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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA 
Y ELÉCTRICA 
UNIDAD AZCAPOTZALCO 
 
 
ANÁLISIS Y SOLUCIÓN A LA FRACTURA DE LA 
FLECHA DE ACOPLAMIENTO DEL REDUCTOR A UN 
COMPRESOR DE CO2, EN UNA PLANTA DE 
FERTILIZANTES 
 
 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO MECÁNICO 
 
 
PRESENTA: 
OCTAVIO ROBERTO CARRIÓN CHÁVEZ 
 
 
 
 
ASESORES: 
ING. JOSÉ GUADALUPE TORRES Y ORTEGA 
ING JORGE FIDEL RAMÍREZ ROBLES 
 
MÉXICO, D. F. DICIEMBRE, 2013 
 
 
 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
A mi esposa y a mis hijos por los que he luchado para darles cosas mejores 
espirituales, morales y económicas que los hagan mejores humanos y que sean 
felices. 
 
 
 
AGRADECIMIENTO 
 
A mis padres (que en paz descansan) por haberme dado la vida, mi educación y 
consejos para ser un mejor ser humano. 
 
A mi Alma Mater, la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto 
Politécnico Nacional; a mis profesores de la ESIME que contribuyeron a mi 
formación profesional y que recordaré con mucho afecto. 
 
Así también mi más sincero agradecimiento para el M. en C. José Guadalupe Torres 
y Ortega quien me apoyó íntegramente a desarrollar este trabajo, por sus 
sugerencias, respaldo profesional y paciencia durante el tiempo para elaborar esta 
tesis. Así también al Ing. Jorge Fidel Ramírez Robles quien contribuyó para terminar 
este trabajo para mi titulación profesional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
ÍNDICE GENERAL 
 
CAPITULO 1. 1 
 
1. Generalidades 2 
1.1 Planteamiento del problema. 2 
1.2 Equipos que constituyen una planta de fertilizantes 2 
1.3 Descripción de equipos y maquinas de una planta de fertilizantes 5 
1.3.1. Turbina de vapor 5 
1.3.2. Compresores 6 
1.3.3. Compresor alternativo 7 
1.3.4. Compresor centrifugo 9 
1.3.5. Compresor axial 10 
1.3.6. Compresor rotativo 12 
1.3.7. Compresores soplantes 13 
1.3.8. Bombas 14 
1.3.9. Reductores de velocidad 23 
1.3.10. Calderas 27 
1.4. Procesos básicos en la instalación de equipos y maquinaria. 31 
 
 
CAPITULO 2. 32 
 
2. El mantenimiento a equipos y maquinaria 33 
2.1. Mantenimiento 33 
2.1.1. El mantenimiento industrial 33 
2.2. Mantenimiento predictivo 34 
2.3. Mantenimiento preventivo 34 
2.4. Mantenimiento correctivo 34 
 
 
CAPITULO 3 36 
 
3. Teorías de falla en la ingeniería mecánica 37 
3.1. Teoría del esfuerzo normal máximo 37 
3.2. Teoría del esfuerzo cortante máximo 38 
3.3. Flechas 41 
3.4. Proyecto de flechas cortas (cargas de torsión) 41 
3.5. Transmisión de potencia mediante flechas 42 
3.6. Vibraciones mecánicas 44 
3.7. Fundamentos de la vibración 45 
3.8. Propiedades de las maquinas que afectan la vibración 46 
3.9. Características de la vibración 47 
3.10. Frecuencia. 47 
3.11. Desplazamiento 48 
3.12. Velocidad 48 
3.13. Aceleración 49 
3.14. Fase 49 
 
 
 
 
v 
 
3.15. Resonancia 49 
3.16. Uso del análisis/monitoreo de las vibraciones 50 
3.17. Medición de la vibración 51 
3.18. Medición de las características de la vibración 52 
3.19. Medición del desplazamiento 53 
3.20. Medición de la frecuencia 53 
3.21. Medición de la velocidad 54 
3.22. Medición de la aceleración 54 
3.23. Desbalance 55 
3.24. Desalineación 57 
3.25. Selección del mejor indicador 58 
3.26. Selección del tipo de transductor 59 
3.27. Tolerancias de vibración 60 
3.28. Balanceo 60 
3.29. Desbalance estático 61 
3.30. Desbalance de par 62 
3.31. Desbalance cuasi estático 62 
3.32. Desbalance dinámico 62 
3.33. Herramientas y Métodos de balanceo 62 
 
 
CAPITULO 4 64 
 
4. Descripción de los equipos que intervienen en el problema 65 
4.1. Reductor de velocidad 65 
4.2. Compresor de CO2 65 
 
 
CAPITULO 5 68 
 
5. Análisis y solución a la falla de la flecha de acoplamiento 69 
5.1. Antecedentes 69 
5.2. Verificación y corrección del alineamiento 72 
5.3. Análisis final de la fractura de la flecha 73 
 
 
CONCLUSIONES 76 
BIBLIOGRAFÍA 79 
GLOSARIO 80 
ANEXOS 90 
ANEXO A 90 
CURRICULUM VITAE 101 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
vi 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
 PAG 
Figura 1. Turbina de vapor 6 
Figura 2. Compresor horizontal de movimiento alternativo 7 
Figura 3. Compresor centrifugo 9 
Figura 4. Vista interna de un compresor centrífugo 10 
Figura 5. Compresor axial 11 
Figura 6. Compresores Rotatorios 12 
Figura 7. Bomba Centrifuga 14 
Figura 8. Bomba de émbolo 16 
Figura 9. Funcionamiento de la bomba de émbolo 17 
Figura 10. Bomba de Engranes 18 
Figura 11. Bomba de diafragma 18 
Figura 12. Bomba de paletas 19 
Figura 13. Funcionamiento de la bomba de paletas 19 
Figura 14. Bomba centrifuga 20 
Figura 15. Impelente de una bomba centrífuga 20 
Figura 16. Elementos constructivos de una bomba centrífuga 21 
Figura 17. Funcionamiento de la bomba centrífuga 21 
Figura 18. Caudal contra presión de la bomba centrífuga 22 
Figura 19. Bomba de hélice 22 
Figura 20. Reductor de velocidad 23 
Figura 21. Reductor de múltiples etapas engranes paralelos 24 
Figura 22. Reductor sin fin 25 
Figura 23. Reductor montado sobre flecha 25 
Figura 24. Motor reductor de velocidad 26 
Figura 25. Caldera acuotubulares (de tubos de agua) 27 
Figura 26. Caldera piro tubular (tubos de humo) 28 
Figura 27. Esquema de una caldera acuotubular (tubos de agua) 29 
Figura 28. Representación grafica de la teoría del esfuerzo normal máximo 38 
Figura 29. Circulo de Mohr 39 
Figura 30. Representación grafica del esfuerzo cortante máximo 40 
Figura 31. Barra sometida a torsión 41 
Figura 32. Transmisión de potencia 43 
Figura 33. Grafica de Frecuencia 47 
Figura 34. Rotor fuera de balance 55 
Figura 35. Ejemplo de Excentricidad 56 
Figura 36. Flecha de acoplamiento 69 
Figura 37. Visita de ultima fractura de la flecha 70 
Figura 38. Extremo de la flecha que va acoplada al engrane del reductor 71 
Figura 39. Extremo de la flecha acoplada al engrane de baja del reductor 71 
Figura 40. Fecha montada en el engrane con brida de acoplamiento al compresor 72 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
vii 
 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
 
 PAG. 
TABLA 1. Plantas productoras de fertilizantes y productos intermedios 3 
TABLA 2. Norma ISO 2372 para niveles aceptables de vibración 58 
TABLA 3. Resumen de transductores de vibración comunes 59 
TABLA 4. Muestreo 66 
TABLA 5. Lecturas de alineamiento 72 
TABLA 6. Datos de des alineamiento 72 
TABLA 7. Muestreo 73 
TABLA 8. Turbina – reductor – compresor 74 
TABLA 9. Lecturas de alineamiento compresor / reductor 74 
TABLA 10. Lecturas de alineación reductor / compresor 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 
1 
 
 
 
 
Generalidades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
CAPITULO 1 
 
1. GENERALIDADES 
 
 
1.1 Planteamiento del problema. 
 
En este primer capítulo se describe el principal objetivo de este trabajo, donde se explica cual fue 
el problema principal de falla, en los equipos que en su conjunto contribuían en que la flecha 
presentaba fractura. 
 
La elaboración de este trabajo tiene como finalidad, explicar la aplicación principal de ingeniería 
en la descripción, análisis y solución a la fractura de una flecha de acoplamiento de un reductor a 
un compresor para CO2, que se fracturó dos veces en un periodo muy corto, después de casi 20 
años de operación, por lo que se procedió a analizar la causa, para solucionar el problema 
definitivamente y asegurar que no se volviera a romperdicha flecha. 
 
En el caso de la rotura de la flecha, como ya se había roto 2 veces en menos de 3 años, se 
consideró que había otra causa que originaba la rotura y no el diseño de la flecha tanto en 
dimensiones como en el material. 
 
Por esta razón se enfocó toda la atención en la otra posible causa de la rotura de la flecha como 
es el des alineamiento del reductor y el compresor. 
 
Como esto ya había efectuado y reportaba datos muy cercanos a los que marca el manual tome la 
decisión de independizar completamente las maquinas dejándola libres para facilitar su 
movimiento, pero lo más importante fue corregir la posición de la flecha de acoplamiento 
dejándola rígida con respecto al engrane de baja , para de esta manera estar seguros de las 
mediciones que se tomaran fueran las correctas y así se encontró que dichos equipo por el paso 
del tiempo y las misma roturas anteriores presentaban un muy fuerte des alineamiento, originando 
esto que la flecha que es muy robusta se flexionara en cada giro de la misma tratando de estar 
derecha buscando siempre su alineamiento con respecto al eje del compresor y debido a la 
robustez de la chumacera de apoyo de ambos ejes no repercutía en otro síntoma detectable como 
vibración o temperaturas altas por rozamiento. Determinando que esta era la causa de dicha 
rotura, por lo que convencido de ello se procedió a corregir dicha anomalía, resolviéndose el 
problema definitivamente. 
 
 
 
1.2 EQUIPOS QUE CONSTITUYEN UNA PLANTA DE FERTILIZANTES 
 
1. Turbinas de vapor y gas de 20 hasta 3,500 HP y de 1,800 a 12,000 rpm. 
2. Compresores Centrífugos de aire y gas 7 a 12 pasos, de 7 a 24 kg/cm² de presión de 
descarga y de 7,000 a 12,000 rpm. 
3. Compresores alternativos de aire y gas de 2 y 4 pasos de 7 a 150 kg/cm² de presión de 
descarga y de 40 a 15,000 pies³/min. 
 
 
 
 
3 
 
4. Bombas Centrifugas para agua, amoniaco y ácidos de 4 a 400 hp de 1 a 7 pasos con 
presiones de 50 Kg/cm² 
5. Bombas Alternativas para amoniaco de 250 a 500 hp con presiones de descarga de 150 
a 450 Kg/cm² 
6. Reductores de Velocidad de doble y triple reducción de 20 a 3,500 hp 
7. Calderas de producción de vapor de tubos de humo de tubos de agua de 10,000 a 
100,000 lbs. De vapor/hora y presiones de 14 a 50 Kg/cm² 
8. Reactores, Cambiadores de calor, Vaporizadores, Cristalizadores, Agitadores, Cribas, 
Elevadores, Bandas Transportadoras, Ensacadoras, Básculas etc. 
9. Taller de Maquinas Herramientas Tornos, Fresadoras, Mandriladoras, Taladro Radial, 
Cepillos, Balanceadora etc. 
 
Es importante resaltar que de acuerdo a las necesidades que implica proveer, en este caso a una 
planta de fertilizantes, es necesario que se localice cerca de refinerías de PEMEX, por lo que esta 
planta está situada a 5 kilómetros de Minatitlán Estado de Veracruz y aproximadamente a 20 
kilómetros del puerto de Coatzacoalcos. 
 
Ocupa un área de 35.7 hectáreas y está adyacente a las instalaciones del Complejo Petroquímico 
Cosoleacaque de PEMEX 
 
Las razones principales por lo que se escogió este lugar para la instalación de la Unidad, fueron la 
existencia de la planta de Amoniaco, CO₂ y Gas suministradas por PEMEX, la disponibilidad de 
Roca Fosfórica y Muriato importada de Estados Unidos transportada en barcos hasta el Rio 
Coatzacoalcos, que son la materia prima para los Fertilizantes, todo a bajo costo y el fácil acceso 
al mercado interno por Camiones, Ferrocarril y Barcos 
. 
Los Ferrocarriles Nacionales de México, tienen su estación de “Higueras” a 7 kilómetros de la 
Unidad y su red comunica a esta zona con el resto del País entroncando en Coatzacoalcos con el 
Ferrocarril del Sureste que comunica a los Estados de Tabasco, Campeche y Yucatán. 
 
Los mercados de la costa del Pacífico y del Golfo de México son accesibles por vía marítima, ya 
sea por el puerto Salina Cruz o por el Rio y Puerto de Coatzacoalcos. 
 
 
 
CAPACIDAD INSTALADA.- En la unidad se cuenta con la siguientes Plantas Productoras de 
Fertilizantes y productos intermedios 
 
 
Tabla 1. Plantas Productoras de Fertilizantes y productos intermedios 
PLANTAS CAPACIDAD T. Anuales 
ÁCIDO NÍTRICO 1 50 
ÁCIDO ´NITRICO 2 50 
SOLUCIÓN DE NITRATO DE AMONIO 127 
NITRATO DE AMONIO (33.5 %N) 100 
UREA PRILADA 247 
 
 
 
 
 
 
4 
 
Datos técnicos la planta cuenta con un compresor de CO₂ tipo alternativo marca Nuovo Pignone 
de 4 pasos de compresión de 5 pistones (2 primer paso, 1 segundo paso, 1 tercer paso y 1 del 4 
paso). Cuyo funcionamiento es para recibir el CO₂ ( materia prima para la producción de urea ) de 
la empresa PEMEX a 250 gr./cm² de presión a una temperatura no mayor de 30 ºC, lo comprime 
hasta 155 Kg./cm² y lo inyecta en el fondo de un Reactor donde reacciona con un flujo de 
Amoniaco liquido ( que es suministrado por una bomba de tres pistones alternativa), produciendo 
Carbamato de Amonio que mediante una serie de Cambiadores de Calor, Evaporadores y 
sistemas de vacio es convertido en Urea liquida la que es bombeada a una Canastilla que al girar 
a cierta velocidad ( aproximadamente 250 rpm ) la proyecta en el interior de una Torre de Prilado 
de aproximadamente 15 m. de diámetro por 45 m. de altura poniéndose en contra corriente con un 
tiro de aire originado por 6 Extractores de aspas movidos por motores eléctrico ubicados en la 
parte superior de dicha torre. 
 
Al ponerse en contacto las gotas de Urea fundida con el tiro de aire se enfrían estas y se vuelven 
pequeñas esferas que se denominan Prill , el cual cae sobre dos bandas transportadoras y estas a 
la vez transportan el producto mediante otras 6 bandas transportadoras más pequeñas pero de 
hasta 250 m. de longitud, hasta el almacén donde es envasada en sacos de 50 Kg. cada uno y 
vendida a los consumidores (la Urea es el principal Fertilizante proveedor del Nitrógeno necesario 
para los cultivos agrícolas en general). 
 
Características.- Es un Compresor Alternativo de 5 pistones con 4 pasos de compresión de doble 
efecto marca Nuovo Pignone movido por un Reductor de Velocidad de doble reducción marca 
Maag con relación de velocidad de 20:1 y este a su vez movido por una Turbina de Vapor de 
3,600 hp marca Nuovo Pignone que gira a 5,000 rpm. 
 
El CO₂ lo recibe de la empresa paraestal PEMEX a 250 grs/cm² y el Primer Paso lo comprime a 
3.9 Kg./cm² pasa atreves de un Pulmón Amortiguador y después por un Interenfriador Tubular 
utilizando Agua como medio de enfriamiento. Después de enfriado el gas, pasa al Segundo Paso 
de compresión donde lo comprime hasta 14.5 Kg./cm² descargándolo a un Segundo Pulmón 
Amortiguador y después al Segundo Interenfriador tubular utilizando agua como medio de 
enfriamiento. Después de enfriado el gas pasa al Tercer Paso de compresión donde lo comprime 
hasta 50 Kg./cm² descargándolo a un Tercer Pulmón Amortiguador y después al Tercer 
Interenfriador Tubular utilizando agua como medio de enfriamiento. Después de enfriado el gas 
pasa al Cuarto Paso de Compresión donde lo comprime hasta 155 Kg./cm² descargándolo al 
Cuarto Pulmón Amortiguador y después de pasar atreves de un filtro para retirarle impurezas 
principalmente aceite ( pues los 5 pistones están lubricados con Aceite ), el CO₂ es conducido por 
una tubería de 4 “ de diámetro de cedula 160 hasta la parte inferior del reactor donde se pone en 
contacto con el Amoniaco Liquido suministrado por una Bomba Alternativa de 3 pistones marca 
Uraca y a partir de este momento iniciarse una serie de reacciones hasta lograr el producto 
terminado que es la Urea Prill. 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
1.3 DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y MÁQUINAS DE UNA PLANTA DE 
FERTILIZANTES: 
 
 
1.3.1 Turbina de Vapor. 
 
Una turbina de vapor es una maquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en 
energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo 
(entiéndase el vapor) y el rodete órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o alabes los 
cuales tienen una forma particular para poder realizarel intercambio energético. 
 
Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que 
pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Ranking, el cual genera el vapor 
en una caldera de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. 
 
En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica, que típicamente, es 
aprovechada para mover en este caso un reductor de velocidad y este un compresor alternativo. 
En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. 
 
 El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la 
turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la 
turbina. 
 
El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una maquina motora la cual cuenta 
con un conjuntos de alabes para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y 
los álabes directores. 
 
La clasificación de las turbinas de vapor puede hacerse según la forma de aprovechamiento de la 
energía contenida en el flujo de vapor (reacción o acción), según el número de etapas (multietapa 
o mono etapa), según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales), si existe o no extracción 
de vapor antes de llegar al escape y por último por la presión de salida del vapor (contrapresión, 
escape libre o condensación). 
 
Turbina de vapor de reacción: En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la 
aceleración del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, 
unas móviles y las otras fijas. 
 
Las palas fijas están colocadas de forma que cada par actúa como una boquilla a través de la cual 
pasa el vapor mientras se expande, llegando a las palas de las turbinas de reacción, que se 
montan en un tambor que actúa como eje de la turbina. 
 
Su funcionamiento consiste en impulsar el vapor a través de las toberas fijas hasta alcanzar las 
palas, que absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que hace girar el 
rotor y con ella el eje al que está unida. 
 
Las turbinas de acción habituales tienen varias etapas, en las que la presión va disminuyendo de 
forma escalonada en cada una de ellas. 
 
 
 
 
 
6 
 
En la Unidad Minatitlán contábamos con 7 turbinas parecidas a la de la Fig. 1 y era el responsable 
de todo su mantenimiento tanto preventivo como correctivo, muy raro este ultimo pues cada año 
en los paros anuales de la planta se aplicaba un mantenimiento preventivo muy riguroso que 
incluía el desarmado completo de la turbina, limpieza del rotor con chorro de arena, balanceo 
dinámico checado de holguras de sellos y chumaceras, así como ajuste de disparo por sobre 
velocidad. 
 
 
Figura 1. Turbina de vapor 
 
 
Estas Turbinas reciben vapor saturado a 230 ºC y una presión de 24 kg. /cm.² producido por 3 
calderas de tubos de agua, con capacidades de 50,000, 60,000 y 100,000 lbs. de vapor por hora, 
que le proporcionan la energía para su movimiento alcanzando velocidades hasta de 8,000 rpm, 
para mover a su vez a un compresor centrifugo o uno alternativo, los cuales suministran la materia 
prima, el aire para la producción de ácido nítrico y el CO₂ para la producción de Urea. 
 
 
 
1.3.2 Compresores. 
 
Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar 
cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. 
 
Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el 
trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en 
energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. 
 
Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las 
primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo 
es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de 
 
 
 
 
7 
 
temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos 
compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable 
 
 
 
Figura 2. Compresor horizontal de movimiento alternativo 
 
 
 
1.3.3 Compresor alternativo 
. 
El compresor alternativo es uno de los tipos que mayor rendimiento alcance en la mayoría de las 
aplicaciones. Adicionalmente se le puede dotar de un sistema de control de carga con objeto de 
mantener su rendimiento a carga parcial. 
 
La práctica totalidad de los gases comerciales pueden tratarse con este tipo de compresor, al no 
presentar problemas con gases corrosivos. 
 
Los cilindros de compresión son generalmente del tipo lubricado, aunque si la necesidades del 
proceso lo requieren se puede ir a un tipo no lubricado. 
 
En compresores donde la relación de compresión es muy elevada, la compresión se realiza en 
varios pasos. De esta forma se pretende reducir el perfil de temperatura del sistema, consiguiendo 
un mejor control del mismo. 
 
Con el objeto de compensar las fuerzas de inercia de los pistones y otros elementos móviles que 
provocan vibraciones en el equipo, se instalan sistemas de equilibrado del equipo, tales como 
volantes de inercia, cigüeñales contra rotantes, etc. 
 
Los compresores alternativos deben ser alimentados con gas limpio, recomendándose el uso de 
filtros en la alimentación. No permiten trabajar con gases que puedan arrastrar gotas de líquido 
con ellos, aunque sí con vaporizado siempre que no exista el riesgo de condensación dentro del 
cilindro. La presencia de líquido dentro del cilindro es peligrosa para el equipo, ya que al ser 
incompresible el cigüeñal de la máquina puede resultar dañado al intentar hacerlo. Adicionalmente 
 
 
 
 
8 
 
la lubricación de las paredes del cilindro puede ser destruida por el líquido que pudiera entrar en 
él. 
 
Para solucionar el problema en la alimentación al compresor se instalan depósitos amortiguadores 
con separadores de humedad, en los que se retira el posible contenido líquido que pudiera 
arrastrar el gas de alimentación. 
 
Los compresores alternativos suministran un flujo pulsante de gas. En algunas aplicaciones esto 
es contraproducente. Este problema se soluciona disponiendo a la salida de cada paso de 
compresión un depósito antipulsante, en el que se atenúan las variaciones de presión en el flujo, 
así como de un enfriador para permitir que la temperatura no afecte el siguiente paso de 
compresión. 
 
Un compresor alternativo (también conocido como de pistón) es una máquina que se puede 
clasificar dentro de los de tipo de desplazamiento (frente a los dinámicos), y dentro de éstos en la 
categoría de los de movimiento alternativo frente a los rotativos. 
 
Este clasificación se debe a la manera en que consigue comprimir los gases: un motor con 
movimiento giratorio mueve, a través de un cigüeñal y una biela, un embolo o pistón con un 
movimiento oscilante entre dos puntos comúnmente denominados puntos muertos (superior e 
inferior). 
 
El aumento de presión se consigue disminuyendo el volumen ocupado por el gas, durante la fase 
de compresión. El ciclo de funcionamiento de un compresor se completa con 3 fases más, dando 
lugar a cuatro tiempos. 
 
Si partimos del punto situado más a la derecha en la que el compresor realiza la compresión hasta 
que la presión dentro del cilindro supera la presión en el conducto de impulsión, momento en el 
cual la válvula de impulsión abre y comienza la fase de descarga del gas. 
 
Cuando el pistón llega al punto extremo de su carrera la presión dentro del cilindro comienza a 
descender, lo que provoca el cierre de la válvula de impulsión y la disminución de la presión en el 
interior del cilindro (fase de expansión). Esta disminución continúa hasta que la diferencia de 
presiones entre el cilindro y el sistema de aspiración es suficiente comopara abrir la válvula de 
aspiración. Esta fase se denomina aspiración y se prolonga hasta que el pistón alcanza el punto 
de partida. 
 
En la unidad Minatitlán contábamos con un compresor alternativo como el que se muestra en la 
Fig. 2, el cual comprimía el CO₂ y 8 más pequeños, que eran utilizados para comprimir aire para 
los instrumentos y paliación de los procesos, de los cuales era el responsable de darles el 
manteamiento preventivo y correctivo. 
 
El compresor recibe el CO₂ de la empresa PEMEX a 250 gr. /cm² y lo comprime a 155kg. /cm² 
introduciéndolo al fondo de un reactor donde se pone en contacto con el Amoniaco liquido, 
reaccionando para producir carbamato de amonio que después se convertirá en Urea sólida tipo 
prill. 
 
 
 
 
 
9 
 
Los otros compresores alternativos se usan para comprimir el aire necesario para toda la 
instrumentación neumática de las plantas productoras, así como el suministro del aire de paliación 
indispensable para la operación segura de las plantas. 
 
 
1.3.4 Compresor Centrifugo 
 
El compresor centrífugo es una turbo máquina que consiste en un rotor que gira dentro de una 
carcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del fluido. 
 
El rotor es el elemento que convierte la energía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por 
tanto energía cinética del fluido. 
 
En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que convierte la energía cinética en energía 
potencial de presión (el difusor) completando así la escala de conversión de energía. El difusor 
puede ser del tipo de paletas sustancialmente radiales, o de caracol. 
 
 El compresor centrífugo es una máquina en la que el gas es comprimido por la acción dinámica 
de las paletas giratorias de uno o más rodetes figura 3. El rodete logra esta transmisión de energía 
variando el momento y la presión del gas. 
 
El momento (relativo a la energía cinética) se convierte en energía de presión útil al perder 
velocidad el gas en el difusor del compresor u otro rodete. 
 
 
Figura 3. Compresor centrifugo 
 
 
Un compresor de este tipo está constituido esencialmente por dos partes: 
• El rodete, el cual impulsa el gas. 
• La carcasa, que primero conduce el gas hasta el rodete y después lo recibe de él a una 
presión mayor. 
 
 
 
 
10 
 
Según el flujo interno de gas dentro del compresor clasificaremos los compresores en: 
 
• Compresores centrífugos. En ellos el flujo de gas es radial y la transferencia de energía se 
debe predominantemente a un cambio en las fuerzas centrifugas actuantes sobre el gas. 
 
 
 
Figura 4. Vista interna de un compresor centrífugo 
 
 
En ellos el flujo de gas es paralelo al eje del compresor. En ellos el gas es comprimido en pasos 
sucesivos. Cada paso está compuesto por una corona móvil solidaria al rotor y otra fija 
perteneciente a la carcasa. La energía se transfiere al gas en forma de momento cinético por la 
corona móvil, para pasar a continuación a la fija donde transforma su velocidad en presión. 
 
En la unidad Minatitlán contamos con 2 compresores centrífugos, que succionan el aire de la 
atmosfera y lo comprimen a 8.4 kg. /cm², el cual llega hasta un convertidor donde mediante una 
malla catalizadora de platino y rodio, se hace reaccionar con una corriente de amoniaco 
formándose oxido nitroso el cual posteriormente en unas torres de absorción se pone en contacto 
con el agua para formar el acido nítrico. 
 
También se cuenta con dos compresores centrífugos que reciben CO₂ de Pemex a una presión de 
250 gr/cm², comprimiéndolo a 24 kg. /cm². Para que mediante dos ductos de 18 y 20 plgs. de 
diámetro cada uno, de aproximadamente 20 km. de longitud conduzcan el CO₂ hasta las dos 
plantas de Urea de 1,500 t. diarias cada una en Coatzacoalcos Ver. 
 
 
 
1.3.5 Compresor Axial. 
 
El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas ventajas para 
servicios en motores de reacción de la aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones 
estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para altos 
hornos, elevadores de la presión de gas y servicios en túneles aerodinámicos. 
 
 
 
 
 
11 
 
En los compresores de este tipo (Fig. 5), la corriente de aire fluye en dirección axial, a través de 
una serie de paletas giratorios de un motor y de los fijos de un estator, que están concéntricos 
respecto al eje de rotación. A diferencia de la turbina, que también emplea las paletas de un motor 
y los de un estator, el recorrido de la corriente de un compresor axial va disminuyendo de área de 
su sección transversal, en la dirección de la corriente en proporción a la reducción de volumen del 
aire según progresa la compresión de escalón a escalón. 
 
 
Figura 5. Compresor axial 
 
 
Una vez suministrado el aire al compresor por el conducto de admisión, pasa la corriente a través 
de un juego de paletas directores de entrada, que preparan la corriente para el primer escalón de 
del compresor. Al entrar en el grupo de paletas giratorias, la corriente de aire, que tiene una 
dirección general axial se detecta en la dirección de la rotación. Este cambio de dirección de la 
corriente viene acompañado de una disminución de la velocidad, con la consiguiente elevación de 
presión por efecto de difusión. Al pasar la corriente a través del otro grupo de paletas del estator 
se lo para y endereza, después de lo cual es recogida por el escalón siguiente de paletas 
rotatorios, donde continúa el proceso de presurización. 
 
Un compresor axial simple puede estar constituido teóricamente por varias etapas según sea 
necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las últimas etapas funcionen 
con bajo rendimiento y las primeras etapas trabajen sobrecargadas. Esto puede ser corregido ya 
sea con extracción de aire entre etapas o se puede conseguir mucha mayor flexibilidad y 
rendimiento partiendo el compresor en dos sistemas rotatorios completamente independientes 
mecánicamente, cada uno arrastrado por su propia turbina. El compresor de alta tiene paletas 
más cortos que el de baja y es más ligero de peso. Puesto que el trabajo de compresión de 
compresor de alta trabaja a mayor temperatura que el de baja se podrán conseguir velocidades 
más altas antes de que las puntas de las paletas alcancen su número de Mach límite, ya que la 
velocidad del sonido aumento a mayor temperatura. Por consiguiente el compresor de alta podrá 
rodar a mayor velocidad que el de baja. 
 
El aire al salir del compresor pasa a través de un difusor que lo prepara para entrar a la cámara de 
combustión. 
 
 
 
 
 
12 
 
Ventajas del compresor rotativo: 
 
• En el rango de 1 a 100 mᶾ/s (según cuál sea la razón de compresión) es el más 
conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad. Se le pueden 
conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que varíe mucho la 
presión de descarga. 
• Ocupan relativamente poco espacio. 
• Flujo continuo y sin pulsaciones. 
• Se pueden conectar directamente bien a un motor eléctrico o a una turbina movida por 
vapor. 
• Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento. 
• No hay contaminación del gas por aceite lubricante. 
 
 
Desventajas: 
 
• La presión de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de la 
composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o 
demasiado alta). 
• Se necesitan velocidades de giro muy altas. 
• Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de carga en la tubería de impulsión 
pueden provocar grandes reducciones de la capacidad. 
• Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación. 
 
 
 
1.3.6 Compresores Rotativos. 
 
Se denominan compresores rotatorios a aquellos grupos que producen aire comprimido por un 
sistema rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la salida, 
comprimiéndolo. 
 
 
 
 
 
Figura6. Compresores Rotatorios 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
Se distinguen los siguientes tipos: 
 
 
Compresores de tornillo.- Esencialmente se componen de un par de rotores que tienen lóbulos 
helicoidales de engrane constante. 
 
La compresión por motores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de 
lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos motores de este tipo, uno 
convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, 
paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcasa. 
 
Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y 
por consiguiente su presión, el gas así comprimido es forzado axialmente por la rotación de los 
lóbulos helicoidales hasta 1ª descarga. 
 
 
Compresores de paletas deslizantes.- El motor es excéntrico en relación a la carcasa o el 
cilindro, y lleva una serie de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa debido a la 
fuerza centrífuga. 
 
Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual está 
ubicado en forma excéntrica un motor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se 
deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el motor la fuerza centrifuga 
empuja las paletas contra la pared del cilindro. 
 
El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad 
cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. 
 
 
1.3.7 Compresores Soplantes. 
 
Se conocen como compresores de doble motor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos 
motores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una 
máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de 
gran ampliación como alimentador de los motores diesel o compresores de gases a presión 
moderada. 
 
Los motores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes 
exteriores. 
 
 El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcasa; con el movimiento de 
los motores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego 
existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno. 
 
En la unidad Minatitlán contábamos con 4 compresores como el de la Figura 6 y era el encargado 
de darles el mantenimiento preventivo y correctivo. 
 
 
 
 
 
14 
 
Estos compresores o sopladores como se conocían comúnmente se encargaban de su ministrar el 
aire para los fluidizadores o transportadores de roca molida a los silos y al tren de reacción de la 
planta de Acido Fosfórico. 
 
Figura 7. Bomba Centrifuga 
 
1.3.8 Bombas. 
 
Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación de fluidos 
estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas. 
 
El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la 
energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. 
 
Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones. 
 
Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: 
presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia 
de cada bomba varía según el tipo de gas). 
 
Las bombas se clasifican en tres tipos principales: 
 
1. De émbolo alternativo 
2. De émbolo rotativo 
3. Roto dinámicas 
 
Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo y el tercer tipo debe su 
nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera 
presión, estas son de desplazamiento no positivo. 
 
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene 
elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen 
 
 
 
 
15 
 
dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la 
energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite 
hidrostáticamente en el sistema hidráulico. 
 
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a 
medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que 
pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a 
la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. Con una descarga a tanque y con 
registro de presión. 
 
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no 
contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una 
sola. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete 
giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-
cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la 
dirección de sus velocidades. 
 
Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión 
pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la 
bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento no generando caudal 
alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza motriz. 
 
Bombas de impulsión. Para muchas necesidades de la vida diaria tanto en la vida doméstica como 
en la industria, es preciso impulsar sustancias a través de conductos, los aparatos que sirven para 
este fin se conocen como bombas de impulsión. 
 
Aunque en la práctica se pueden bombear gases e incluso sólidos en suspensión gaseosa o 
líquida, para los intereses de esta página se consideran bombas solo las máquinas diseñadas 
para trasegar líquidos. La diversidad de estas máquinas es extensa, aquí solo trataremos de 
manera elemental las más comunes. 
 
Clasificación de las bombas.- Todas las bombas pueden clasificarse en dos grupos generales: 
 
1. Bombas de desplazamiento positivo. 
2. Bombas de presión límite. 
 
 
Las bombas de desplazamiento positivo no tienen límite de presión máxima de impulsión, esta 
presión de salida puede llegar a valores que ponen en peligro la integridad de la bomba si el 
conducto de escape se cierra completamente. Para garantizar el funcionamiento seguro de ellas, 
es necesaria la utilización de alguna válvula de seguridad que derive la salida en caso de 
obstrucción del conducto. 
 
Si el ajuste es apropiado, estas bombas pueden bombear el aire de su interior y con ello, crear la 
suficiente depresión en el conducto de admisión como para succionar el líquido a bombear desde 
niveles más bajos que la posición de la bomba, aun cuando estén llenas de aire. 
 
Se caracterizan porque el caudal de bombeo casi no es afectado por la presión de 
funcionamiento. 
 
 
 
 
16 
 
Se pueden clasificar en: 
 
• Bombas de émbolo. 
• Bombas de engranes. 
• Bombas de diafragma. 
• Bombas de paletas. 
 
 
Las bombas de presión límite son aquellas que impulsan el líquido solo hasta determinada 
presión, a partir de la cual el caudal es cero. Estas bombas pueden funcionar por un tiempo 
relativamente largo sin averías con el conducto de salida cerrado. Existe en ellas una dependencia 
generalmente no lineal entre el caudal bombeado y la presión de descarga. 
 
Las más comunes son: 
 
• Bombas centrífugas. 
• Bombas de hélice 
• Bombas de diafragma con resorte. 
 
 
Veamos ahora algunas características de cada una de ellas. 
 
Bombas de émbolo.- En estas bombas el líquido es forzado por el movimiento de uno o más 
pistones ajustados a sus respectivos cilindros tal y como lo hace un compresor. En la fig. 8 se 
muestra de cómo se produce el bombeo, observe el movimiento de las válvulas de entrada y 
salida con el movimiento del pistón. Durante la carrera de descenso del pistón, se abre laválvula 
de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta 
contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. 
 
Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la 
de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo 
produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes 
 
 
Figura 8. Bomba de émbolo 
 
 
 
 
17 
 
En la Fig. 9 abajo se muestra una de este método, observe como en este caso la impulsión es 
axial, y hay una válvula colocada en el centro del pistón. 
 
Esta válvula permite el paso desde la cámara inferior del cilindro a la cámara superior durante la 
carrera de descenso, luego, cuando el pistón sube se cierra, y el agua es impulsada hacia arriba 
por el pistón. 
 
Otra válvula en la parte inferior del cilindro permite la entrada del agua a este cuando el pistón 
sube y crea succión debajo, pero se cierra cuando este baja, obligando al agua a cambiar de la 
cámara inferior a la superior del pistón a través de la válvula central 
 
 
Figura 9. Funcionamiento de la bomba de émbolo 
 
 
Bombas de engranes.- Hay diferentes variantes de las bombas de engrane, pero la más común 
es la que se muestra en la Fig. 10. 
 
En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de manera que la holgura entre 
estos y el cuerpo sea muy pequeña. El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol 
acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. 
 
Este engrane motriz arrastra el otro. Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la 
cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado 
por las escasas holguras hacia el otro lado. 
 
En este otro lado, zona de impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del 
diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga. 
 
La presión a la salida en estas bombas es también pulsante como en las bombas de pistones, 
pero los pulsos de presión son en general menores en magnitud y más frecuentes, por lo que 
puede decirse que tienen un bombeo mas continúo que aquellas. 
 
 
 
 
18 
 
Este tipo de bombas es muy utilizado para la impulsión de aceites lubricantes en las máquinas y 
los sistemas de accionamiento hidráulico. 
 
 
Figura 10. Bomba de Engranes 
 
 
Bombas de diafragma.- En la Fig. 11 se muestra de forma esquemática un funcionamiento de 
estas bombas. El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de 
un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante. 
 
Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, 
observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el 
líquido a circular en la dirección de bombeo. 
 
Como en las bombas de diafragma no hay piezas friccionantes, ellas encuentran aplicación en el 
bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares. 
 
 
Figura 11. Bomba de diafragma 
 
 
 
 
19 
 
Bombas de paletas.- Utilicemos el esquema de la Fig. 12 para la descripción de las bombas de 
paletas. Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica se encuentra un rotor giratorio 
excéntrico por donde entra el movimiento a la bomba. 
 
 En este rotor se han practicado unos canales que albergan a paletas deslizantes, construidas de 
un material resistente a la fricción. Cada paleta es empujada por un resorte colocado en el fondo 
del canal respectivo contra la superficie interior de la cavidad del cuerpo. Este resorte elimina la 
holgura entre la paleta y el interior de la bomba, con independencia de la posición del rotor, y 
además compensa el desgaste que puede producirse en ellas con el uso prolongado. 
 
Cuando el rotor excéntrico gira, los espacios entre las paletas de convierten en cámaras que 
atrapan el líquido en el conducto de entrada, y lo trasladan al conducto de salida. Observe que, 
debido a la excentricidad, del lado de la entrada, la cámara se agranda con el giro y crea succión, 
mientras que del lado de la salida, la cámara se reduce y obliga al líquido a salir presurizado 
 
 
Figura 12. Bomba de paletas 
 
 
En la Fig. 13 puede verse el funcionamiento de una de estas bombas utilizando solo dos paletas 
para simplificar. La debida hermeticidad de las paletas y el cuerpo se garantiza por la presión del 
resorte colocado entre ellas. 
 
 
Figura 13. Funcionamiento de la bomba de paletas 
 
 
 
 
20 
 
 
Bombas centrífugas.- Como el nombre lo indica, estas bombas utilizan la fuerza centrífuga 
inducida al líquido por un impelente con paletas que gira a alta velocidad dentro de un cuerpo de 
dimensiones y forma adecuados fig. 14. 
 
 
Figura 14. Bomba centrifuga 
 
Este impelente se mueve confinado en el interior de un cuerpo en forma de espiral conocido como 
voluta, que dirige el líquido impelido por la fuerza centrífuga a la salida. En la Fig. 15 se muestra 
una foto de uno de estos impelentes. 
 
 
Figura 15. Impelente de una bomba centrífuga 
 
 
 
 
21 
 
El mostrado en la figura es del tipo abierto. Observe las aletas curvas que forman parte de él. 
Cuando el impelente gira dentro del líquido, sus paletas lo atrapan por el borde interior (cerca del 
centro) y lo conducen dirigido por el perfil de la paleta. Debido al giro a alta velocidad, el fluido 
adquiere un movimiento circular muy rápido que lo proyecta radialmente con fuerza, el cuerpo 
entonces completa el trabajo dirigiéndolo al conducto de salida. 
 
En la Fig. 16 se presenta un esquema ilustrativo del impelente y el cuerpo que puede servir para 
entender, y en la figura 9 un esquema animado que de manera muy elemental sirve para ilustrar 
como una bomba centrífuga impulsa el líquido. En este caso las paletas se han representado 
rectas, pero el principio de funcionamiento es el mismo. 
 
 
Figur-a 16. Elementos constructivos de una bomba centrífuga 
 
 
Las bombas centrífugas por su modo de operar fig.17, solo pueden generar presiones de salida 
limitadas, está claro, la presión la genera la fuerza centrífuga, por lo que su máximo valor 
dependerá de esta, la que a su vez depende de la velocidad de giro y del diámetro del impelente, 
de manera que a mayor velocidad y diámetro, mayor presión final. 
 
 
 
Figura 17. Funcionamiento de la bomba centrífuga 
 
 
 
 
22 
 
Como la velocidad de giro y el diámetro del impelente no pueden aumentarse indefinidamente sin 
que peligre su integridad física, entonces estas bombas, no pueden generar presiones muy altas 
como lo hacen las de desplazamiento positivo. Otra característica que las distingue, es que el 
caudal bombeado depende de la presión de salida, de forma que a mayor presión menos caudal. 
La Fig. 18 muestra un gráfico típico de la relación presión-caudal de estas bombas. 
 
 
Figura 18. Caudal contra presión de la bomba centrífuga 
 
 
Bombas de hélice.- Las bombas de hélice se comportan en principio igual que las centrífugas, 
con la diferencia de que las presiones de trabajo son menores. En el esquema de la derecha (Fig. 
19) se muestra un esquema simplificado de una bomba de hélice, o bombas axiales. Observe la 
construcción, una hélice de palas de empuje axial está confinada con escasa holgura en un 
cuerpo cilíndrico acodado, esta hélice al girar empuja el líquido hacia la salida. 
 
Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en las cuales la bomba está 
sumergida, o por debajo del nivel del líquido a bombear y donde se necesiten grandes caudales 
de bombeo a bajas presiones. En la unidad Minatitlán se contaba con cerca de 100 bombas 
centrifugas de diversos tipos y capacidades cuya función era de trasladar distinto fluidos como 
agua, amoniaco, soluciones y ácidos a las distintas etapas de cada uno de los procesos de 
elaboraciónde los fertilizantes. 
 
 
Figura 19. Bomba de hélice 
 
 
 
 
 
23 
 
1.3.9 Reductores de Velocidad.- 
 
Las máquinas que funcionan con un motor, necesitan que la velocidad del motor sea adecuada 
para funcionar. Los motores tienen diferentes necesidades de velocidad, por esta razón se utilizan 
los reductores de velocidad. 
 
Un reductor de velocidad es también llamado motor reductor. Los reductores de velocidad son los 
encargados de regular la velocidad adecuada a través de engranajes especializados para esto. 
 
 
Figura 20. Reductor de velocidad 
 
 
• Engrasado de por vida.- Se emplean grasas estables y resistentes al envejecimiento. 
Apto sólo para reductores de baja velocidad. 
 
• Lubricación por baño de aceite.- Los engranajes quedan parcialmente sumergidos en el 
aceite contenido en el cárter. Su movimiento crea una atmósfera oleosa que llega a todos 
los elementos a lubricar. Se emplea en reductores estándar de velocidad moderada. Para 
otras velocidades no es adecuado ya que el aceite se caliente excesivamente. 
 
• Lubricación por inyección de aceite a presión.- Se lubrica inyectando aceite sobre el 
contacto entre ruedas dentadas y otras zonas del reductor que necesitan lubricación 
(cojinetes, etc.). 
 
 
Sistema costoso porque requiere un circuito de aceite con bomba, filtro y frecuentemente radiador. 
Se emplea para reductores de gran potencia. 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
Trenes de engranajes de ejes fijos: 
 
• Ejes paralelos: Engranajes cilíndricos (dentado recto o helicoidal). 
• Ejes concurrentes: Engranajes cónicos (dentado recto, helicoidal y espiral). 
• Ejes cruzados: Engranajes hipoidales y de tornillo sin fin. 
• Combinación de las anteriores 
 
Trenes de engranajes de ejes móviles (epicicloidales): 
 
• De simple etapa 
• De múltiples etapas 
 
 
Figura 21. Reductor de múltiples etapas engranes paralelos 
 
 
Reductores de ejes paralelos: 
 
• Relaciones de transmisión entre 1 y 8 por cada etapa 
• Potencia y velocidad elevadas 
• Rendimiento elevado: 93-99 % por etapa, función del acabado superficial de los 
engranajes, tipo de lubricación, etc. 
 
 
Valor típico: 95 % 
 
• Engranajes de aceros tallados y con tratamiento de endurecimiento superficial (cementado, 
nitrurado, etc.) 
• Para potencias y velocidades bajas: engranajes sinterizados y de material plástico. 
 
 
 
 
 
25 
 
Tipos de reductores. Existen diferentes tipos de reductores de velocidad y diferentes formas de 
clasificarlos: 
 
• por el tipo de engranaje 
• por disposición de los ejes 
• por sistema de fijación. 
 
 
La clasificación por el tipo de engranaje se puede dividir en diferentes clasificaciones como: sin 
fin-corona, engranajes, reductores planetarios y reductores cicloidales; aunque los más usuales 
son los tres primeros. 
 
Figura 22. Reductor sin fin 
 
 
Un reductor sin fin es uno de los tipos de velocidad más sencillo, se compone por una corona de 
bronce en la cual en el centro se ha embutido un eje de acero. Un reductor de velocidad de 
engranajes tiene como ventaja el gran rendimiento energético, su menor mantenimiento y su 
menor tamaño. La clasificación por disposición de los ejes lento y rápido puede identificarse por la 
posición del eje lento del reductor al eje rápido del mismo. La clasificación por el sistema de 
fijación se puede diferenciar entre el sistema de fijación fijo o pendular o montado sobre flecha 
Figura 24 
 
Figura 23. Reductor montado sobre flecha 
 
 
 
 
26 
 
Usos.- Los reductores de velocidad se los utiliza para todo tipo de maquinas, aunque sean 
grandes o pequeñas, las maquinas son el corazón de una industria y para ello se necesita que 
estas funcionen bien. Sin los reductores de velocidad o motor reductores las máquinas pueden 
fallar en su funcionamiento. 
 
El gran desarrollo que han tenido los motores reductores ha ocasionado que las fábricas compitan 
mucho más para lograr cada vez más un buen control de calidad. 
 
Estos motores reductores son implementados en diferentes tipos de industria desde grandes 
maquinarias hasta pequeñas industrias que fabrican medicamentos. Para que estas diferentes 
máquinas funcionen en excelente estado se implementan los reductores de velocidad que 
permiten que los diferentes motores funcionen a diferentes velocidades para los que fueron 
fabricados. 
 
Los motores reductores ocasionan diferentes tipos de beneficios como una regularidad perfecta de 
la velocidad, como también la potencia, mayor eficiencia en la transmisión, mayor seguridad en la 
transmisión, mayor rigidez en el montaje y menor tiempo necesario para la instalación. 
Gracias a la invención de estos reguladores de velocidad la industria ha crecido mucho y ha 
logrado mejor calidad y eficacia. 
 
 
Figura 24. Motor reductor de velocidad 
 
 
En la unidad Minatitlán se contaba con más de 50 reductores de todos tipos, potencias y 
relaciones de velocidad. 
 
En la planta de Urea se cuenta con un reductor de velocidad de doble reducción de engranes 
helicoidales, paralelos con lubricación forzada, de 3,500 hp de potencia y una relación de 
velocidad de 20:1, el cual se encarga de reducir la velocidad de la turbina de 5,000 rpm al 
compresor de CO₂ que gira a 250 rpm, también cuenta con 2 reductores de triple reducción de 
engranes rectos, paralelos con lubricación forzada, de 350 hp de potencia y una relación de 
velocidad de 6:1, el cual se encarga de reducir la velocidad de un motor eléctrico que gira 1,200 
rpm a las bombas de 3 pistones de movimiento alternativo que bombean el amoniaco al reactor. 
 
 
 
 
 
27 
 
Fui el responsable del mantenimiento de los mismos para mantenerlos operando siempre, pues la 
falla de uno de ellos obliga al paro de la planta. Afortunadamente teniendo ciertos cuidados como 
el revisar periódicamente el nivel de aceite, eliminar las fugas del mismo por los retenes así como 
la verificación periódica de ruidos y temperaturas de los baleros para programar su reparación y 
evitar los paros emergentes, estos equipos son de una operación muy segura. Los reductores de 
velocidad son de una importancia fundamental pues ellos son los que mueven los compresores, 
bombas y equipos clave sin los cuales no pueden operar las planta productoras. 
 
 
Figura 25. Caldera acuotubulares (de tubos de agua) 
 
 
1.3.10 Calderas. 
 
La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se 
genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, 
originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase. 
 
La caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía 
se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. 
 
La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de 
intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de 
presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos 
contenedores de gas. 
 
 Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy 
utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como: 
 
• Esterilización (tindalización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales 
generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con 
capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar 
alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización). 
 
 
 
 
 
28 
 
• Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es 
muy utilizado para calentar petróleos pesados y mejorar su fluidez. 
 
• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las 
centrales termoeléctricas. 
 
Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferenciaes que el segundo 
genera vapor sobrecalentado. 
 
Historia.- Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica 
que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, 
hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias. 
 
 
Figura 26. Caldera piro tubular (tubos de humo) 
 
Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto 
solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a 
esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefacción. Si por el 
interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas piro tubulares (tubos de 
humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). 
 
Hasta principios del siglo XIX se usó la caldera para teñir ropas, producir vapor para la limpieza, 
etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para mover la 
primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor 
húmedo (de baja temperatura) y al calentarse, ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras 
experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó 
en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. 
 
La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada 
posteriormente por James Watt en 1776. 
 
 
 
 
29 
 
Inicialmente fue empleada como máquina para accionar bombas de agua, de cilindros verticales; 
fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. 
Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años, 
como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus 
desventajas está la poca velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw de 
potencia; necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a 
alta temperatura. 
 
 Dentro de los diferentes tipos de caldera, se han construido para tracción, utilizadas en 
locomotoras para trenes, tanto de carga como de pasajeros. Hay una caldera multi-humotubular 
con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir, los gases 
de combustión caliente pasan por los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea. 
 
 Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia 
promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33,000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., 
valor que denominó Horse Power, potencia de un caballo. 
 
Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kgm/seg. La 
Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de 
simplificar, llamándolo "Caballo Vapor" en homenaje a Watt. 
 
 
Figura 27. Esquema de una caldera acuotubular (tubos de agua) 
 
 
Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos 
durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten 
altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación. 
 
Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado 
por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de 
combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de 
los gases de escape. 
 
 
 
 
30 
 
Elementos, términos y componentes de una caldera: 
 
• Agua de alimentación: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua 
de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización. 
 
• Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa 
la calidad del vapor. 
 
• Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones. 
 
• Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de 
alcalinidad elevada. 
 
• Condensador: sistema que permite condensar el vapor. 
 
• Estanque de acumulación: es el estanque de acumulación y distribución de vapor. 
 
• Des aereador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera. 
 
• Purga de fondo: evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera. 
 
• Purga de superficie: evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera. 
 
• Fogón u hogar: alma de combustión del sistema, para buscar una mejora continúa de los 
recipientes y circuitos establecidos por la caldera. 
 
• Combustible: material que produce energía calórica al quemarse. 
 
• Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen 
de los ciclos y del agua de entrada. 
 
• Ciclos de concentración: número de veces que se concentra el agua de caldera respecto 
del agua de alimentación. 
 
• Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una 
concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de 
funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5. 
 
• Desoxigenación: tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas. 
 
• Incrustación: sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de 
sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento 
de la caldera. 
 
• Dispersante: sistema químico que mantiene los sólidos des cohesionados ante un evento 
de incrustación. 
 
• Anti incrustante: sistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en 
solución. 
 
 
 
 
31 
 
• Anticorrosivo: sistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos 
ante iones corrosivos presentes en el agua. 
 
• Corrosión: véase Corrosión 
 
• Índice de vapor/combustible: índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera. 
 
 
En la unidad Minatitlán se contaba con 3 calderas acuotubulares de 50,000, 60,000 y 100,000 lbs. 
de vapor por hora, 3 calderas acuotubulares, 2 de 3,000 y 1 de 4,000 lbs. de vapor por hora, así 
como 8 calderas de piro tubulares de 5,000 lbs. de vapor por hora. 
 
Mi responsabilidad era darles el mantenimiento correcto para su operación ininterrumpida, pues su 
operación es de vital importancia para mantener operando las plantas productoras. 
 
Las calderas son las que suministran el vapor necesario para el movimiento de las turbinas y por 
lo tanto la operación de las maquinas más importantes de cada una de las plantas productoras, 
así como suministrar el calor necesario para cada uno de los procesos productivos de la unidad, 
así como las piro tubulares son para el enfriamiento de los gases de proceso de las plantas 
productoras para su control, aprovechando el calor para producir vapor que es utilizado para 
mover algunos máquinas de las mismas. 
 
 
 
1.4 PROCESOS BÁSICOS EN LA INSTALACIÓN DE EQUIPOS Y MAQUINARIA 
 
1. Montaje y puesta en servicio de la instrumentación y control automático de la 
producción de 51 Pozos Petroleros y 3 cabezales en el área de flujo. 
 
2. Montaje y puesta en servicio de 3 Turbocompresores de gas amargo en la batería de 
Samaria 2 
 
3. Cambio de estructura, montaje de bombas, tanques y líneas de proceso para el 
tratamiento y conducción de agua de mar para inyección a Pozos Petroleros en 
plataforma. 
 
4. Habilitación, Instalación, Conexión, Pruebas y puesta en servicio de 70 detectores de 
fuego y gas combustible en pozos petroleros y compresores de gas amargo, con 
señalización a PLC y radio UHF para su control con señalización visible, audible y de 
bloqueo 
 
5. Levantamiento de As Built de estructuras, fittings, cromatografías en plataformas Akales 
5, 6 y 7, así como 176 válvulas de control marca Fisher 
 
6. Reinicio de operaciones de una planta de Urea Prill de 750 tons. diarias despuésde 
más de 10 años de estar fuera de servicio. 
 
 
 
 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 
2 
 
 
El Mantenimiento a 
Equipos y 
Maquinaria. 
 
 
 
 
 
33 
 
CAPÍTULO 2 
 
 
2. EL MANTENIMIENTO A EQUIPOS Y MAQUINARIA. 
 
En este capítulo se describe la importancia del mantenimiento, que se debe de dar a todos y cada 
uno de los equipos, máquinas, dispositivos y sistemas electromecánicos que conforman una 
planta industrial, pues cuando no se realiza un programa responsable de mantenimiento, surgen 
fallas que tienen consecuencias, que van desde fallas sencillas, hasta fallas de consecuencias 
graves que afectan a la productividad y perdidas económicas, a veces con posibles riesgos a 
accidentes al personal, por lo que se debe de elaborar un programa de mantenimiento y aplicarlo 
al pie de la letra. 
 
Las fallas en las máquinas y equipos de la planta se presentan de la siguiente manera: 
 
• Imprevisibles: Cuando se producen inesperadamente sin previos síntomas y son difíciles 
de evitar, cuyo origen es por un defecto del diseño, el material inadecuado o una operación 
equivocada 
. 
• Previsibles: cuando se detectan los síntomas anticipadamente a los daños, y los que se 
presentan en forma periódica, por sellos, empaques, retenes, metales antifricción, anillos 
de comprensión, etc. 
 
Un Correcto Mantenimiento controla las primeras y minimiza las segundas. 
 
Por lo tanto el mantenimiento es la actividad humana que conserva la calidad del servicio que 
presta la infraestructura instalada en los diversos procesos de producción como son: 
 
• Máquinas, 
• Equipos, 
• Instalaciones, 
• Edificios, etc.; 
 
 
En condiciones 
 
• Seguras, 
• Eficientes 
• Económicas. 
 
 
 
2.1 MANTENIMIENTO. 
 
2.1.1 El Mantenimiento Industrial 
 
Éste generaliza un mantenimiento a nivel de ingeniería en una planta industrial, por lo que su 
aplicación implica la responsabilidad de la ingeniería y servicios estratégicos, para la conservación 
 
 
 
 
34 
 
y manutención de las instalaciones y equipos de una Empresa, dando como valor agregado 
Seguridad Integral al Personal, a las Instalaciones y al Medio Ambiente por lo tanto es importante 
mencionar los siguientes puntos: 
 
a. Prevenir los Mantenimientos de Emergencias 
b. Conservar la Capacidad y Calidad. 
c. Realizar modificaciones, introducir las variables necesarias para obtener mejoras, 
minimizando costos. 
 
En general es importante darle una clasificación al mantenimiento que se define como el conjunto 
de operaciones para que la maquinaria y equipo reúnan las condiciones para el propósito para el 
que fue fabricado, adquirido e instalado en una planta industrial. 
 
 
 
2.2 Mantenimiento Predictivo. 
 
Es considerado como un sistema coordinado, que tiene como fin lograr un servicio 
ininterrumpido del equipo esencial de la Planta y mantener el funcionamiento productivo y eficaz, 
mientras se encuentran en operación, una vez detectado un problema la siguiente medida que se 
tome es la de determinar la naturaleza del mismo que es el objetivo del análisis. 
 
 
 
2.3 Mantenimiento Preventivo. 
 
Se refiere a la conservación planeada de la maquinaria y equipos, basada esta conservación en 
inspecciones periódicas que descubran condiciones defectuosas; su finalidad es reducir fallas y 
disminuir los costos resultantes por negligencia, debidamente dirigido el mantenimiento 
preventivo es un instrumento de reducción de costos, que le ahorra en dinero en conservación y 
operación y sobre todo en calidad de los productos. Las técnicas usadas para diagnosticar son.- 
Visuales (Fugas, Corrosión y Apariencia), Auditivas (Mecánicas, Hidráulicas o Termodinámicas), 
Temperatura (Cojinetes, Sellos, Fluidos, etc.), Vibraciones (Rodamientos, Chumaceras, Bases, 
etc.), Ultrasónicas, Radiaciones, Análisis de Laboratorio y Electromagnéticas. 
 
 
 
2.4 Mantenimiento Correctivo 
 
Su función es la de corregir fallas o desperfectos de los equipos dinámicos una vez determinado el 
problema que lo causa, se programa el Mantenimiento Correctivo. 
 
La labor de Mantenimiento comprende tres factores esenciales: 
 
a. Calidad en el Servicio a la Primera 
b. Garantías del Servicio 
c. Costo Mínimo de Mantenimiento 
 
 
 
 
 
 
35 
 
Las actividades más comunes para la corrección de fallas, son: 
 
• Servicio.- Se define como el trabajo de Mantenimiento sin el cual no es posible mantener 
la buena apariencia y el correcto funcionamiento de todas las propiedades físicas de una 
Empresa. Son los trabajos necesarios que se realizan para la corrección de las fallas, sin 
recurrir al cambio de unidades. 
 
• Reparación.- Aquí se agrupan las actividades y trabajos necesarios para la corrección 
de fallas y defectos de los elementos constitutivos de las máquinas, tales como ajustes o 
reparaciones de una pieza en el campo de trabajo. 
 
• Cambio.- Las actividades a realizar es la sustitución de los componentes que han 
fallado por distintas causas. 
 
• Modificaciones.- Es el desarrollo de los trabajos necesarios para la alteración del diseño 
y de la construcción de los equipos, con el propósito de eliminar totalmente las fallas 
respectivas, que son originadas por diseños y construcciones defectuosas o inadecuadas. 
 
En este caso no se encontró falla alguna en el diseño y construcción de la flecha pues la falla se 
presentó después de casi 20 años de operación del compresor sin anomalías al respecto y como 
se detalla al concluir este trabajo el análisis, se debió a la vibración mecánica ocasionada por el 
desalineamiento de equipos. Determinando que corrigiendo el alineamiento de los tres equipos 
involucrados en el funcionamiento dio como resultado no volverse a presentar la misma falla. 
 
. 
 
 
 
 
36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 
3 
 
 
 
Teorías de Falla en 
la Ingeniería 
Mecánica 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
CAPÍTULO 3 
 
 
3. TEORÍAS DE FALLA EN LA INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
En este capítulo se describen las teorías de fallas y problemas, de los diferentes esfuerzos a que 
están sometidos los diferentes elementos mecánicos, que conforman las diferentes máquinas y 
equipos, y que se deben de realizar estudios técnicos y de ingeniería mecánica, para considerar 
los efectos que producen las diferentes fallas. 
 
Se entiende por falla aquella situación en que un elemento mecánico ya no puede cumplir de 
manera satisfactoria con la función para la cual fue creado, ya sea porque se ha deformado 
plásticamente, se nos ha desgastado o se nos ha fracturado. 
 
Las teorías de falla tratan de describir las condiciones bajo las cuales puede fallar un elemento 
mecánico. 
 
Por lo tanto, la falla de una pieza, implica estados de esfuerzos en un punto que superan la 
capacidad inherente del material de soportar dichas cargas, así la suposición básica que 
constituye el marco de referencia para todas las teorías de falla es esto se producirá cuando el 
esfuerzo principal máximo o el esfuerzo cortante máximo, alcance o supere el valor del mismo 
parámetro obtenido en una prueba de tensión simple. 
 
A lo largo de los años se han postulado un sin número de teorías de falla, mencionándose a 
continuación una de las más importantes, así como el tipo de material para el que son valida. 
 
1. Teoría del Esfuerzo Normal Máximo (Materiales frágiles). 
2. Teoría del Esfuerzo cortante Máximo (Materiales dúctiles). 
3. Teoría de la Energía Máxima de la Distorsión (Materiales dúctiles). 
4. Teoría de Mohr Modificada (Materiales frágiles). 
 
 
 
3.1. TEORÍA DEL ESFUERZO NORMAL MÁXIMO 
 
Esta teoría establece lo siguiente: la falla de un elemento sometido a un estado multiaxial de 
esfuerzos se producirá cuando cualquiera de los esfuerzos principales alcance a superar la 
resistencia máxima del material, por lo tanto, un elemento será seguro siempre y cuando se 
cumplan las condiciones siguientes: 
 
 
|σ�| ≤
�
F. S.
… �				|σ��| ≤
�
F. S.
………… . (3.1) 
 
 
 
 
38 
 
 
Figura28. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo normal máximo. 
 
 
Se puede apreciar que si se gráfica un punto cuyas coordenadas sean σ1 y σ2 y caé dentro del 
cuadrado el elemento será seguro, por el contrario si cae fuera, el elemento será inseguro, esto 
es, que podría darse la falla. 
 
Esta teoría tiene como principal inconveniente que se asume que la resistencia máxima del 
material a tensión es la misma que a compresión y en los materiales frágiles casi nunca se cumple 
con tal situación 
 
 
 
3.2 TEORÍA DEL ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO. 
 
La falla de un elemento sometido a un estado multiaxial de esfuerzos se producirá cuando el 
esfuerzo cortante producido en la pieza alcance o supere al esfuerzo de corte que se produce en 
el punto de fluencia de una probeta sometida a una prueba de tensión simple. 
 
De ese modo, se sabe que el esfuerzo cortante máximo (τmx) producido en un elemento sometido 
a un estado biaxial de esfuerzos se puede calcular mediante la expresión siguiente: 
 
��� � ���� � ��� �
� 	 ��………… . . �
. �� 
 
 
También, con ayuda del círculo de Mohr se puede ver que: 
 ��� � �� � ��� ………… . . �
. 
� 
 
 
 
 
 
 
39 
 
 
Figura 29. Círculo de Mohr. 
 
 
Por otro lado, se sabe que en una probeta sometida a una carga axial (como en la prueba de 
tensión), sobre planos a un ángulo de 45º con respecto a los planos perpendiculares a la carga 
aplicada, se produce un esfuerzo cortante máximo que es igual a la mitad del esfuerzo normal 
producido, esto es: 
 
��� �
�
�
…………��. 	
 
 
 
Y cuando se alcanza el punto de fluencia: 
 
��� �
��
�
…………��. �
 
 
 
Por lo tanto: 
 
�� � ��
�
�
��
�
…………��. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
40 
 
Debiéndose cumplir lo siguiente: 
 
|�� � ��| � ��…………��. �
 
 
Donde: 
 
 ��= resistencia a la fluencia del material 
 
 
Debiéndose cumplir con la condición de que σ1 y σ2 sean de signos opuestos, esto es, uno debe 
actuar a compresión y el otro a tensión. 
 
En dado caso, que ambos sean a tensión ó ambos a compresión debe satisfacerse lo siguiente: 
 
 
|��| � ��		�			|��| � ��…………��. �
 
 
 
La solución gráfica de esta teoría la desarrolló el ingeniero Paolo Tresca y se muestra en la figura 
29. 
 
 
Figura 30. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo cortante máximo. 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
3.3 FLECHAS 
 
Este término se utiliza para designar a cualquier barra giratoria que transmite potencia entre sus 
extremos. 
 
En nuestro país es el común denominador de los elementos que transmiten potencia girando, 
aunque dicho término no se utiliza tanto en otros países de habla hispana. A continuación se 
presentan algunas definiciones importantes; 
 
• Eje: Barra fija que sirve de soporte a diversos elementos giratorios, como volantes, 
engranes ruedas, etc., y generalmente solo están sometidas a cargas de flexión. 
 
• Árbol: barra fija o giratoria que sirve para transmitir potencia o movimiento mediante 
elementos fijos a el, como poleas, engranes, levas. 
 
• Mango o husillo: Se trata de una flecha de longitud pequeña usada generalmente en 
maquinas herramientas y están sometidas a cargas de torsión. 
 
• Flechas flexibles: son aquellas que permiten la transmisión de potencia entre dos puntos 
en que los ejes se encuentran a un cierto ángulo uno del otro por ejemplo, equipo de 
destapa caños, herramientas manuales, equipo dental. 
 
 
 
 
3.4. PROYECTO DE FLECHAS CORTAS (CARGAS DE TORSIÓN). 
 
Considérese una barra de sección circular de longitud despreciable: 
 
Figura 31. Barra sometida a torsión 
 
 
Se sabe que: 
 
 
 
3.9 
 
 
 
 
42 
 
Para una sección sólida: 
 
. 
 
Para una sección hueca. 
 
 
 
Para una sección hueca de pared delgada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.5. TRANSMISIÓN DE POTENCIA MEDIANTE FLECHAS. 
 
Quizá la aplicación más importante de las flechas es transmitir potencia desde un sistema que la 
produce como puede ser un motor eléctrico, una turbina o un motor de combustión interna a un 
sistema que la consume como puede ser un generador eléctrico, un compresor, las ruedas de un 
automóvil, etc. 
4.0 
4.1 
4.2 
4.3 
4.4 
4.5 
 
 
 
 
43 
 
 
 
Figura 32. Transmisión de potencia. 
 
 
 
 
 
Algunos factores de conversión son: 
 
1hp=0.746kW 
1cv=736W 
 
Como Ejemplo #: 
 
Calcular el diámetro que debe tener una flecha de acero inoxidable que debe transmitir 40 hp a 1 
,200 rpm, considérese el esfuerzo cortante admisible es de 8,500psi. 
 
 
4.7 
4.8 
4.9 
 
 
 
 
44 
 
Datos: 
 
Acero inoxidable 
Pot=40hp 
N=1700rpm 
D=? 
t=8500psi 
 
Primero, Se calcula el valor de Mt 
 
 
 
Se calcula el esfuerzo cortante admisible: 
 
 
 
Y como se trata de una sección sólida: 
 
 
 
Finalmente se calcula el valor del Diámetro 
 
 
 
 
3.6 VIBRACIONES MECÁNICAS 
. 
El análisis de las vibraciones en ingeniería mecánica es importante aplicar los conocimientos y el 
equipo para el análisis de vibraciones en términos básicos para: 
 
4.10 
4.11 
4.12 
4.13 
 
 
 
 
45 
 
• Análisis de vibraciones - lo que es y cómo se aplica 
 
• Elementos fundamentales de la vibración de máquinas, incluyendo las características de la 
vibración, como la frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleración, y fase 
 
• Resonancia, amortiguamiento, y velocidad crítica 
 
Desde la Revolución Industrial, el hombre ha estado produciendo máquinas que funcionan más y 
más rápido y que pueden manejar cargas más pesadas y soportar esfuerzos cada vez mayores. 
Desde el acoplamiento de una turbina de vapor al motor de turbina, hemos recorrido un largo 
camino, en términos de qué tan rápido giran los motores. 
 
Pero el hecho es que la mayor parte del equipo rotatorio de hoy en día es la variedad menos 
sofisticada, lo que incluye a las bombas, abanicos, cajas de engranes, y motores, y que funcionan 
a menos de 5000 RPM. Todas las máquinas rotatorias vibran, u oscilan, hasta cierto grado, y 
también producen ruido hasta cierto grado. 
 
Lo que hemos descubierto acerca del equipo rotatorio es que funciona más silenciosamente y con 
mayor suavidad, y dura más tiempo si las vibraciones producidas por la máquina se reducen a su 
nivel práctico más bajo. La vibración excesiva y el ruido que se le relaciona en una máquina 
indican que la máquina necesita reparación o ajuste, o que necesitará reparación o ajuste en el 
futuro cercano. 
 
La forma en que vibra una máquina es un indicador de falla de la máquina, o de la vida de las 
partes de la máquina que están vibrando, por ejemplo, los cojinetes. Entre menos vibre una 
máquina, más larga será su vida. Un buen ejemplo de esto es la maquinaria diseñada para los 
submarinos que funcionan silenciosamente. Aunque la necesidad del silencio se basó en el deseo 
no ser detectado, produjo el beneficio adicional de además tener maquinaria de más larga vida y 
más eficiente. 
 
 
 
3.7 FUNDAMENTOS DE LA VIBRACIÓN 
 
¿Qué exactamente es la vibración, en lo que se relaciona con la maquinaria? La vibración es el 
movimiento de una máquina o parte de máquina hacia atrás y adelante de su posición central 
normal, o posición de descanso. La vibración es causada por una fuerza que está cambiando en 
dirección o magnitud. Todas las máquinas tienen algunas imperfecciones leves que causan esta 
fuerza (o estas fuerzas); y por lo tanto, siempre hay presente alguna vibración. 
 
Generalmente el rotor, que tiene algún desbalance residual, es la masa, o fuerza, que se mueve 
en una máquina rotatoria. 
 
El desbalance hace esfuerzo contra los otros componentes de la máquina, como el eje, cojinetes, 
juntas y soportes. Los otros componentes funcionan todos como fuerzas restrictivas, y se 
convierten en los "resortes". 
 
 
 
 
 
46 
 
La mayoría de las máquinas contienen más de una fuerza que causa vibración. Otros 
componentes además del rotor pueden también contribuir a la vibración - un cojinete de gusano, 
un eje mal alineado, soportes sueltos - todos pueden aumentar la vibración y el ruido. 
 
Las fuerzas que causan vibraciones generadas