"Es un dispositivo mecánico electrónico que recolecta y almacena datos en todo el 
perímetro interno/externo y trayectoria total del ducto, realiza inspección no destructiva 
en la pared del ducto para diagnosticar su estado físico, mediante la detección de 
anomalías." 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 15 
 
 
En el Capítulo 2 se presentan más detalles sobre sistemas de 
inspección de ductos de transporte de hidrocarburos. 
 
 
1.4 Justificación del Proyecto de Tesis 
 
La sección 1.1 ha mostrado que con el incremento en la demanda de 
hidrocarburos, la sociedad se enfrenta a cuantiosos niveles de importaciones, 
saturación de los sistemas de transporte por ductos y transporte marítimo, así como de 
la capacidad de almacenamiento y distribución en las zonas de mayor demanda. Para 
cumplir con el suministro de productos, ha sido necesario utilizar medios de transporte 
de mayor costo por ejemplo, el 5.7% de los combustibles son transportados por auto-
tanques en comparación con el 3.4% en el 2000, con el consecuente deterioro de los 
resultados financieros. Existe la tendencia de que siga creciendo la inversión en este 
tipo de transporte, de no incrementarse la infraestructura en medios más baratos, 
como son los ductos. (SENER, 2013) 
 
En el proceso de la revisión de la literatura también se encontró que 
ocurren fallas en el sistema de ductos y que tiene consecuencias muy negativas en 
términos de vidas humanas/lesiones/económicas/impactos negativos al medio 
ambiente como en la sección 1.2. Una gran cantidad de reportes de investigación hansido reportados en la literatura; todas ellas con diferentes enfoques y con el propósito 
de tener un mejor entendimiento de estos infraestructuras y así poder prevenir 
accidentes. (Batzias, et al., 2011; Wang, et al., 2014; Papadakis, 1999; Chapetti, et al., 
2001; Xu & Cheng, 2014; Mohammed, et al., 2014; Hai, et al., 2011; Hu, et al., 2014; Liang, 
et al., 2013; Huang, et al., 2012; Race, 2010; De Wolf, 2003) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 16 
 
 
Es de gran importancia estudiar estos sistemas técnicos para tener un 
mejor entendimiento de los mecanismos que conllevan a las fallas de los mismos. Así 
poder establecer mecanismos de prevención para evitar su ocurrencia. Este proyecto 
de tesis se enfoca al estudio de un modelado del comportamiento de del sistema en 
base a datos que se han obtenido mediante un sistema de diablos instrumentado 
como en la sección 1.3.2; así como también el efecto que se tiene en un ducto de 
diferentes variables, tales como el desgaste, tipo de fluido, etc. Los detalles se 
presentan en los siguientes Capítulos de esta tesis. 
 
1.5 Resumen del Capítulo 
 
En el mundo actual, el petróleo es un recurso natural no renovable de 
amplio uso industrial. Por tanto su importancia económica no resulta solo de su 
utilización para generar energía. Existen grandes adelantos científicos y tecnológicos, 
el tema de energía y en especial el del petróleo es de gran importancia para el 
desarrollo. La industria del petróleo es la fuente de energía más importante en la 
sociedad moderna. 
 
 En el país la extracción de petróleo debe realizarse buscando cubrir las 
necesidades de la economía nacional, considerando escenarios de crecimiento 
sostenido. Los hidrocarburos pertenecen a la nación, por ello y por la necesidad de 
garantizar el suministro a largo plazo. 
 
 
La conclusión más relevante del Capítulo es que existe la necesidad de 
estudiar el sistema de ductos desde diferentes enfoques para así poder tener un 
mejor entendimiento de los posibles mecanismos de falla de los mismos. 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 17 
 
 
CAPÍTULO 2 
 
CONTEXTO ESPACIAL Y TEMPORAL, MARCO 
METODOLÓGICO Y TEÓRICO 
 
En el Capítulo 1 se presentó la problemática asociada con accidentes 
en ductos así como el contexto de la industria petrolera en el contexto nacional e 
internacional. El objetivo de este Capítulo es el de presentar algunos conceptos 
teóricos y metodológicos relevantes al proyecto de tesis. El Capítulo está organizado 
como sigue: la sección 2.1 presenta un contexto 'espacial' y 'temporal' del caso de 
estudio. El marco metodológico se describe en la sección 2.2. Algunas 
consideraciones teóricas sobre la integridad de ductos en la industria del petróleo se 
discuten en la sección 2.3. Finalmente, las conclusiones más relevantes del Capítulo 
se presentan en la sección 2.4. 
2.1 Contexto Espacial y Temporal 
 
2.1.1 Contexto Espacial 
 
Para llevar a cabo el análisis de este trabajo de tesis, la ubicación del 
sistema donde se transportan los hidrocarburos se observará de lo general a lo 
particular para identificar el marco contextual. Para desarrollarlo se requiere localizar 
geográficamente donde se ubica el sistema. En la Figura 2.1 el sistema se encuentra 
ubicado en el tercer planeta del sistema solar de la Tierra, en el Continente Americano 
en México, en la industria del petróleo en los ductos de hidrocarburos. 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 18 
 
 
 
 
Figura 2. 1 Focalización del Contexto Espacial 
Fuente: (Gloogle, 2015) 
 
2.1.2 Contexto Temporal 
 
La expropiación petrolera en México fue anunciada el 18 de marzo de 
1938. Consistió en la expropiación legal de maquinaria, instalaciones, edificios, 
refinerías, estaciones de distribución, embarcaciones, oleoductos y todos los bienes 
muebles e inmuebles, de la industria petrolera. 
En los inicios de la industria petrolera el crudo y sus productos se 
almacenaron, transportaron y distribuyeron en barriles o bidones, causando grandes 
gastos de mano de obra y pérdidas considerables de producto. Con ello, se vio a la 
necesidad de crear un sistema eficiente de transporte que disminuyera gastos, tiempo 
y pérdidas. 
Por supuesto, los ductos es el método más barato, seguro y eficiente. 
En el año 1943 la demanda de combustibles aumento por las actividades económicas 
del país, se comenzó a construir ductos con la finalidad de cubrir la necesidad de 
transporte y distribución de hidrocarburos en el país. 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/18_de_marzo
http://es.wikipedia.org/wiki/1938
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 19 
 
 
2.2 Marco Metodológico 
 
Este trabajo de tesis está sujeto a temas teóricos de un sistema duro, 
debido a que se identifican procesos cibernéticos en donde interactúan hombres y 
maquinas, tiene un enfoque en la manifestación concreta de la realidad, derivaciones 
lógico-matemático. En este proyecto de tesis se empleó la metodología de Churchman 
y Ackoff para el análisis del caso de estudio. En la Figura 2.2 muestra el análisis del 
caso de estudio que consta de las siguientes fases: Fase1: Formulación del problema, 
Fase 2: Formulación del Modelo, Fase 3: Obtención de una Solución y Prueba del 
Modelo y Fase 4: Establecer Controles e Implantación de la Solución. (Prawda, 2004) 
 
 
Figura 2. 2 Representación de cada Etapa de la Metodología de Churchman y Ackoff 
Fuente: (Prawda, 2004) 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 20 
 
 
Es importante mencionar que la metodología mostrada en la Figura 2.2 
consiste en una secuencia lógica y necesaria de las cuatro fases. Esto es, el 
investigador tiene necesariamente que iniciar con la Fase 1, después seguir su 
actividad con la Fase 2, y así sucesivamente hasta culminar con la Fase 4. 
Efectivamente después de cada fase puede existir la necesidad de volver a reanalizar 
la misma fase o la anterior (retroalimentación), este proceso está representado por la 
'flecha' de doble sentido indicada en la figura. A continuación se describe brevemente 
cada una de las fases de la metodología. 
 
2.2.1 Primera Fase: Formulación del Problema 
 
Según Churchman y Ackoff, para formular el problema se debe 
establecer una diferencia entre lo que es la situación y lo que debe ser la situación 
deseada. Además debe de existir cuando menos una forma de eliminar o disminuir esa 
diferencia. En la Figura 2.3(a) se observa de manera gráfica la generación de un 
problema, sujeto a las entradas, salidas y perturbaciones del entorno. 
 
 
 
a. Representación gráfica de un problema. b. Representación gráfica de un modelo. 
Figura 2. 3 Representación Gráfica de un Problema y de un Modelo 
Fuente: Elaboración Propia 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 21 
 
 
2.2.2. Segunda Fase: Formulación del ModeloDe acuerdo con los proponentes de la metodología, un modelo siempre 
debe ser menos complejo que el problema real, es una representación abstracta de la 
realidad con consideraciones y simplificaciones que hacen más manejable el problema 
y permiten evaluar eficientemente las alternativas de solución. En la Figura 2.3 (b) se 
muestra de manera gráfica la formulación de un modelo para representar una realidad. 
 
2.2.3 Tercera Fase: Obtención de una Solución y Prueba del Modelo 
En general, la obtención de la solución consiste en encontrar los valores 
de los parámetros del sistema, dentro de un marco de referencias. De la prueba del 
modelo puede obtenerse un mejor conocimiento de la validez de éste, variando los 
valores de los parámetros de entrada y comprobando que los resultados del mismo se 
comporten de una manera factible; la Figura 2.4(a) se tiene de manera gráfica la 
solución y prueba del modelo. 
 
 
a. Representación de una solución. b. Representación de controles de la solución. 
Figura 2. 4 Representación Gráfica de la Solución y Prueba del Modelo y Controles de la 
Solución 
Fuente: Elaboración Propia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 22 
 
 
2.2.4 Cuarta Fase: Establecer Controles e Implantación de la 
Solución 
 
El establecer controles de la solución consiste en determinar los rangos 
de variación de los parámetros dentro de los cuales no cambia la solución del 
problema. En la Figura 2.4 (b) se tiene una representación gráfica la generación de 
los controles de la solución. Para llevar a cabo la implantación de la solución se debe 
traducir la solución encontrada a instrucciones y operaciones comprensibles para los 
individuos que intervienen en la operación y administración del sistema. 
 
La investigación de esta tesis aborda un sistema duro, por tal motivo se 
usó la Metodología de Churchman y Ackoff, que reconocen la necesidad de definir 
explicita, sistemática y sistémicamente el método de la Investigación de Operaciones. 
 
En el Capítulo 4 se presentan los resultados del análisis siguiendo cada 
una de las fases aquí expuestas. 
 
2.3 Marco Teórico 
 
En el Capítulo 1 se mencionó la importancia de los ductos de transporte 
de hidrocarburos en el sentido de mantener los más altos índices de confiabilidad de 
los mismos. También se argumentó que uno de los aspectos importantes para 
mantener la integridad de los mismos es contar con un adecuado sistema de 
mantenimiento a los mismos; estos pueden ser del tipo preventivo y correctivo. El 
mantenimiento correctivo ocurre cuando un elemento ya se venció o se deterioró y por 
lo tanto hay que cambiarlo o reforzarlo y el preventivo es una revisión periódica para 
conocer el estado que guarda la estructura y hacer los cambios convenientes. 
(Gutierrez Pérez, 2010) 
 
 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 23 
 
 
Ambos sistemas de mantenimiento requieren previamente de 
procedimientos de inspección. Mediante la inspección se busca conocer el estado 
actual estructural, es decir la integridad del ducto. La inspección puede realizarse de 
muchas maneras: desde una simple inspección visual con registros sistematizados, o 
mediante equipo de ultrasonido, hasta el uso de aparatos de muy alta tecnología 
(diablos instrumentados). (PEMEX, NRF-060-PEMEX-2012) 
 
En las subsecuentes secciones se presenta en forma muy resumida dos 
tipos de inspección: a) inspección mediante el empleo de Diablos instrumentados y b) 
inspección directa. 
 
El Marco Teórico en este capítulo permite hacer una representación de 
todos los elementos que interactúan generando una definición sistémica la cual es 
sinergia por medio de los procesos cibernéticos. En la Figura 2.5 se muestra el 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40. 
 
 
Figura 2. 5 Marco Teórico 
Fuente: Elaboración Propia 
 
 
 
 
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 24 
 
 
2.3.1 Teoría General de Sistemas 
 
Un sistema es una reunión o conjunto de elementos relacionados, estos 
elementos pueden ser conceptos, objetos y sujetos. La Ingeniería de Sistemas 
comprende la aplicación de las ciencias exactas para desarrollar sistemas y 
transformar un problema en una descripción de un modelo del sistema con el uso de 
definición, síntesis, análisis, diseño, prueba y evaluación. Los parámetros integran la 
relación de todos los elementos del sistema para obtener una solución al problema 
del sistema. 
La Teoría General de Sistemas no busca solucionar problemas o 
intentar soluciones prácticas, pero sí producir teorías y formulaciones conceptuales 
que puedan crear condiciones de aplicación en la realidad empírica. 
El enfoque de sistemas consiste en resolver todos los problemas del 
sistema desde los subsistemas, la sobrevivencia del sistema global hasta el sistema 
de mayor complejidad. Se puede visualizar como una metodología (diseño, científico, 
ingeniería de sistemas, investigación de operaciones, etc.) 
 
2.3.1.1 Sistemas 'Duros' vs. Sistemas 'Suaves' 
 
Se puede argumentar que la investigación moderna en el área de 
sistemas se divide en dos campos: Teoría matemática de sistemas “duros”. (Jensen, 
1998; Bayraktar, et al. 1979); b) Sistemas de actividad humana “suaves”. (Checkland, 
1995; Checkland & Scholes, 1990; Flood, 2001) 
 
Sistemas 'suaves' (Situación no estructurada). En este tipo de 
problemas no se tienen objetivos claramente definidos y se tiene la presencia del 
componente humano, donde los participantes o interesados intervienen con distintos 
puntos de vista sobre el problema. En la mayoría de los casos las opiniones pueden 
ser diferentes o no se tiene una idea clara sobre cuál es el problema. Este tipo de 
situación se presenta generalmente en niveles de gestión o administración, o en la 
etapa previa a la definición de un proyecto. (Checkland & Scholes, 1990; Flood, 2001) 
 
 
 
http://www.monografias.com/trabajos15/calidad-serv/calidad-serv.shtml#PLANT
http://www.monografias.com/trabajos14/soluciones/soluciones.shtml
http://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtml
Análisis del Desgaste de un Ducto ASTM A-53B SCH 40 
 
 
Lic. Edith Gabriela Rodríguez Rojas 25 
 
 
Sistemas 'duros' (Situación estructurada o problemas 
estructurados). En este tipo de sistemas, se habla generalmente de problemas 
técnicos bien definidos, en donde todos los interesados u observadores coinciden en 
la definición del problema. Por ejemplo, si se tiene claro que el objetivo, un proyecto, 
es construir un puente y al respecto todos los interesados, hechos los estudios 
previos, están de acuerdo sobre ello, estaríamos frente a un problema estructurado. 
(Checkland & Scholes, 1990; Flood, 2001) Este es el caso del este proyecto de tesis y la 
adopción de la metodología descrita en la sección 2.2 es ideal para el análisis del 
desgaste de ductos que transportan diesel. 
2.3.2 Mecánica de Fluidos 
 
La mecánica de los fluidos se refiere al estudio del comportamiento de 
los fluidos, ya sea en reposo o en movimiento. Los fluidos pueden ser líquidos (agua, 
aceite, o gasolina) o gases (aire, oxigeno, nitrógeno o helio). El comportamiento de los 
fluidos afecta nuestra vida cotidiana de muchas maneras; por ejemplo, cuando 
cárganos el combustible en nuestros