Optimizacion-del-mecanismo-de-cierre-rapido-de-una-valvula-de-corte-SDV

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA 
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN 
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS 
 
 
 
“OPTIMIZACIÓN DEL MECANISMO DE CIERRE RÁPIDO 
DE UNA VÁLVULA DE CORTE SDV PARA BATERÍAS DE 
SEPARACIÓN EN EL SISTEMA PETROLERO NACIONAL” 
 
 
Tesis para obtener el grado de 
Maestro en Ciencias con Especialidad en 
 Ingeniería Mecánica presenta: 
 
Ing. Enrique Alonso Rivera González 
 
 
 
Directores: Dr. Luis Héctor Hernández Gómez 
 Dr. Carlos Torres Torres 
 
México D.F. Junio 2014.
 
 
 
INSTITlTTO POLITÉCNICO NACIONAL 
COORDINACIÓN GENERAL DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN 
CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS 
En la ciudad de México, Distrito Federal, el día 26 del mes de Septiembre del año 2013 el 
que suscribe Ing. Enrique Alonso Rivera González, alumno del Programa de Maestría en 
Ciencias en Ingeniería Mecánica con número de registro 8021898, adscrito a la Sección de 
Estudios de Posgrado e Investigación, de la ESIME Unidad Zacatenco, manifiesta que es 
autor intelectual del presente Trabajo de Tesis, bajo la dirección del Dr. Luis Héctor 
Hemández Gómez y el Dr. Carlos Torres Torres, y cede los derechos del trabajo intitulado: 
"Optimización del Mecanismo de Cierre Rápido de una Válvula de Corte (SDV) para 
Baterías de Separación en el Sistema Petrolero Nacional", al Instituto Politécnico Nacional 
para su difusión, con fines académicos y de investigación. 
Los usuarios de la información no deben reproducir el contexto textual, gráficas o datos del 
trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este-puede ser obtenido 
escribiendo a las siguientes direcciones: enrique.alonso.rivera@pemex.com; 
eriver9@hotmail.com 
Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la 
fuente del mismo. 
/,.~_.....\ ---~-----· 
~~~ 
Ing. Enrique Alonso Rivera González 
Nombre y firma 
RESUMEN 
 
El transporte de aceite y gas desde los pozos, hacia los puntos de venta de Petróleos 
Mexicanos (PEMEX), viaja a través de diferentes instalaciones tales como baterías de 
separación, estaciones de bombeo, centros de proceso, estaciones de compresión, entre otras. 
En todos estos casos, existen sistemas instrumentados de seguridad, los cuales protegen la 
instalación y/o el ducto. 
 
Básicamente se utilizan válvulas de bola para este propósito. Las cuales funcionan con un 
actuador, que puede ser del tipo neumático, hidráulico, eléctrico, mecánico o combinación de 
estos. Se controla por medio de unos sensores. Cuando la presión sale de los rangos de 
operación, cierran o abren la válvula, de acuerdo con el protocolo de seguridad. Como 
resultado el hidrocarburo se aísla. De esta manera se mitigan los accidentes. Por lo tanto las 
válvulas son uno de los componentes principales del sistema de paro por emergencia. 
 
El conjunto válvula-actuador se le denomina SDV (Shut Down Valve), en el cual la válvula se 
encuentra abierta siempre, cerrando solo en caso de emergencia. La alternativa en caso 
contrario se llama BDV (Blow Down Valve). Normalmente está cerrada y abre en situaciones 
de emergencia. El actuador seleccionado para este estudio es el de una SDV del tipo yugo 
escocés, el cual convierte la fuerza lineal del pistón del cilindro neumático, en una fuerza que 
cierra la válvula. 
 
Una vez que se determinaron los parámetros de operación, el yugo escocés se rediseñó. El 
brazo de palanca se modificó, de tal manera que el torque de salida se incremente. El análisis 
estructural se determinó con el programa ANSYS. El yugo se modificó con la finalidad de 
obtener el mayor torque del actuador, con menor presión neumática del cilindro. Como 
resultado la vida del actuador se incrementa, el mantenimiento de las empaquetaduras 
disminuye así como el tiempo de cierre se redujo. Se toma cuidado en cumplir con las 
recomendaciones de la normativa aplicable de la industria petrolera mexicana. 
Se analizaron diversas geometrías del yugo escocés. La estructura seleccionada con las pinzas 
orientadas a 30° con respecto a su eje de simetría. En este caso, el torque se incrementa 37% y 
los esfuerzos de carga máxima son menores a los observados en el diseño original. Esta 
solución se puede aplicar en instalaciones similares de PEMEX. 
 
En una etapa final, se utilizaron los nuevos parámetros en el diseño de un sistema de control 
que funciona con nitrógeno. El cual se instaló en una válvula de 16” en la plataforma marina 
(Marsopa) en el Golfo de México. Se calibró para detectar condiciones de alta y baja presión. 
En caso de fuego se cierra el suministro de gas. Este sistema es autónomo. 
 
ABSTRACT 
 
The transport of oil and gas from the wells to the sale points of Petróleos Mexicanos 
(PEMEX), goes through different facilities, such as batteries of separation, pumping and 
compression stations and process plants, among others. In all these cases, there are 
instrumented systems of security, which protects the industrial facilities and the piping system. 
Basically, ball valves are used for this purpose. They are operated with an actuator, which can 
be pneumatic, hydraulic, electrical, mechanical or a combination of some of them. They are 
controlled by sensors. When the level pressure is out of the range of operation, the valves are 
opened or closed, in accordance with the protocol of security. The hydrocarbon, which is 
transported, is isolated. In this way, accidents are mitigate. Therefore, the valves are one of the 
main components of the shut down system. 
The set valve-actuator is denominated Shut Down Valve (SDV). The valve is normally opened 
and is closed in an emergency situation. The alternative arrangement is denominated Blow 
Down Valve (BDV). It is normally closed and is opened in an emergency situation. In the case 
of this work, the performance of the actuator of a SDV is analyzed. Its main mechanism is a 
Scottish yoke. It transforms the linear force of the piston of the pneumatic cylinder, into a 
moment, which closes the attached valve. 
Once the operation parameters of the actuator were determined, the Scottish yoke was 
redesigned. The arm lever was modified, in such way that the output moment was 
incremented. Its structural integrity was determined with ANSYS code. The yoke was 
modified in order to obtain the biggest moment of the actuator with the lowest pneumatic 
pressure of its cylinder. As a result, the life of the actuator was incremented, the maintenance 
of the gaskets was diminished and the closing time was reduced. Care was take in order to 
fulfill the recommendations of the applicable regulations of the Mexican oil industry. 
Diverse geometries of the Scottish yoke were analyzed. In the selected arrangement, the nails 
were oriented at 30° with respect to its axis of symmetry. In this case, the opening torque was 
incremented 37% and the stress peaks were lower than those observed in the original design. 
This solution can be applied in similar facilities of PEMEX. 
In a final step, the new parameters were used in the design of a control system, which operates 
with nitrogen. It was installed with a 16” valve in a marine platform (Marsopa) in the Gulf of 
Mexico. It was calibrated to detect low and high pressure conditions. In case of fire, it close 
the supply of gas. This system is autonomous. 
DEDICATORIA 
A Dios, por elegir para mí este destino, dándome la fortaleza y voluntad para 
seguir adelante todos los días de mi vida. 
A mis padres, Pablo Rivera Tremari (♰) y Columba González Aguilera, que me 
dieron la vida y me enseñaron a ser una persona de bien, con valores y 
principios, a conducirme con rectitud, así como apoyarme siempre en todos mis 
proyectos. Sin su apoyo no hubiera llegado hasta aquí, a ustedes les dedico este 
logro y les doy las gracias por ser unos padres ejemplares, a ti papá a dondequiera que te encuentres, te sigo extrañando. 
A mis hijos, Enrique y Hannia Valeria y a mi esposa Arlette, por su cariño y 
apoyo, que sea una muestra del esfuerzo de cuando te propones un objetivo, 
aunque esté muy alto, si te lo propones alcanzar con perseverancia, dedicación y 
coraje, se puede obtener todo lo que quieres. 
A mis hermanos Pablo (♰), Neyra, Javier, algún día les platiqué con obtener este 
triunfo, les agradezco los ánimos y creer en mí. De ustedes aprendí a ser lo que 
soy, los quiero mucho. 
A mi gran amigo Jose Manuel Milo Mora, por su incondicional apoyo. 
A mi tío Braulio González Aguilera, y amigos que de alguna u otra manera 
colaboraron para poder realizar este proyecto, aunque sus nombres no estén 
escritos aquí, pero sí en mi memoria. 
 
A todos ellos les digo gracias. 
 
AGRADECIMIENTOS 
Al Instituto Politécnico Nacional y la Sección de Estudios de Posgrado e 
Investigación (SEPI) de la ESIME-ZAC. Por darme la oportunidad de poder 
superarme profesionalmente. 
Al Dr. Luis Héctor Hernández Gómez, le agradezco infinitamente por todo su 
tiempo, experiencia, apoyo y consejos dedicados para la realización de esta tesis. 
A mis profesores de la maestría, por toda la enseñanza recibida, en especial a la 
memoria del M. en C. Ricardo López Martínez (♰), por su gran amistad y apoyo. 
A mis compañeros de la maestría por conformar un grupo de amistad y 
compañerismo. 
A mis compañeros del Grupo Multidisciplinario de Mantenimiento, Equipo 
Dinámico y Sistemas Auxiliares del Activo de Producción Poza Rica-Altamira, 
Región Norte, de Petróleos Mexicanos, en especial al Ing. Rafael Rangel Rivas, 
por el apoyo y facilidades otorgadas para la realización de este trabajo. 
A Petróleos Mexicanos que ha sido la empresa a la cual le debo mi experiencia 
en este campo de la Ingeniería Mecánica. 
 
 
Gracias. 
 
 
 
 
 
"Los científicos estudian el mundo tal como es, los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido". 
 Theodore von Kárman.
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
petrolero nacional 
 
 I 
 
ÍNDICE 
Índice…………….………………………………………………………………………….…..I 
Índice de tablas…………………………………………………………………..……………..V 
Índice de figuras……...……………………………..…………………………………...........VI 
Simbología…..………………………………………………………………………………....X 
Glosario…...…………………………………………………………………………………...XI 
Introducción……..………………………………………………………………………….......1 
Objetivo…..……………………………………………………………………………………..7 
Justificación…….………………………………………………………………………...…….8 
Metodología....….……………………………………………………………………..………..9
Capítulo 1. Generalidades sobre actuadores instalados en válvulas de corte rápido SDV.......10 
1.1 El petróleo…….……....…………………………………………………………………...11 
 1.1.1 Origen del Petróleo……..……..…………………...……………………….………...11 
 1.1.2 Regiones Petroleras de México.......………………...………………………………...12 
1.2 Transporte de hidrocarburos..........……..…………………………………………………15 
 1.2.1 Oleogasoducto.………………………………………………………………………..15 
1.3 Separación de hidrocarburos……..………………………………………………..………17 
 1.3.1 Baterías de separación…………….……….………………………………………….17 
 1.3.2 Tipos de separadores……..…………………………………………………………...18 
 1.3.2.1 Separador tipo ciclón……..…..…..………………………………………………...18 
 1.3.2.2 Separadores bifásicos-trifásicos…...….…..………………………………………...19 
1.4 Protección de oleogasoductos e instalaciones…………………………………………….22 
 1.4.1 Sistema de paro por emergencia (SPPE)....………..…..………………....…………..22 
 1.4.2 Sistema SCADA…………………......……………………………………………….24 
 1.4.3 Válvula de corte rápido (SDV)……......…………………….………………………..25 
 1.4.4 Actuadores de la válvula de corte rápido SDV…...…………………………………..25 
 1.4.5 Fuente de suministro neumático………....…………………………..…………….…33 
 1.4.6 Material de construcción de los actuadores de las válvulas de corte rápido………....34 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 II 
 
 1.4.7 Material de construcción del yugo escocés……….…………….…………………....35 
 1.4.8 Aplicaciones del hierro dúctil………..…..…………..……..……..………………….36 
1.5 Tipo de junta para la válvula de corte rápido (SDV)….……....……….…..……………..37 
 1.5.1 Mecanismo tipo piñón-cremallera…....……..…..……………………………………37 
 1.5.2 Mecanismo tipo paleta rotatoria……...………………………………………………37 
 1.5.3 Mecanismo tipo yugo escocés…..….…………………………..…………………….38 
1.6 Planteamiento del problema……..….….……………………………………………....….39 
1.7 Referencias…….…..………………………………………………………………………41 
Capítulo 2. Marco Teórico………………..…………………………………………………...42 
2.1 Teorías de falla….…………………………………………………………………………43 
 2.1.1 Materiales dúctiles……………………….…………………………………………...43 
 2.1.1.1 Teoría del esfuerzo cortante máximo…….….……………………………………...44 
 2.1.1.2 Teoría de la energía máxima de distorsión (Criterio de Von Mises)…….....……...44 
 2.1.2 Materiales frágiles………………………………………………………….………....45 
2.2 Historia del Método del Elemento Finito….........………….…...…………..…………….46 
 2.2.1 Método de Hrennikoff para el análisis del elemento finito ………......…………..…46 
 2.2.2 Método de Courant para el análisis del elemento finito…………………………..….46 
 2.2.3 Método de Galerkin para el análisis del elemento finito…….………….……………46 
2.3 Análisis por elementos finitos mediante un programa de cómputo……..………………...49 
 2.3.1 Procedimiento general del análisis por elementos finitos aplicando un programa..….49 
 2.3.2 Conceptos para el modelado por el método del elemento finito……….….……….…50 
 2.3.2.1 Elementos planos 2D.................................................................................................51 
 2.3.2.2 Elementos cinemáticos 2D…..……………….…………..………………………....51 
 2.3.2.3 Elementos “Armadura”…….……….….…...….………………………….………..52 
 2.3.2.4 Elementos “Viga”…….……….……………………………………………………53 
 2.3.2.5 Elementos Axisimétricos…….……………..………………………………………53 
 2.3.2.6 Sólidos elásticos tridimensionales o elementos Brick………….....…..…….……...54 
 2.3.3 Selección del tipo de Elementos.……………………………………………………..56 
2.4 Programa ANSYS®……………………………………………………………...………..56 
2.5 Consideraciones en el análisis del yugo escocés con el programa ANSYS®……………58 
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 III 
 
2.5 Referencias………...………………………………………………………………………59 
Capítulo 3 Análisis del yugo escocés…....…………………………………………………….60 
3.1 Modificación del mecanismo de cierre rápido de una válvula de bola SDV de 12” Ø...…61 
3.1.1 Problemática de las válvulas de corte rápido (SDV) de la red de gasoductos urbanos 
en la ciudad de Poza Rica, Veracruz..…………………………...………………………....61 
3.1.2 Válvula SDV y gasoducto a analizar….……………………………………………...62 
3.1.3 Dimensiones del cilindro neumático…..….………………………………….……….65 
3.1.4 Cálculo del cilindro neumático de simple efecto en el avance…..………….……….66 
3.2 Modificaciones propuestas del yugo escocés……………………………………………..69 
Capítulo 4 Evaluación de resultados...……..………………………………………………….74 
4.1 Simulación numérica y análisis de resultados…………………………………………….75 
4.1.1 Desarrollo del modelo…………………………………………………………………...75 
4.1.2 Tipo de elemento y propiedades del material…………………………………………...75 
4.1.3 Condiciones de frontera y aplicación de las cargas……………………………………..76 
4.1.4 Convergencia……………………………………………………………………………76 
4.1.5 Aplicaciones de las cargas a los modelos estudiados…………………………………...78 
4.1.6 Resultados de los modelos estudiados…………………………………………………..79 
4.2.Discusión de los resultados obtenidos………..………………………………….………..85 
Conclusiones…………………………………………………………………………………..88 
Recomendaciones para trabajos futuros………………….……………………………………92Anexo A.………..………………………………………………………………………...…...95 
A.1 Posible aplicación de mejora al mecanismo de las válvulas SDV, en el enlace con 
instalaciones costa afuera.……..…………………………………..……………………….96 
A.2 Aplicación de mejora al mecanismo de las válvulas SDV, en instalaciones costa afuera 
………………………………………………………………………………………………91 
 A.3 Importancia de la utilización de la válvula de corte rápido……..……………………100 
 A.4 Área de oportunidades en el Activo de Producción Poza Rica- Altamira, Región Norte 
 ……………………………………………………………………………………………...104 
Anexo B....………..………………………………………………………………………….105 
 B.1 Diseño del tablero de control de una válvula de corte rápido SDV………..…..……106 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 IV 
 
 B2. Filosofía de operación de una válvula de corte rápido SDV, de acción simple con 
CIretorno por resorte, en forma automática y manual……………………………………….108 
Anexo C....………..……………………………………………………………………….....112 
 C1. Técnica de fotoelasticidad……….……………………………………………………113 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 V 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1-1 Variedades de crudo para exportación que produce Pemex………….……………12 
Tabla 1-2 Tipos de actuador de las válvulas de corte rápido que se utilizan en instalaciones 
costa fuera……………………………………………………………………………………..26 
Tabla 1-3 Tipos de actuador de las válvulas de corte rápido que se utilizan en instalaciones 
terrestres……………………………………………………………………………………….27 
Tabla 1-4 Propiedades mecánicas de diferentes grados de hierro dúctil…..………………….36 
Tabla 4-1 Cargas aplicadas a los modelos analizados………………………………………...78 
Tabla R-1 Tiempos de apertura y cierre de los actuadores hidráulicos………………………93 
Tabla A-7 Censo, costo estimado en su refaccionamiento de las válvulas SDV del Activo de 
Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte……….……….………………………..…...104 
Tabla B-1 Ficha técnica de la SDV para la cual se construyó el tablero de control 
neumático…………………………………………………………………………………….106 
Tabla B-2 Costo de materiales para fabricar el tablero de control de una SDV………….….107 
Tabla C-1 Características de franjas isocromáticas………………………………………….115 
 
 
 
 
 
 
 
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 VI 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1-1 Región Norte y sus activos (zona petrolera)……..………………………………12 
Figura 1-2 Región Sur y sus activos (zona petrolera)…....……………………………………13 
Figura 1-3 Región Marina Noreste y sus activos (zona petrolera)…………..…..…………....14 
Figura 1-4 Región Marina Suroeste y sus activos (zona petrolera)…………..…..…………...14 
Figura 1-5 Construcción del primer oleogasoducto en México…..…………..……………….15 
Figura 1-6 Red de oleogasoductos de la Región Marina Noreste…..……………..………….16 
Figura 1-7 Llegada del oleogasoducto de 20ӯ marino de enlace de la Plataforma Marsopa a 
la batería de separación Punta de Piedra………………………………………………………16 
Figura 1-8 Esquema típico de una batería de separación…….……………………………….18 
Figura 1-9 Separador ciclónico vertical y sus elementos internos…...……………………….19 
Figura 1-10 Separador horizontal con sus instrumentos de medición…..…………………….21 
Figura 1-11 Esquema de un separador trifásico…..…………………………………………...21 
Figura 1-12 Separador vertical bifásico…..............…………………………………………...22 
Figura 1-13 Esquema de un separador horizontal bifásico..….……..………………………..22 
Figura 1-14 Sistema digital de monitoreo y control del sistema de paro por emergencia del 
centro de proceso Nohoch-Alfa, Activo Cantarell, Región Marina Noreste…………………23 
Figura 1-15 Centro de monitoreo y control SCADA………………………………………….24 
Figura 1-16 Esquema de una válvula de bola mostrando sus componentes internos…..…….25 
Figura 1-17 Actuador eléctrico de doble motor para válvulas de corte……………………….28 
Figura 1-18 Actuador hidráulico tipo paletas con bomba hidráulica manual…….…………..29 
Figura 1-19 Actuador electrohidráulico tipo paletas con bomba hidráulica manual………….30 
Figura 1-20 Actuador neumático de doble acción sin bomba hidráulica…..…………………31 
Figura 1-21 Actuador neumático de yugo escocés de acción simple con retorno por resorte..31 
Figura 1-22 Válvula SDV con actuador hidroneumático de doble acción con pistón hidráulico, 
SDV de 24” Ø llegada de la plataforma Lankahuasa-A en la EPMG EL Raudal……………32 
Figura 1-23 Válvula de corte rápido SDV de 24” con actuador hidroneumático de tipo paletas, 
ubicada en el C.P. Akal-Golfo, Activo Cantarell, Región Marina Noreste…………….……..33 
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 VII 
 
Figura 1-24 Esquema de las partes de un actuador de acción simple con retorno por resorte y 
sus materiales de fabricación………………………………………………………………….35 
Figura 1-25 Esquema de una junta canteada y simétrica de un yugo escocés………………...38 
Figura 2-1 Figura (a) dominio xa ≤ x ≤ xb discretizado en M elementos, figura (b) cuatro 
primeras funciones de prueba……….…………………………………………………….......48 
Figura 2-2 Ejemplos de elementos: triángulo (3 nodos) cuadrilátero (4 nodos)……………....51 
Figura 2-3 Elementos Truss (Armadura)….…………………………………..………………52 
Figura 2-4 Elementos Beam Tridimensional (Viga)…………………………………………..53 
Figura 2-5 Elementos Axisimétricos…………………………………………………………54 
Figura 2-6 Elementos Brick Sólidos………………………………………………………….55 
Figura 2-7 Elementos tetraedros y hexaedros ……………………….…………...…………..55 
Figura 3-1 Red de gasoductos urbanos de baja presión del Activo de Producción Poza Rica 
Altamira, Región Norte…………………………………………….………………………….61 
Figura 3-2 Válvula SDV de 12”Ø instalada en el gasoducto de baja presión de la Batería de 
Separación Poza Rica III, Activo de Producción Poza Rica Altamira Región Norte……......62 
Figura 3-3 Esquema de una válvula de bola Marca P.V.B. mostrando sus internos…….……63 
Figura 3-4 Gráficos de torque máximo del vástago y presión-temperatura de la válvula de 
12”Ø clase 300 marca P.V.B………………………………………………………………….63 
Figura 3-5 Ficha técnica del gasoducto en el tramo que va de la B.S. Poza Rica III a la B.S. 
Poza Rica XI, Activo de Producción Poza Rica Altamira, Región Norte…………………….64 
Figura 3-6 Ficha técnica del actuador marca Bettis instalado en la B.S. Poza Rica III, Activo 
de Producción Poza Rica Altamira, Región Norte……………………………………………64 
Figura 3-7 Dimensiones del cilindro neumático del actuador marca Bettis modelo Robotarm II 
Serie G3020-SR1CW-M11……………………………………………………………………65 
Figura 3-8 Esquema del torque de salida y torque a 45° de un yugo escocés de un actuador...68 
Figura 3-9 Dibujo en Autocad 2010® de un yugo escocés de un actuador marca Morín de 1”Ø 
con acotaciones en cm. y con escala 2:1………...…………………………….………………69 
Figura 3-10A Alternativa A……………………………………………….……………….….69 
Figura 3-10B Alternativa B……………………………………………….……………….….69 
Figura 3-11 Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés original……………….….70 
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 VIII 
 
Figura 3-12A Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés modificado a 15°…..…..71 
Figura 3-12B Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés modificado a 30°…..…..71 
Figura 3-13 Representación geométrica del torque del yugo escocés………………………..73 
Figura 4-1 Componentes del yugo escocés……………………………………………………75 
Figura 4.2 Aplicaciones de la carga…………………………………………………………...76 
Figura 4.3 Prueba de convergencia……………………………………………………………77 
Figura 4-4 Discretización del modelo………………………………………………………...77 
Figura4-5A Mejora del discretizado en las partes de interés (Pinzas – Saliente)……..….….78 
Figura 4-5B Mejora del discretizado en las partes de interés (Cuña)……………..………….78 
Figura 4-6 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo original (Pinzas – Saliente)…..79 
Figura 4-7 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo original (Cuña)……………....80 
Figura 4-8 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 15° (Pinzas – 
Saliente) ...…………………………………………………………………………………….81 
Figura 4-9 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 15° (Cuña)…….82 
Figura 4-10 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° (Pinzas – 
Saliente)……………………………………………………………………………………….83 
Figura 4-11 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° (Cuña)…...84 
Figura 4-12 Esfuerzos críticos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° 
(Cuña)…………………………………………………………………………………………85 
Figura 4-13 Gráfica del yugo escocés original…………………….........................................86 
Figura 4-14 Gráfica del yugo escocés modificado a 15°……………….................................86 
Figura 4-15 Gráfica del yugo escocés modificado a 30°……………….................................86 
Figura C-1 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 20N.….90 
Figura C-2 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 30N.….90 
Figura C-3 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 40N.….91 
Figura C-4 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 50N.….91 
Figura A-1 Válvula de corte rápido instalada en la batería de separación Punta de Piedra, 
Activo de Producción Poza Rica-Altamira Región Norte…..…………..……………………96 
Figura A-2 Ubicación geográfica del enlace de la plataforma marina Marsopa, con la batería 
de separación Punta de Piedra, Activo de Producción Poza Rica-Altamira ……….…………97 
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 IX 
 
Figura A-3. Ubicación geográfica de la plataforma marina Lankahuasa-A, y la estación de 
proceso y manejo de gas El Raudal, Activo de Producción Poza Rica-Altamira,……..97 
Figura A-4A Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la 
Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………98 
Figura A-4B Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la 
Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 
Figura A-4B Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la 
Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 
Figura A-4C Imagen de la válvula de compuerta de 4” instalada en el ducto de salida de la 
Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 
Figura A-5 Cotización de un actuador de acción simple, con retorno por resorte de 8” marca 
Bettis…..……………………………………………………………………….…..….……..100 
Figura A-6 Incendio de la Plataforma Piper Alpha, Mar del norte, 6 de julio de 1988.……101 
Figura A-7 Imágenes de la explosión e incendio del gasoducto de 30” Nuevo Teapa-Venta de 
Carpio, 19 de diciembre del 2010.…………………………………………………………...102 
Figura A-8 Imágenes de la explosión e incendio del gasoducto de 24” Cactus-Guadalajara 16 
de diciembre del 2013………………………………………………………………………..103 
Figura B-1 Tablero de control construido para la SDV de 16” de la plataforma Marsopa en el 
oleoducto de llegada de la Plataforma Carpa-B, Activo de Producción Poza Rica-
Altamira……………………………………………………………………………………...106 
Figura B-2 Instructivo de operación para pasar de modo automático a manual, una válvula 
SDV de acción simple con retorno por resorte, mediante un control neumático……...…….109 
Figura B-3 Instructivo de operación para pasar de modo manual a automático, una válvula 
SDV de acción simple con retorno por resorte, mediante un control neumático……...…….110 
Figura B-4 Imagen de un tablero de control construido por el autor de este trabajo de tesis, 
para una SDV de doble acción…………..……………………………………………..…….111 
Figura AC-1 Polariscopio circular…………………………………………………...............114 
Figura AC-2 Componentes del Polariscopio circular……..………………………................114 
 
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 X 
 
SIMBOLOGÍA 
°F - Grados Fahrenheit de temperatura 
Ø - Diámetro 
π - Constante, es la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro 
A – Área 
c.a. - Corriente alterna 
c.d. - Corriente directa 
Fn - Fuerza real o efectiva del émbolo 
FF - Fuerza del resorte en el retorno 
FR - Fuerza de rozamiento (10% de la fuerza teórica) 
Fteórica - Fuerza teórica del émbolo 
h - Altura 
NRF – Norma de referencia 
psi - Libra por pulgada cuadrada 
r - Radio de un círculo 
R.C. - Relación de compresión 
S - Superficie del émbolo 
V - Volumen 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Circunferencia
http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%A1metro
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 XI 
 
GLOSARIO 
Abre a falla.- Condición en donde el actuador mueve la válvula a la posición abierta cuando 
el suministro del fluido de potencia o la energía motriz falla. 
 
Actuador.-Dispositivo adjunto a una válvula industrial de propósito general, para 
proporcionar la operación de apertura o cierre de una válvula. El dispositivo está diseñado, 
para operar con un fluido de potencia o energía motriz, el cual puede ser eléctrico, hidráulico, 
neumático, manual, o una combinación de estas. El movimiento está limitado por la carrera, 
par (torque). 
 
Actuador de doble acción.-Actuador en el cual la fuerza es suministrada en cualquier 
dirección, para abrir o cerrar. 
Actuador eléctrico.-Actuador que convierte energía eléctrica en movimiento. 
Actuador electrohidráulico.- Actuador que convierte energía eléctrica a presión hidráulica y 
ésta a su vez en movimiento. 
 
Actuador hidráulico.- Actuador en el cual se convierte la energía del fluido no compresible, 
en movimiento. 
 
Actuador neumático.-Actuador que convierte la energía de un fluido compresible (aire seco-
gas amargo, gas dulce, nitrógeno), en movimiento. 
 
Actuador de paletas.-Actuador en el cual un fluido actúa sobre un elemento pivotado, la 
paleta, para proporcionar un movimiento rotatorio. 
 
Actuador de pistón.-Actuador en donde un fluido actúa sobre un pistón móvil para 
proporcionar movimiento al vástago del actuador. 
 
Actuador de simple acción.-Actuador en el cual la fuerza suministrada actúa en una sola 
dirección, ejemplo, un actuador de diafragma-resorte o un actuador de pistón retorno por 
resorte. 
 
Aguas abajo.- Concepto que se refiere a la dirección del flujo a partir de un punto como una 
válvula e indica la trayectoria del flujo. 
 
Aguas arriba.- Concepto que se refiere a la dirección de contraflujo a partir de un punto como 
una válvula. 
 
BDV.- Válvula de desfogue rápido (Blow Down Valve). 
 
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 XII 
 
Banda muerta.- Es el máximo campo de variación de la variable en el proceso real, para lo 
cual, el instrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control. 
 
Carrera.-Movimiento del actuador de la válvula desde la posición cerrada hasta una posición 
intermedia o a la posición totalmente abierta (o viceversa). 
 
CW.- Acción o giro que realiza un actuador en el sentido de las manecillas del reloj. 
(Clockwise). 
 
CCW- Acción o giro que realiza un actuador en el sentido contrario de las manecillas del 
reloj. (Counter clockwise). 
 
Cierre a falla.- Condición en donde el actuador mueve la válvula a la posición cerradacuando 
el suministro del fluido de potencia o la energía motriz falla. 
 
Conmutar.- Cambiar el flujo de la presión mediante un instrumento. 
 
ESD.- Estación de paro de emergencia. 
 
Hart.- Protocolo de uso común en los sistemas de control, que se emplea para la 
configuración remota y supervisión de datos, con instrumentos de campo. 
Manifold.-Sistema de tuberías que cuenta con múltiples puertos para conexiones, canalizando 
el flujo hacia cierta dirección. 
NPT.- (National Pipe Thread,) Rosca nacional de tubos o rosca estadounidense cónica para 
tubos, que se aplica para la estandarización del roscado de los elementos de conexión, 
empleados en los sistemas e instalaciones hidráulicas. 
NPTF.- (National Pipe Taper Fuel) Rosca estadounidense cónica para tubos de sellado en 
seco, que hace innecesario el uso de teflón o material de sellado. (Norma ANSI B1.20.3). 
PAF.-Pruebas de Aceptación en Fábrica (FAT. factory acceptance test). 
Par galvánico.- Proceso en el que un metal se corroe cuando está en contacto con un tipo 
diferente de metal y se encuentran en un medio húmedo. 
PAS.-Prueba de Aceptación en Sitio (OSAT. on site acceptance test). 
Protocolo de comunicación.-Conjunto formal de reglas convencionales que rigen el formato 
y la sincronización relativa al intercambio de mensajes entre dos o más dispositivos en una red 
de comunicaciones. 
PSL.- Sensor de baja presión. (Pressure sensor low). 
 
PSH.- Sensor de alta presión. (Pressure sensor high). 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Roscado
http://es.wikipedia.org/wiki/ANSI
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 XIII 
 
Rango.- Conjunto de valores comprendidos entre los límites superior e inferior de medida, en 
los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. 
 
Redundancia.-Término que significa que a falla de algún elemento, otro de semejantes 
características continúa operando al instante sin detener el proceso. 
 
SDV.- Válvula de corte rápido (Shut Down Valve). 
 
Sensor.- Elemento primario de medición. 
 
SIS.-Sistema instrumentado de seguridad compuesto por sensores, procesadores lógicos y 
elementos finales de control, que tiene el propósito de llevar a un estado seguro, cuando se han 
violado condiciones predeterminadas. 
 
Span.- Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. 
 
SPPE.- Sistema de paro por emergencia. 
 
Tapón fusible.- Tapón de acero inoxidable rosca NPT desde ⅛” hasta ½”, el cual tiene un 
orificio. Contiene una aleación que al contacto con el fuego se funde y libera la presión de aire 
o gas entrampado, se funde desde 70° C hasta 180°C. 
 
TMR.- Triple redundancia modular, se emplea en los sistemas de seguridad, para garantizar la 
continuidad en la detección y supresión, emplea un sistema de votación 3-2-0, indicando que 
se actuará en caso de tener 3 ó 2 salidas iguales, en caso de ser diferentes los resultados, no se 
ejecuta la salida. 
 
Torque.-Capacidad para producir un giro o rotación alrededor de un punto, ocasionado por 
una fuerza externa, aplicada a un brazo de palanca. 
 
Torque de apertura.-Torque requerido para rotar la válvula a la posición de apertura. 
 
Torque de cierre.-Torque requerido para rotar la válvula desde la posición de apertura, a la 
posición de totalmente cerrado. 
 
Transmisor.-Se conoce como transmisor en el campo de la instrumentación y control, al 
conjunto acondicionador de señal, en casos integrado al sensor y en otros como un dispositivo 
independiente, conectado al sensor mediante conductores eléctricos. Pueden ser de presión, 
temperatura, flujo. 
 
Última posición a falla.- Es una condición, en donde el elemento que cierra la válvula, 
permanece en la última posición cuando el fluido de potencia o la energía motriz falla. 
 
 
 
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 1 
 
INTRODUCCION. 
 
Petróleos Mexicanos (PEMEX), se especializa en la extracción, producción, transporte, 
refinación y exportación de hidrocarburos. Cuenta con la infraestructura para transportar 
hidrocarburos y personal calificado para mantener en condiciones la red de oleogasoductos. 
 
El transporte de hidrocarburos por todo el territorio nacional, proveniente de los yacimientos 
de petróleo, hasta su llegada a las baterías de separación o estaciones de recolección, bombeo 
y puntos de venta, requiere de un control y monitoreo constante por medio de mecanismos y 
componentes para asegurar la integridad del oleoducto, evitar daños personales, al ambiente e 
instalaciones y por consecuencia, la producción diferida de hidrocarburos. 
 
Uno de los sistemas instrumentados de seguridad (SIS), en la red de oleogasoductos de 
Petróleos Mexicanos, el cual bloquea o desfoga el flujo, es la válvula de corte rápido (SDV) o 
(BDV). Para este efecto, un actuador instalado sobre una válvula de bola, convierte una fuerza 
lineal en rotatoria, transmitiéndola al vástago por medio de un acoplamiento llamado yugo 
escocés. En estos ciclos de cierre-apertura, es de vital importancia el tiempo en el cual se 
realizan, ya que tiene que bloquear o desfogar con rapidez, asegurando la continuidad del 
proceso y las instalaciones. 
 
Para el desarrollo de este estudio, se utilizaron los parámetros de operación de las válvulas de 
corte rápido SDV, de las baterías de separación y plataformas marinas del Activo de 
Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte. Se analizaron los tiempos de cierre-apertura de 
las válvulas, observando la problemática existente, proponiendo una mejora al mecanismo de 
cierre rápido, con la finalidad de aumentar la seguridad en estas instalaciones. 
 
El desarrollo del presente trabajo de tesis se divide en cuatro capítulos: 
 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 2 
 
Capítulo 1.- Se muestra de manera general, los orígenes del petróleo, los inicios de la 
industria petrolera en México, los medios más comunes de transporte de hidrocarburos, el 
proceso de separación del aceite-gas-agua en las baterías de separación, los aspectos generales 
de los actuadores instalados sobre válvulas de corte rápido (SDV). A partir de esta 
información se hace el planteamiento del problema a desarrollar y la metodología a seguir, en 
el trabajo de tesis. 
 
Capítulo 2.- Se analizan las teorías de falla aplicables al caso, se describen los fundamentos 
del método del elemento finito aplicado a esfuerzos, así como también se describe el programa 
(ANSYS®) aplicado a esfuerzos. 
 
Capítulo 3.- Se rediseña, modifica y analiza la geometría del yugo escocés, por medio del 
programa de análisis por el método del elemento finito (ANSYS®). Se modela la pieza, 
evaluando su deformación, al simular esfuerzos y cargas. 
 
Capítulo 4.- De acuerdo a cálculos del capítulo 3, se realizan pruebas experimentales y se 
analizan los resultados obtenidos, los cuales son satisfactorios y se pueden aplicar para 
resolver la problemática. 
 
Conclusiones.- Estas se obtuvieron, de los análisis de las pruebas experimentales, en los 
cuales se recomienda considerar modificar las normas NRF-030-PEMEX-2009 (diseño, 
construcción, inspección y mantenimiento de ductos terrestres para transporte y recolección de 
hidrocarburos), NRF-152-PEMEX-2013 (actuadores para válvulas), con la finalidad de mejora 
a los sistemas. 
 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 3 
 
Uno de los campos de acción y líneas de investigación que se llevan a cabo en la Escuela 
Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica en Zacatenco, es la aplicación del métododel 
elemento finito en el análisis, diseño y evaluación de estructuras sometidas a cargas o 
simulando esfuerzos, para determinar la integridad estructural. 
A este respecto, algunas tesis de maestría que se han realizado para la industria nuclear y 
petrolera son las siguientes: 
Martínez [I.1] presenta la aplicación de los diagramas de evaluación de falla en la 
determinación de la integridad de estructuras vinculadas a la industria nucleoeléctrica y 
suministro de gas. Vázquez [I.2] aplica la mecánica de fractura para evaluar la integridad 
estructural en gasoductos, utiliza el método del elemento finito mediante el programa 
(ANSYS®). Martínez [I.3] establece una metodología, con base en la mecánica de la fractura 
y el uso del método del elemento finito, calculando el factor geométrico adimensional definido 
en la integral J plástica, correspondiente a tuberías con grietas no pasantes, sometidas a cargas 
de tensión y flexión combinadas. Balanzá [I.4] propone calcular la sección recta del balancín 
elevador de una unidad de bombeo mecánico usando la teoría básica de la flexión de vigas y la 
teoría de falla de Von Mises. Méndez [I.5] desarrolló una metodología con base en la 
mecánica de la fractura, aplicando el método del elemento finito mediante el programa 
(ANSYS®), para determinar el comportamiento de la coraza del núcleo de un reactor BWR, 
cuando se postula que está agrietado circunferencialmente. Mora [I.6] realiza un estudio de 
integridad estructural, determinando el tamaño de la grieta permisible en la estructura de 
concreto reforzado, de la contención primaria tipo Mark II de un reactor nuclear de agua en 
ebullición. Lara [I.7] realizó estudios de integridad mecánica al gasoducto de 24”Ø x 39.040 
km. San Andrés-Poza Rica. Cárdenas [I.8] realizó el análisis comparativo de evaluación de 
defectos en ductos. Reynoso [I.9] realizó un análisis de esfuerzos a un oleogasoducto marino 
de 20”Ø, evaluando la integridad estructural bajo las condiciones climatológicas imperantes en 
la zona marina empleando el programa de tuberías CAESAR II, determinando los esfuerzos y 
desplazamientos a los que se somete el oleogasoducto. Corona [I.10] realizó un diseño de 
cabezal de distribución para un generador de vapor en el fondo de un pozo petrolero maduro. 
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 4 
 
Espinosa [I.11] realizó un diseño de prototipo de laboratorio de un cabezal de distribución, 
para la extracción de crudo en un yacimiento petrolero maduro. 
 
Esta tesis, se agrupa en esta línea de investigación encontrándose en el caso de tener un 
mecanismo de cierre rápido confiable, para la operación segura de oleogasoductos o 
instalaciones estratégicas de bombeo de crudo, compresión de gas o plataformas marinas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 5 
 
Referencias 
I.1 Martínez Trinidad José (2000) “Análisis Elastoplástico de Estructuras Agrietadas. Tesis de 
Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.2 Vázquez Montes de Oca Gabriel G. (2000) “Análisis Numérico Tridimensional de Grietas 
Circunferenciales en Ductos. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.3 Martínez Estrella Arturo Amadeo (2002) “Análisis Elastoplástico de Grietas 
Circunferenciales No Pasantes en Ductos Bajo Carga Axial y Momento Flexionante 
Combinadas. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.4 Balanzá Chavarría Julio Cesar de Jesús (2004) “Diseño del Balancín Elevador de una 
Unidad de Bombeo Mecánico Petrolera Mark II para Sustituir su Importación. Tesis de 
Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.5 Méndez Méndez Juan Vicente (2005) “Determinación de Tamaño Admisible de Grieta en 
Cilindros de Pared muy Delgada y su Aplicación a Reactores Nucleares. Tesis de Maestría. 
SEPI-ESIME-IPN. 
I.6 Mora Santos Carlos Alberto (2006) “Análisis de Fractura en la Contención Primaria Tipo 
Mark II de un Reactor de Agua en Ebullición para Generación de Energía Eléctrica. Tesis de 
Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.7 Lara Segura Javier (2007) “Revisión y Estudios de Integridad Mecánica al Gasoducto de 
24”Ø (610mm) x 39.040 km. San Andrés-Poza Rica. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.8 Cárdenas Ruiz Mario Antonio (2007) “Análisis Comparativo de Evaluación de Defectos en 
Ductos Entre Estudios Realizados con Equipos Instrumentados Inteligentes de Segunda y 
Tercera Generación. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
I.9 Reynoso Martínez Luis Omar (2012) “Análisis de Esfuerzos en Oleogasoducto de 20”Ø x 
7.0 km, que sale de la Plataforma Kambesah hacia la Plataforma Kutz-Ta, en el Golfo de 
México. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 6 
 
I.10 Corona Mejía Angel Salvador (2014) “Diseño de Cabezal de Distribución para Generador 
de Vapor en el fondo de un Pozo Petrolero Maduro. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. 
 
I.11 Espinoza Zavala Rafael (2014) “Diseño de un Prototipo de Laboratorio de Cabezal de 
Distribución para la Extracción de Crudo en Yacimiento Petrolero Maduro. Tesis de Maestría. 
SEPI-ESIME-IPN. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 7 
 
OBJETIVO. 
Este trabajo de investigación, responde a las necesidades existentes en los oleoductos, sistemas 
instrumentados de seguridad y paro de emergencia, pertenecientes a instalaciones estratégicas 
de Petróleos Mexicanos. Se busca optimizar, rediseñando el mecanismo de cierre (yugo 
escocés) de un actuador hidroneumático, instalado en una válvula de corte rápido SDV, 
llamado así al conjunto de válvula de bola y actuador, realizando el cierre (Shut Down) o 
apertura (Blow Down) en un lapso corto de tiempo, cuando se detecta algún cambio de presión 
en el oleogasoducto, y sale de los parámetros a los cuales fue calibrado el actuador. 
Con el mecanismo optimizado, se mejorará la apertura-cierre de la válvula de bola de 12”Ø, 
clase 300 del oleogasoducto urbano de 5.33 kilómetros, que comunica la batería de separación 
Poza Rica III, a la batería de separación Poza Rica IX, sin causar daños al oleogasoducto por 
un cierre-apertura lento, o dañar los elementos principales de la válvula por la aplicación de 
par de torsión en exceso. 
Objetivos Específicos 
1) Comprobar en condiciones reales de operación, el comportamiento de las válvulas de 
corte SDV, al utilizar diferentes gases de suministro neumático, y detectar el uso del 
gas adecuado. 
2) Analizar numéricamente, los esfuerzos presentes en el ciclo cierre-apertura, simulando 
las condiciones reales de la válvula y modelando la estructura, empleando para esto un 
programa con base en el elemento finito, así como evaluar los resultados y a su vez, 
emitiendo recomendaciones para su mejora y aplicación en la industria. 
3) Modificar la geometría del yugo escocés, para que transmita más fuerza con menos 
suministro neumático, alargando la vida útil al actuador. 
4) Con el mecanismo modificado se pretende reducir los tiempos de apertura-cierre, al 
aplicar la fuerza necesaria al actuador garantizando la seguridad del oleogasoducto y 
las instalaciones. 
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 8 
 
JUSTIFICACION 
La válvula de corte rápido SDV, tiene mucha importancia en el control de procesos de entrada 
o salida del flujo hacia una batería de separación. Es un sistema de seguridad, el cual permite 
el cierre o la apertura de un oleogasoducto. Es de relevancia el tiempo en el cual realiza suacción, y se le instala un actuador de tipo hidroneumático, con características diseñadas a su 
necesidad. 
El propósito de optimizar el yugo escocés del actuador, es para aplicar más par de torsión, 
rediseñando el brazo de palanca y mejorando el tiempo de cierre o apertura, al tener mayor 
torque al inicio y final de la carrera. Con esto se busca vencer la inercia de la válvula, por estar 
mucho tiempo en un estado y cambiar a otro en segundos. 
Al optimizar el yugo escocés, se alarga la vida útil de las empaquetaduras del actuador, ya que 
se puede operar con menor presión de suministro neumático. Además se protege el 
oleogasoducto y las instalaciones, evitando los paros no programados y por consecuencia 
producción diferida. 
Consecuentemente se requiere llevar a cabo un análisis del yugo escocés, por medio del 
método del elemento finito, el cual permitirá evaluar el comportamiento de la válvula y su 
actuador de acuerdo a los esfuerzos, y condiciones a los que se someten sus elementos y 
corroborar la información obtenida en el análisis experimental. 
En el Anexo A se mencionan dos ejemplos de casos reales, donde se puede aplicar el presente 
estudio en el Activo de Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte, así como también se 
presentan 3 casos de accidentes catastróficos, algunos con pérdidas de vidas humanas, daños 
ambientales y a las instalaciones, en los cuales en el caso de haber tenido válvulas SDV 
instaladas estratégicamente, el resultado hubiera sido menor, haciendo la aclaración que la 
utilización de válvulas SDV no evita los accidentes, pero los puede mitigar. 
 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 9 
 
 METODOLOGÍA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se analizará la válvula de corte 
rápido SDV en condiciones 
reales de operación 
Se evaluará el comportamiento del 
actuador con los diferentes tipos 
de gases de suministro neumático 
Se determinarán numéricamente los 
límites de operación del actuador 
hidroneumático de una SDV bajo 
diferentes condiciones de operación 
Se modificará la geometría original 
del yugo escocés del actuador por 
medio del programa de análisis del 
elemento finito ANSYS® 
Se simularán las cargas y 
esfuerzos a los que se somete 
el yugo escocés rediseñado 
Se fabricará un prototipo y se 
realizarán pruebas experimentales 
analizando los resultados 
Se emitirán conclusiones y 
recomendaciones para 
mejora de los sistemas 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
petrolero nacional 
 
 10 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
 
 
GENERALIDADES SOBRE 
ACTUADORES INSTALADOS EN 
VÁLVULAS DE CORTE RÁPIDO SDV 
 
 
Se presentan aspectos generales sobre actuadores 
instalados sobre válvulas de corte rápido (SDV), 
que operan en las baterías de separación. Además 
se indica su uso, clasificación por el tipo de junta 
o yugo, material de construcción, selección y 
funcionamiento. Considerando lo anterior, se 
plantea el problema a desarrollar. 
 
 
 
 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 11 
 
 
1.1 Petróleo 
La palabra petróleo (del latín petro: piedra, óleum: aceite) significa aceite de piedra, es un 
líquido oleoso bituminoso de color pardo o negro, de origen natural. Se trata de una mezcla 
homogénea de compuestos orgánicos, insolubles en agua. Se le conoce también como crudo. 
Su consistencia varía desde un líquido viscoso como la gasolina (condensado), hasta un 
líquido espeso que difícilmente fluye (chapopote). Su densidad está entre 0.83 y 0.92 gr/cm³. 
[1.1] 
 
1.1.1 Origen del petróleo 
 
El petróleo, se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos 
marinos, los cuales se mezclan con las arenas y forman rocas generadoras de crudo. El proceso 
dura millones de años y una vez formado el petróleo, este fluye hacia arriba a través de la 
corteza terrestre, ascendiendo por los poros microscópicos de los sedimentos, hasta que se 
encuentran una capa de roca densa impermeable, ahí queda el petróleo atrapado formando un 
depósito. Sin embargo, hay ocasiones en que el petróleo no se topa con rocas impermeables 
brotando a la superficie terrestre o en el fondo del mar. 
 
El petróleo, cuando se refina, encierra una serie de procesos físicos y químicos a los que se 
somete para obtener de él, por destilación y transformación química, los diversos 
hidrocarburos. El petróleo se separa en fracciones que después de un procesamiento adicional, 
darán origen a los principales productos que se venden en el mercado como gas L.P., gasolina, 
diésel, turbosina, combustóleo, aceites lubricantes, parafinas, asfaltos, grasas, y como materia 
prima para la industria petroquímica básica. 
 
En México se obtienen diferentes tipos de petróleo crudo para su exportación, preparándose 
las siguientes variedades: 
 
 
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 12 
 
 Tabla 1-1 Variedades de Crudo para Exportación que produce Pemex. [1.1] 
 
 
1.1.2 Regiones Petroleras de México 
 
La República Mexicana se divide en 4 regiones petroleras: 
 
Región Norte: Constituida por el Activo Integral Burgos, Activo de Producción Poza Rica-
Altamira, Activo de Producción Aceite Terciario del Golfo, Activo de Producción Veracruz, 
Activo de Exploración Golfo de México Norte y Activo de Exploración Tampico-Misantla 
Golfo. Se localiza al norte de la República Mexicana y comprende 1.8 millones de km² 
aproximadamente, incluyendo una porción terrestre y otra marina. Colinda al norte con los 
Estados Unidos de Norteamérica, al sur con el Río Tesechoacán en Veracruz, al este con el 
Golfo de México y al oeste con el Océano Pacífico. 
 
 
 Figura 1-1 Región Norte y sus activos (zona petrolera). [1.2] 
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 13 
 
Región Sur: Constituida por los Activos de Exploración Aguas Profundas Sur, Cuencas del 
Sureste Marino, Cuencas del Sureste Terrestre, y los activos de producción: Bellota-Jujo, 
Cinco Presidentes, Macuspana-Muspac y Samaria-Luna. Tiene una superficie aproximada de 
390,000 kilómetros cuadrados, y comprende los estados de Guerrero, Oaxaca, Veracruz, 
Tabasco, Campeche, Chiapas, Yucatán y Quintana Roo, y se ubica en la porción Sur-Sureste 
de la República Mexicana. Al Norte colinda con el Golfo de México, al Noroeste con el Río 
Tesechoacán en Veracruz y la Región Norte, hacia el Sureste con el Mar Caribe, Belice y 
Guatemala, y al Sur con el Océano Pacífico.[1.2] 
 
 
 Figura 1-2 Región Sur y sus Activos (zona petrolera). [1.2] 
 
 
Región Marina Noreste: Está constituida por los Activos de Producción: Cantarell y Ku-
Maloob-Zaap. Se localiza en el Suroeste de la República Mexicana, en aguas territoriales 
nacionales, frente a las costas de los estados de Campeche, Yucatán y Quintana Roo. Abarca 
una superficie aproximada de 166,000 kilómetros cuadrados, e incluye parte de la plataforma 
continental y el talud del Golfo de México. 
 
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petrolero nacional 
 
 14 
 
 
 
 Figura 1-3 Región Marina Noreste y sus Activos (zona petrolera). [1.2]Región Marina Suroeste: Se conforma de los Activos de Producción Abkatún-Pol-Chuc, 
Litoral de Tabasco. Se ubica en aguas territoriales que comprenden la plataforma y talud 
continental del Golfo de México. Su extensión cubre un área superior a 352,390 kilómetros 
cuadrados. En la porción Sur, colinda con los estados de Veracruz, Tabasco y Campeche, 
hacia el Este con la Región Marina Noreste, y al Norte y Poniente está limitada por las aguas 
territoriales nacionales. [1.2] 
 
 Figura 1-4 Región Marina Suroeste y sus Activos (zona petrolera). [1.2] 
Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema 
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 15 
 
1.2 Transporte de Hidrocarburos 
1.2.1 Oleogasoducto 
 
Es un sistema de transporte, que tiene por objeto enviar petróleo crudo y asociado con otros 
hidrocarburos, entre una estación de recolección, un centro de proceso, estación de 
almacenamiento y terminales de punto de venta. Pueden ser terrestres o marinos y se fabrican 
uniendo tubos con o sin costura mediante soldadura, para el caso de ductos de petróleos 
mexicanos que transporten hidrocarburos se rige la selección, construcción, y mantenimiento 
mediante las normas de referencia NRF-001-PEMEX-2007, NRF-PEMEX-020, NRF-
PEMEX-026, y las normas internacionales API-SPEC-5L, API-STD-1104, ASME-B31.4, 
ASME B31.8. 
 
En 1927 “La Huasteca Petroleum Company”, construyó el primer gasoducto de la República 
Mexicana, que partía de Cerro Azul a Mata Redonda en el estado de Veracruz, donde el gas 
natural era utilizado como combustible. Actualmente, el medio de transporte de hidrocarburos 
más utilizado entre estaciones de bombeo y terminales de almacenamiento y punto de venta es 
el oleoducto. Petróleos Mexicanos mantiene en operación un sistema de ductos terrestres y 
marinos de alrededor de 54,000 kms. Por donde se transporta crudo, gas natural, gas amargo, 
gas dulce, gasolina, diésel y otros productos refinados. 
 
 Figura 1-5 Construcción del primer oleogasoducto en México 
 Año 1927 por la Cía. Huasteca Petroleum Company 
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 16 
 
 
 
 
 
 Figura 1-6 Red de Oleogasoductos de la Región Marina Noreste. [1.3] 
 
 
 
Figura 1-7 llegada del oleogasoducto de 20ӯ Marino de Enlace de la Plataforma Marsopa a 
la Batería de Separación Punta de Piedra, (Activo de Producción Poza Rica-Altamira, R.N.). 
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En la República Mexicana, se tiene el sistema nacional de gasoductos (SNG), que pasa por 18 
estados del país. Inicia en el estado de Chiapas y pasa por Veracruz, Tabasco hasta 
Tamaulipas con líneas de 24”, 36” y 48” de diámetro; posteriormente se prolonga por los 
estados de Nuevo León, Coahuila, Durango y Chihuahua, con líneas de 24” y 36” de diámetro. 
Existen tres líneas importantes de 18”, 24” y 36” que recorren el centro del país, pasando por 
los estados de Veracruz, Puebla, Tlaxcala, Hidalgo, México, Distrito Federal, Querétaro, 
Guanajuato, San Luis Potosí, Michoacán y Jalisco. 
 
 
1.3 Separación de Hidrocarburos 
1.3.1 Baterías de separación 
 
Una batería de separación, es una estación que recibe el petróleo crudo desde uno o varios 
pozos que se encuentran produciendo en el mismo yacimiento, separando gas-aceite-agua. 
Una vez separado el crudo, lo almacena en un tanque y lo transporta por gravedad o bombeo, a 
una estación recolectora o a un oleogasoducto de venta. Por otra parte, el gas se envía a una 
estación de compresión. 
 
El proceso de separación comienza, cuando el crudo llega de los pozos a un colector o 
manifold de válvulas, en el cual se desvía el flujo hacia el cabezal principal de producción 
general (PG), o al cabezal de medición, para medir el volumen de un pozo en particular. Una 
vez direccionado el crudo, se envía a un separador de etapa media, el cual recibe el crudo y 
hace que éste se separe del gas, pasando por una mampara de choque y un extractor de niebla, 
saliendo el gas por una toma en la parte superior del separador, quedando el líquido abajo. 
Posteriormente, pasa a la segunda etapa (etapa de baja), donde se rectifica, y el crudo separado 
pasa a un tanque de almacenamiento para su posterior envío. El gas obtenido se envía a una 
estación de compresión y el excedente se quema a la atmósfera. 
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 Figura 1-8 Esquema típico de una Batería de Separación 
 
1.3.2 Tipos de separadores 
 
Los separadores, son equipos utilizados para desviar corrientes de aceite y gas que provienen 
directamente de los pozos. Consiste en un recipiente metálico a presión, el cual recibe el crudo 
de los pozos. Tiene un sistema interno, el cual desvía el aceite-gas-agua. En la parte externa 
tiene válvulas de control, válvula motora, equipo instrumentado y de seguridad. 
 
1.3.2.1 Separador tipo ciclón 
 
Es un dispositivo que se utiliza para separar el gas, del petróleo crudo que se recibe de los 
pozos en producción, mediante una fuerza centrífuga, generada por los giros del gas dentro de 
un cono con orificios. En este caso, la fuerza centrífuga es mayor que la fuerza gravitacional, 
separando las partículas de aceite. El gas sale por la parte superior y el líquido (aceite con 
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agua), se queda en el fondo. Actualmente, este dispositivo no se utiliza en el Activo de 
Producción Poza Rica-Altamira, solo se emplean los separadores bifásicos y trifásicos. 
 
 
 
 Figura 1-9 Separador ciclónico vertical y sus elementos internos 
 
 
1.3.2.2 Separadores bifásicos, trifásicos 
 
Los separadores bifásicos separan el gas del líquido (aceite-agua), en cambio, los trifásicos 
separan gas-aceite-agua. Se clasifican en: verticales, horizontales, esféricos. 
 
Un separador consta de las siguientes secciones: 
a) Sección de separación primaria 
b) Sección de separación secundaria 
c) Sección de extracción de niebla 
 d) Sección de almacenamiento de líquido 
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Sección de separación primaria.- La separación en esta sección se realiza mediante un 
cambio de dirección de flujo. Dicho cambio de dirección se puede efectuar con una entrada 
tangencial de los fluidos al separador; o bien, instalando adecuadamente una placa desviadora 
a la entrada. Con cualquiera de las dos formas, se le induce una fuerza centrífuga al flujo, con 
la que se separan grandes volúmenes de líquido. 
 
Sección de separación secundaria.- Ésta sección separa la máxima cantidad de gotas de 
líquido de la corriente de gas, por gravedad, por lo que la turbulencia del flujo debe ser 
mínima. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En algunos diseños se utilizan 
veletas o aspas alineadas para reducir aún más la turbulencia, sirviendo al mismo tiempo como 
superficies colectoras de gotas de líquido. 
 
Sección de extracción de niebla.- En ésta sección se separan del flujo de gas, las gotas 
pequeñas de líquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria, y secundaria del 
separador. En esta parte del separador, se utilizan el efecto de choquey/o la fuerza centrífuga 
como mecanismos de separación. Mediante estos mecanismos, se logra que las pequeñas gotas 
de líquido, se colecten sobre una superficie en donde se acumulan y forman gotas más 
grandes, que se drenan a través de un conducto, a la sección de acumulación de líquidos o bien 
caen contra la corriente de gas, a la sección de separación primaria. El dispositivo utilizado en 
esta sección, es conocido como extractor de niebla. Está constituido generalmente por un 
conjunto de veletas, aspas, alambre entretejido, o por tubos ciclónicos. 
 
Sección de almacenamiento de líquidos.- En esta sección, se almacena y descarga el líquido 
separado de la corriente de gas. Esta parte del separador, debe tener la capacidad suficiente para 
manejar los posibles lotes de líquido que se pueden presentar en una operación normal. Además, 
debe tener la instrumentación adecuada para controlar el nivel de líquido en el separador, la cual 
consta de manómetros, filtro, una válvula motora pilotada que a falla de suministro abre, un 
indicador de nivel de vidrio, válvulas de bloqueo en la llegada y las salidas. Aparte de las 4 
secciones antes descritas, el separador debe tener los siguientes dispositivos de seguridad: 
válvula de seguridad (PSV), tubo desviador de seguridad (By Pass) y “check” de contrapresión. 
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 Figura 1-10 Separador Horizontal con sus instrumentos de medición 
 
 
 
 
 
Figura 1-11 Esquema de un separador trifásico 
Entrada de flujo 
Salida de Gas 
Descarga de agua 
Gas 
Descarga de Aceite 
Mampara de choque 
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 Figura 1-12 Separador Vertical Bifásico 
 
 Figura 1-13 Esquema de un Separador Horizontal Bifásico 
 
1.4 Protección de oleogasoductos e instalaciones 
1.4.1 Sistema de paro por emergencia (SPPE) 
Es un sistema automatizado de seguridad, que tiene como objetivo reducir los riesgos y llevar 
las instalaciones a paro seguro, cuando las condiciones normales del proceso hayan salido de 
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control, puede ser electrónico o neumático. El sistema de paro por emergencia electrónico, se 
rige por un protocolo de comunicación. Consta de (transmisores de presión, válvulas de 5 vías 
con solenoide, transmisores de temperatura, botoneras manuales de paro, válvulas SDV de 
control electrónico, unidad de respaldo de energía), todo controlado desde un tablero de 
interfase hombre-máquina y un controlador lógico programable. Es un equipo tolerante a 
fallas, es decir, ninguna falla del sistema electrónico del ESD (emergency shut down) puede 
ocasionar un paro en el proceso. El sistema no reacciona ante una falla aparente, si no ante una 
falla real o por orden exclusiva del operador. Cada transmisor envía información hacia el PLC 
TMR para que este tome decisiones. Alternativamente, el sistema de paro por emergencia 
neumático consta de sensores de presión (pilotos PSL, PSH), manómetros, válvulas de 3 vías, 
válvulas de 5 vías, botoneras manuales de paro ESD, los cuales en conjunto detectan la 
presión en el proceso. Al salirse de los parámetros a los cuales fue calibrado, el tablero de 
control de la SDV, manda a cierre las válvulas de corte, protegiendo la instalación o el 
oleoducto. 
 
Figura 1-14 Sistema digital de monitoreo y control del sistema de paro por emergencia del 
C.P. Nohoch-Alfa, Activo de Producción Cantarell, Región Marina Noreste. 
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1.4.2 Sistema SCADA 
 
En la subsidiaria PGPB (Pemex Gas y Petroquímica Básica) de Petróleos Mexicanos, se tiene 
un sistema llamado SCADA (sistema supervisorio de control y adquisición de datos), el cual 
permite el control y monitoreo de los sistemas de transporte de gas natural y licuado en tiempo 
real, el cual entró en operaciones en el año 2000 y cuenta con la siguiente infraestructura: 
 
 01 centro de control principal en la Ciudad de México y 1 alterno en Venta de Carpio. 
 51 centros de información remota. 
 542 actuadores de válvulas automatizadas y 146 controladores de válvulas reguladoras 
de presión para la supervisión de límites operativos y control remoto. 
 07 estaciones de compresión de gas natural y 05 estaciones de bombeo de gas L.P. 
enlazadas al sistema SCADA. 
 64 estaciones terrenas satelitales, 79 microondas y 236 enlaces de UHF. 
 
Con este sistema, se monitorea en tiempo real las presiones de los gasoductos. Es de suma 
importancia para detectar alguna variación en las presiones de los ductos, y de forma remota 
se puede cerrar o abrir una válvula. Utiliza válvulas de corte rápido, algunas de tipo paletas y 
de yugo escocés, pero no está generalizado a los oleoductos que transportan combustible de 
las baterías de separación, ni los enlaces de plataformas marinas. 
 
 Figura 1-15 Centro de monitoreo y control SCADA. 
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1.4.3 Válvula de Corte Rápido (SDV) 
En los procesos automatizados de producción, separación, manejo, transporte y 
almacenamiento de gases y fluidos a presión se tiene un tipo de válvulas en las llegadas o 
salidas (fronteras), que integran el sistema de paro por emergencia. A éstas se les denomina de 
cierre o apertura rápido (SDV) ó (BDV). Consistente en una válvula de bola, a la cual se le 
instala un actuador del tipo neumático, hidráulico, hidroneumático o eléctrico que al sensar 
por medio de transmisores electrónicos o pilotos, una baja presión, alta presión, fuego, o 
presencia de gas, se activan, cerrando o abriendo el oleogasoducto en segundos según sea el 
caso, protegiendo la instalación y la integridad del ducto. 
 
Figura 1-16 Esquema de una Válvula de Bola mostrando sus componentes internos. 
 
1.4.4 Actuadores de la Válvula de Corte Rápido (SDV) 
El actuador, es un dispositivo cuya función es proporcionar o transmitir fuerza para mover o 
actuar una válvula. La fuerza proviene de tres fuentes principales: presión neumática, presión 
hidráulica y fuerza motriz eléctrica. 
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Los actuadores se instalan vertical u horizontalmente sobre una válvula paralelos al ducto, 
incluso hacia abajo y se clasifican por su uso, diseño, tipo de junta y posición de falla de la 
siguiente manera: 
 
Tabla 1-2 Tipos de Actuador de las Válvulas de Corte rápido que se utilizan en instalaciones 
costa fuera. [1.4] 
 
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Tabla 1-3 Tipos de Actuador de las Válvulas de Corte rápido utilizan en instalaciones 
Terrestres. [1.4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Actuador eléctrico.- Funciona con un motor eléctrico reversible de inducción y una caja de 
engranes, los cuales transmiten la fuerza al vástago de laválvula a través de un tornillo sinfín 
o engrane planetario. Está protegido contra sobrecarga eléctrica, por medio de elementos 
térmicos y el motor es de diseño no ventilado totalmente cerrado. Tiene la capacidad de 
proporcionar un cuarto de vuelta o multivuelta, e instalarse en cualquier posición sin ver 
afectado su desempeño. El control del actuador recibe señales analógicas de 4-20 mA CD 
(Protocolo de comunicación Hart), 0-5 VCD y 0-10 VCD (Protocolo de comunicación Field 
bus). 
 
 
 
 Figura 1-17 Actuador eléctrico de doble motor para válvulas de corte. 
 
 
 
Actuador Hidráulico.- Funciona con fluido hidráulico suministrado por una central 
hidráulica independiente del actuador. La junta puede ser del tipo paletas o yugo escocés. 
Cuenta con bomba hidráulica manual. El control del actuador recibe señales analógicas de 4-
20 mA CD (Protocolo de comunicación Hart), 0-5 VCD y 0-10 VCD (Protocolo de 
comunicación Field bus). 
 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=actuador para v%C3%A1lvula con motor electrico&source=images&cd=&cad=rja&docid=R5N8tyJ1_0jnGM&tbnid=-yrqomXD6-KeqM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.directindustry.es/prod/sipos-aktorik/actuadores-electricos-de-doble-motor-para-valvulas-24372-59833.html&ei=v3EGUrW3LeyQyQG39oBI&psig=AFQjCNH9eyO6XqIZo21GMBC966YyXYA-IA&ust=1376240264408560
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 Figura 1-18 Actuador Hidráulico tipo Paletas con Bomba Hidráulica Manual. [1.5] 
 
 
Actuador Electrohidráulico.- Este actuador es de diseño similar al actuador hidráulico pero 
incluye una unidad de potencia hidráulica, compuesta por un motor eléctrico, bomba 
hidráulica, depósito de aceite e interruptor de presión, formando una unidad auto contenida 
para ser montada directamente sobre la válvula. La fuente de suministro de energía es 
eléctrica, La diferencia con el actuador de la figura 1-18 es que en éste, la unidad de potencia 
hidráulica está integrada al actuador y en el otro es independiente del actuador. 
 
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 Figura 1-19 Actuador Electrohidráulico tipo Paletas con Bomba hidráulica manual. [1.5] 
 
 
Actuador neumático.- Funciona con suministro de aire de instrumentos, gas de proceso o 
banco de nitrógeno. Puede tener uno o dos cilindros, en el cual adentro tienen un pistón 
separado por un anillo de nitrilo que comprime el gas suministrado, produciendo una fuerza 
que la transmite hacia el vástago de la válvula, por medio de un mecanismo llamado yugo 
escocés. El cilindro puede ser de simple acción con retorno con resorte, o doble acción. Puede 
tener o no, una bomba hidráulica manual de respaldo. 
 
 
Actuador neumático de doble acción: Es aquel que tiene doble cilindro neumático. Funciona 
entre el rango de 60 a 160 psi de suministro en las cámaras. A falla de energía eléctrica en su 
control o pérdida de suministro neumático se queda en la última posición. Asimismo, puede 
tener o no redundancia hidráulica, (bomba hidráulica de respaldo). 
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 Figura 1-20 Actuador neumático de doble acción sin bomba hidráulica. [1.6] 
 
Actuador de acción simple con retorno por resorte: Es aquel que tiene solo un cilindro 
neumático, y el suministro es solo por un lado de la cámara. Funciona entre el rango de 50 a 
160 psi de suministro en la cámara. A falla de energía eléctrica en su control, o pérdida de 
suministro neumático, el resorte que lo integra se libera y cierra la válvula. Tiene una bomba 
hidráulica de respaldo, para mantener comprimido el resorte a falla de suministro neumático o 
en mantenimiento. 
 
Figura 1-21 Actuador neumático de yugo escocés de acción simple con retorno por resorte. 
 
Actuador de doble acción con pistón hidráulico: Es aquel que tiene solo un cilindro 
neumático, pero tiene la acción de doble suministro neumático. En la otra sección, tiene un 
pistón hidráulico accionado por una bomba hidráulica manual, la cual puede mantener abierta 
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o cerrada la válvula aún en condición de falla. Funciona entre el rango de 50 a 160 psi de 
suministro en la cámara. A falla de energía eléctrica en su control o pérdida de suministro 
neumático se queda en la última posición. 
 
 
Figura 1-22 Válvula SDV con actuador hidroneumático de doble acción con pistón hidráulico, 
SDV de 24” Ø llegada de la plataforma Lankahuasa-A, en la EPMG El Raudal. 
 
 
 
Actuador Hidroneumático.- Este actuador está equipado con 2 tanques de gas/fluido 
hidráulico, o por una unidad de potencia hidráulica operada por una bomba neumática, que 
presuriza el fluido hidráulico. La fuente de energía es neumática, puede ser del tipo paletas 
montado verticalmente o de tipo pistón de simple o doble acción paralelo al oleogasoducto. 
 
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Figura 1-23 Válvula de corte rápido SDV de 24” con Actuador Hidroneumático de tipo 
Paletas, ubicada en el C.P. Akal-Golfo, Activo Cantarell, Región Marina Noreste. 
 
1.4.5 Fuente de Suministro Neumático 
 
 
El suministro neumático de los actuadores es un factor que se debe considerar para determinar 
la selección del tipo de actuador. La fuente de suministro se puede seleccionar entre: 
 
 
 Aire de instrumentos.- Se debe suministrar aire seco y limpio con una presión de 120 
psi, por medio de compresores y secadora de aire, garantizando que se provea la 
cantidad requerida, considerando el crecimiento de la instalación y fugas en los 
actuadores. Así mismo, se toma en cuenta el almacenamiento individual por cada 
válvula instalada y un tanque de almacenamiento de la red de aire de instrumentos. [4] 
 
 Gas de Proceso.- Cuando en la instalación no se cuenta con aire de instrumentos, se 
puede utilizar gas amargo o natural del proceso pasando por un separador de gas- 
aceite- sólidos y después por medio de un filtro. Se debe de disponer de un rango de 
presión en la línea de 100 psi. El gas de proceso debe ser acondicionado a la presión 
requerida del actuador por medio de un regulador. Esto se considera como una primera 
opción en instalaciones que manejen gas y no cuenten con aire de instrumentos. [4] 
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 Banco de Nitrógeno.- Se utiliza en instalaciones donde no se cuenta con energía 
eléctrica, aire de instrumentos, ni gas de proceso. Consiste en cilindros de nitrógeno de 
9m³. La cantidad dependerá del número de actuadores. Se conectan a un cabezal con 
salida de presión regulada de 100 psi, y de ahí a los controles de los actuadores. 
 
 Energía eléctrica.- Se utiliza en instalaciones tripuladas donde existe generación o 
suministro externo de energía eléctrica, se consideran los siguientes voltajes: 
 
a) 24 VCD 
b) 120 VCA, 60Hz, 1 fase 
c) 220 ó 460 VCA, 60 Hz, 3 fases. 
 
 
 
1.4.6 Material de Construcción de los Actuadores de las Válvulas de Corte Rápido 
 
Los materiales de construcción de los actuadores son de distinta conformación y se adecuan 
según: el uso y tipo de gas de suministro a utilizar. El ambiente en que