UPS_CT

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA 
SEDE CUENCA 
 
FACULTAD DE INGENIERÍAS 
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
Tesis previa a la obtención del 
Título de Ingeniero Mecánico. 
 
 
REDISEÑO DE LA ADMISIÓN DE AIRE DE MOTORES DIESEL 
Y OPTIMIZACIÓN DE LAS FASES DE SUCCIÓN Y DESCARGA 
DEL SISTEMA DE BOMBEO DEL POLIDUCTO QUITO - AMBATO - 
RIOBAMBA DE LA EMPRESA PÚBLICA PETROECUADOR EN EL 
TERMINAL EL BEATERIO DE LA CIUDAD DE QUITO. 
 
 
 
AUTORES: 
Jhonny Ariel Tituana Tituana 
Pedro José Tobar Espinoza 
 
 
DIRECTOR: 
Ing. Paúl Álvarez 
 
 
Cuenca – Ecuador 
2011 
2 
 
DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD 
 
 
 
 
 
 
Los conceptos desarrollados, análisis realizados y las conclusiones del presente 
trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores. 
 
 
 
Cuenca, octubre de 2011. 
 
 
 
 
Jhonny A. Tituana T. Pedro J. Tobar E. 
 
AUTORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
CERTIFICACIÓN 
 
 
Ing. Paúl Álvarez Lloret 
DIRECTOR DE TESIS 
 
 
C E R T I F I C A: 
 
 
Que el presente trabajo investigativo ha sido efectuado por los Sres. Jhonny Ariel 
Tituana Tituana y Pedro José Tobar Espinoza, el cual se ajusta a las normas 
establecidas por la Carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica 
Salesiana; por tanto autorizo su presentación para los fines legales pertinentes. 
 
 
 
Cuenca, octubre del 2011. 
 
 
 
 
 
______________________ 
Ing. Paúl Álvarez Lloret 
DIRECTOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
ÍNDICE 
 
PÁG. 
CAPÍTULO I: FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 
1.1 Definición de fluido…………………………………………………………….. 1 
1.2 Tipos y propiedades de fluidos…………………………………………………. 1 
1.2.1 Fluidos incompresibles…………………………………………………... 1 
1.2.2 Fluidos compresibles…………………………………………………….. 1 
1.2.3 Propiedades de los fluidos……………………………………….………. 2 
1.2.3.1 Densidad…………………………………………………….…... 2 
1.2.3.2 Peso específico…….……………………………………………. 2 
1.2.3.3 Viscosidad absoluta o dinámica………………………………… 3 
1.2.3.4 Viscosidad cinemática..…………………………………………. 3 
1.2.3.5 Temperatura…………………………………………………….. 4 
1.2.3.6 Presión…………………………………….………………….…. 4 
1.3 Dinámica de los fluidos……………………………………………………....... 6 
1.3.1 Ecuación de los fluidos………………………………………………….. 6 
1.3.1.1 Caudal o flujo volumétrico…………………………………..…. 6 
1.3.1.2 Gasto másico……………………………………………...….… 6 
1.3.1.3 Ecuación de continuidad………………………………...…...… 7 
1.3.1.4 Velocidad de flujo…………………………………………....… 7 
1.3.1.5 Ecuación de energía………………………………………….… 7 
1.3.1.6 Principio de conservación de la energía…………………......…. 8 
1.3.2 Régimen de fluidos………………………………...…………………… 9 
1.3.2.1 Número de Reynolds……………………………………...…… 9 
1.3.2.2 Flujo laminar…………………………………………...……… 9 
1.3.2.3 Flujo turbulento………………………………………………… 10 
5 
 
1.3.2.4 Flujo transicional……………………………………………...… 10 
1.3.3 Flujo de fluidos en tuberías……………………………………………… 10 
1.3.4 Pérdidas de energía por fricción en tuberías y accesorios……………..…11 
1.3.4.1 Pérdidas primarias………………………………...………...…... 11 
1.3.4.2 Pérdidas secundarias…………………………..……..………….. 13 
1.3.4.3 Ecuación de Bernoulli con pérdidas por fricción……………….. 15 
1.3.5 Dimensionamiento de elementos para fluidos compresibles……………. 15 
1.4 El sistema de tuberías………………………….………….…………………… 16 
1.4.1 Tuberías en serie………………………………………………………… 17 
1.4.2 Tuberías en paralelo……………………………………….……………. 17 
1.4.3 Tuberías ramificadas……………………………………………………. 17 
1.4.4 Selección de tuberías……………………………………………………. 18 
1.4.4.1 Espesor de tuberías……………………………………………… 18 
1.4.5 Parámetros del sistema de tuberías……………………………………… 19 
1.4.5.1 Ecuación del sistema de tuberías………………………………... 19 
1.5 Sistema de bombeo……………………………………………………………. 20 
1.5.1 Bomba hidráulica………………………….……………………………. 21 
1.5.1.1 Punto de operación………………………………………....…… 21 
1.5.1.2 Eficiencia……………………………………………………….. 22 
1.5.1.3 Potencia efectiva BHP…………………………………....…..… 22 
1.5.2 Clasificación de las bombas…………………………………………….. 22 
1.5.2.1 Bombas de desplazamiento positivo……………………...…..… 22 
1.5.2.2 Bombas de desplazamiento no positivo o dinámicas……...……. 23 
1.5.2.3 Clasificación general de las bombas…………………………..... 23 
1.5.3 Parámetros de un sistema de bombeo…………………………………… 23 
1.5.3.1 Presión de succión Hs…………………………………………… 24 
1.5.3.2 Presión de descarga Hd………………………………………..... 24 
6 
 
1.5.3.3 Carga neta de succión positiva NPSH………………………….. 24 
1.5.3.4 Cavitación…………………………………….……………….… 25 
1.5.4 Configuración de sistema de bombeo……….…………………………... 25 
1.5.4.1 Bombas en serie………………………….……………………… 25 
1.5.4.2 Bombas en paralelo…………………….……………………...... 26 
1.6 Sistema de admisión de aire del motor diesel……….…………………………. 28 
1.6.1 Elementos del sistema de admisión……………………….…………….. 28 
1.6.1.1 Filtro de aire………………………………..………………….… 28 
1.6.1.2 Conductos de aire……………………………………………….. 29 
1.6.1.3 Turbocompresor…………………………………………………. 31 
1.6.2 Flujo de aire de combustión……………………………………...….…... 32 
1.6.2.1 Ecuación estequiométrica…………………………………….…. 32 
1.6.2.2 Relación de aire combustible A/C…………………………....…. 32 
1.6.3 Ciclo termodinámico del motor diesel………………………………...... 33 
1.6.3.1 Primer tiempo: Admisión…………………...………………….. 34 
1.6.3.2 Segundo tiempo: Compresión………………….…..……….….. 34 
1.6.3.3 Tercer tiempo: Explosión………………………………….….… 34 
1.6.3.4 Cuarto tiempo: Escape………………………………….…….…. 35 
1.6.3.5 Relación de corte de admisión (rc)……………………...…….… 35 
1.6.3.6 Relación de compresión (r)………………………………….….. 36 
1.6.3.7 Eficiencia térmica…………………………………………….…. 36 
 
CAPÍTULO II: DIAGNÓSTIVO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE 
DERIVADOS DE PETRÓLEO UTILIZADO EN EL POLIDUCTO QUITO-
AMBATO-RIOBAMBA Y EL SISTEMA DE ADMISIÓN DE MOTORES 
DIESEL. 
2.1 Área del proyecto……………………………………………….……………… 37 
2.1.1 Estaciones del terminal…………………………………………..……… 38 
7 
 
2.1.1.1 Estación reductora de presión…………………………...………. 38 
2.1.1.2 Estación de bombeo…………………………………...………… 38 
2.1.1.3 Poliducto Quito-Ambato-Riobamba (Q-A-R)……………...….. 41 
2.1.1.4 Estación reductora Ambato…………………………………..…. 42 
2.2 Combustibles…………………………………………………………..……..… 43 
2.2.1 Formas de almacenamiento…………………………………..………….. 43 
2.2.2 Descripción y características……………………………………..……… 44 
2.2.2.1 Gasolina súper…………………………………….......………… 44 
2.2.2.2 Gasolina extra………………………………….…………………44 
2.2.2.3 Diesel 1…………………………………………………..……… 44 
2.2.2.4 Diesel 2…………………………………………..……………… 44 
2.3 Análisis del sistema de bombeo………………………….………………..…… 45 
2.3.1 Cálculo del sistema de bombeo…………………………………………. 46 
2.3.1.1 Pérdida de carga en accesorios………………………….………. 46 
2.3.1.2 Ecuación del sistema de tuberías…………………………..……. 47 
2.3.1.3 Curva de la bomba……………………………………..………... 54 
2.3.1.4 Punto de operación en el sistema de tuberías…………...………. 55 
2.3.1.5 Análisis del punto de operación………………………...……….. 61 
2.3.1.6 Eficiencia de la bomba η………………………………………... 62 
2.3.2 Cálculo para descarga en Ambato…………………………………..…… 63 
2.3.2.1 Pérdidas de carga en accesorios………………………....………. 63 
2.3.2.2 Ecuación del sistema de tuberías………………………………... 64 
2.3.2.3 Análisis de resultados…………………………………...………. 67 
2.4 Verificación de resultados……………………………………………………… 69 
2.4.1 Sistema de tuberías en Terminal El Beaterio……………………………. 69 
2.4.2 Descarga en estación reductora Ambato………………………………… 71 
2.5 Sistema de admisión de aire………………………………………………..….. 72 
8 
 
2.5.1 Descripción del sistema…………………………………………………. 72 
2.5.2 Cálculos………………………………………..………………………… 75 
2.5.2.1 Relación aire/combustible (A/C)……………………….……….. 75 
2.5.2.2 Consumo de combustible………………………………..………. 77 
2.5.2.3 Volumen del aire por cilindro del motor diesel…………………. 77 
2.5.2.4 Cantidad de aire consumido…………………………………...... 78 
2.5.2.5 Análisis del ciclo Diesel………………………………………… 79 
2.5.2.6 Pérdida de carga en el ducto..........…………………………...… 81 
2.5.3 Análisis de resultados………………………………………………….… 83 
 
CAPÍTULO III: REDISEÑO DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO Y ADMISIÓN 
DE AIRE 
3.1 Fase de succión………………………………….……………………………..85 
3.1.1 Cambios a realizarse………………………………...……………..…… 85 
3.1.2 Cálculos del sistema de bombeo…………………….……………….…. 86 
3.1.2.1 Determinación del flujo volumétrico………………..…………. 86 
3.1.2.2 Presión de salida necesaria…………………….…….…….…… 88 
3.1.2.3 Eficiencia de bomba…………………………..………...……… 92 
3.1.2.4 potencia efectiva BHP……………………….…………….…… 92 
3.1.2.5 Potencia requerida del motor…………………………………… 93 
3.1.2.6 Espesor de la tubería…………………….……………………… 93 
3.1.2.7 Ecuación del sistema de tuberías……………………………….. 94 
3.1.2.8 Punto de operación en el sistema de tuberías……………....….. 96 
3.1.2.9 Análisis de cavitación………………………………………….. 101 
3.1.3 Análisis de resultados……………………………………………….… 102 
3.2 Fase de descarga en Ambato……………………………………………….... 104 
3.2.1 Ecuación del sistema de tuberías…………………………………..….. 104 
9 
 
3.2.2 Análisis de resultados…………………………………….……….…… 107 
3.3 Sistema de admisión de aire…………………………………….………...….. 108 
3.3.1 Pérdidas de carga en el ducto…………………………….……………. 108 
3.3.1.1 Volumen y caudal de aire……………………….…………….. 108 
3.3.1.2 Velocidad de aire en el ducto……………….……………..….. 109 
3.3.1.3 Pérdidas en tuberías rectas………………….……...………….. 109 
3.3.1.4 Cargas dinámicas…………………………….……...………… 109 
3.3.2 Parámetros para selección de filtro de aire…………….…………..….. 109 
3.3.2.1 Cantidad de ingreso de material particulado…….……………. 111 
3.3.3 Selección de filtro y depurador………………………….….....………. 111 
3.3.4 Pérdida de carga total………………………………….………………. 115 
3.3.5 Restricción de admisión de aire………………………..……….…...… 115 
3.3.6 Análisis de resultados……………………………………………...….. 116 
 
CAPÍTULO IV: SIMULACIÓN DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS 
4.1 Software del flujo de fluidos…………………………………………….…… 117 
4.1.1 Metodología de cálculo……………………………...………………… 117 
4.1.1.1 Estados del fluido……………………………………...……… 117 
4.1.1.2 Viscosidad del fluido……………………………………….…. 117 
4.1.1.3 Número de Reynolds (Re)……………………………….……. 117 
4.1.1.4 Factores de fricción……………………………………………. 118 
4.1.1.5 Resistencia al flujo………………………………..…………… 118 
4.1.1.6 Pérdidas de carga en accesorios……………………………….. 118 
4.1.2 Introducción al software……………………………………..………… 119 
4.1.2.1 Herramientas del sistema……………………………………… 119 
4.1.2.2 Ingreso de datos……………………………………………….. 121 
4.1.2.3 Cálculos del sistema de tuberías…………………….………… 128 
10 
 
CAPÍTULO V: ANÁLISIS TÉCNICO FINANCIERO 
5.1 Introducción………………………………………………………………..…. 138 
5.2 cálculo de costos……………………………………………………………… 138 
5.2.1 Activos fijos………………………………………….………………… 138 
5.2.2 Costos de operación……………………………………………………. 139 
5.2.2.1 Materia prima directa…………………………………….……. 139 
5.2.2.2 Mano de obra directa………………………………………..…. 139 
5.2.2.3 Materiales directos…………………………………………...... 142 
5.2.2.4 Costos indirectos de fabricación………………………………. 143 
5.2.3 Costos de producción……………………………………………...…… 144 
5.2.4 Capital de trabajo………………………………………………………. 144 
5.2.5 Costo de producción………………………………………….......……. 145 
5.3 Evaluación del proyecto………………………………………………….…… 147 
5.3.1 Estado de pérdidas y ganancias………………………………………... 147 
5.3.2 Flujo de efectivo……………………………………….....……………. 148 
5.3.2.1 Valor actual neto………………………………………....……. 151 
5.3.2.2 Tasa interna de retorno………………………………………… 151 
Conclusiones……………………………………………………………………… 153 
Recomendaciones………………………………………………………………… 155 
Bibliografía………………………………………………………………………. 156 
Anexos 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
CAPITULO I 
 
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 
 
1.1 Definición de fluido 
 
Un fluido es cualquier gas o líquido que no tiene forma definida, estos se 
deforman continuamente bajo la acción de fuerzas cortantes sin importar que tan 
pequeña sea esta1. 
 
1.2 Tipos y propiedades de fluidos 
 
1.2.1 Fluidos incompresibles 
 
Un líquido es un fluido incompresible donde las moléculas están más 
cercanas entre sí debido a las fuerzas de atracción. A una presión y 
temperatura establecidas ocupan un volumen determinado adoptando la 
forma del recipiente que lo contiene. 
En los fluidos incompresibles el volumen no varía considerablemente por 
fuerzas externas, por lo que en la resolución de problemas en ingeniería se 
asume como un caso ideal, es decir no sufre ninguna variación de 
volumen. 
1.2.2 Fluidos compresibles 
 
Un fluido compresible es un gas formado por moléculas que se mueven en 
todas las direcciones y a una presión y temperatura determinada ocupa 
todo el volumen del recipiente que los contiene, pero en libertad estos se 
expansionan hasta ocupar un volumen definido por un recipiente 
contenedor. En el fluido compresible el volumen varía de acuerdo a la 
presión y temperatura a la que está sometido. 
 
 
1 STREETER, V., WYLIE, B.; BEDFORD, K., “Mecánica de fluidos”, 9na. Edición, Editorial 
McGraw Hill, Bogotá, 2000, p. 3. 
 
12 
 
1.2.3 Propiedades de los fluidos 
 
1.2.3.1 Densidad (ρ) 
 
Es la masa de una sustancia por unidad de volumen. 
 
Donde: 
ρ = Densidad en [Kg/m3] 
m = Masa en [Kg] 
V = Volumen en [m3] 
 
La densidad también puede ser relativa, en un líquido cuando se 
compara con la densidad del agua, y en un gas cuando es 
comparada con la del aire. Es adimensional. 
Densidad en los gases 
Está relacionada con la presión, temperatura, volumen y obedece a 
la ecuación: 
Donde: 
P = Presión en [kg/m2] 
V = Volumen en [m3] 
R = Constante universal de los gases [KJ/Kg.k] 
T = Temperatura absoluta en [K] 
 
La ecuación 1.2 también es conocida como la Ley de los gases 
ideales. 
1.2.3.2 Peso específico (γ) 
Es el peso de una sustancia por unidad de volumen. Se puede 
expresar de dos formas: 
 
13 
 
 
Donde: 
γ = Peso específico en [N/m3] 
P = Peso en [N] 
 
El peso específico también puede ser relativo en un líquido cuando 
se compara con en el peso específico del agua, y en un gas cuando 
es comparada con el del aire. Es adimensional. 
1.2.3.3 Viscosidad absoluta o dinámica ( ) 
 
Propiedad que tienen los fluidos de oponerse al movimiento 
provocado por un esfuerzo cortante. 
 ⁄ 
Donde: Viscosidad absoluta = Esfuerzo cortante. 
du/dy = Gradiente de velocidad. 
 
La unidad en el SI es newton segundo por metro cuadrado [ ⁄ ]. El poise es la unidad en el sistema CGS y tiene 
dimensiones de dina segundo por centímetro cuadrado. El 
submúltiplo es centipoise [cP] o 10-2 poises que es la unidad más 
utilizada para expresar la viscosidad dinámica. 
1.2.3.4 Viscosidad cinemática ( ) 
Cuando la viscosidad absoluta es relacionada con la densidad de 
masa se la conoce como viscosidad cinemática cuya ecuación es 
 
14 
 
La unidad de la viscosidad cinemática en el SI es el metro cuadrado 
por segundo [m2/s], mientras que en el CGS es el centímetro 
cuadrado por segundo denominado Stoke [St] y el submúltiplo más 
utilizado es centistoke [cSt] o 10-2stokes. 
1.2.3.5 Temperatura (T) 
 
Se define como una medida de la intensidad del calor. 
La temperatura absoluta en el sistema internacional y CGS tiene 
dimensiones en grados Kelvin [K], mientras que la temperatura en 
el sistema ingles está dada en grados Rankine. 
 
 
El uso de las escalas relativas de temperatura es más común, es 
decir los grados Centígrados [°C] y los grados Fahrenheit [°F]. 
Estos dos sistemas se relacionan de la siguiente forma: 
 
 
 
1.2.3.6 Presión (P) 
Es la cantidad de fuerza que se ejerce por unidad de área de una 
sustancia. 
 
Donde: 
P = Presión 
A = Área 
 
15 
 
Las unidades utilizadas normalmente son mmHg, psi, pascal, bares, 
atmosferas y kg/cm2. 
Existen dos principios establecidos por Blas Pascal acerca de la 
presión, los cuales son: 
1. La presión actúa de modo uniforme en todas las direcciones 
de un volumen pequeñode fluido. 
2. En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión 
actúa de manera perpendicular a la pared2. 
 
En la figura 1.1, se representan gráficamente la relación entre la 
presión absoluta y la presión manométrica. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.1 Relación entre presiones. 
Fuente: CRANE., “Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías”, p. 1-7. 
 
Presión barométrica: Es el nivel de presión atmosférico por 
encima del vacío perfecto. 
Presión atmosférica: Es la debida al peso del aire en cualquier 
lugar de la superficie terrestre y depende de la ubicación, altitud y 
latitud del lugar. 
Presión manométrica: Es la presión medida por encima de la 
atmosférica. 
Vacío: Es la depresión por debajo del nivel atmosférico. 
 
2 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 12. 
16 
 
1.3 Dinámica de los fluidos 
 
Estudia el comportamiento de los fluidos en movimiento a través de tuberías, 
siendo la base fundamental para el diseño de redes de distribución. 
Las partículas de un fluido en movimiento pueden tener diferentes velocidades y 
existen tres principios fundamentales que se aplican en este estudio: 
1. El principio de la conservación de la masa. 
2. El principio de la cantidad de movimiento. 
3. El principio de la energía cinética. 
 
1.3.1 Ecuaciones de los fluidos 
 
1.3.1.1 Caudal o flujo volumétrico (Q) 
 
Es el volumen de un fluido que pasa a través de una sección 
transversal en un tiempo dado. La unidad de caudal es [m3/s]. Las 
ecuaciones de caudal son: 
Donde: 
v = Velocidad en [m/s] 
A = Área de la sección transversal en [m2] 
 
Donde: 
t = Tiempo dado en [s] 
 
1.3.1.2 Gasto másico ̇ 
 
Es la cantidad de masa de un fluido que pasa por un punto dado. 
Su unidad es [kg/s]. ̇ 
17 
 
Donde: 
Q = Caudal en [m3/s] 
ρ = Densidad del fluido en [kg/m3] 
 
1.3.1.3 Ecuación de continuidad 
 
Se basa en el Principio de Conservación de la Masa. Al aplicar este 
principio a un ducto (Figura 1.2) por el cual fluye un fluido en 
régimen permanente se tiene: 
 
Fig. 1.2 Ecuación de continuidad 
Fuente: editorial.cda.ulpgc.es 
 
En la figura 1.2, el fluido circula con un caudal constante en 
cualquier sección en un tiempo dado, a esto se le denomina flujo 
estable. 
1.3.1.4 Velocidad de flujo 
 
Para una velocidad de flujo satisfactoria deben tomarse en cuenta 
aspectos como clase de fluido, tipo y longitud de tubería, 
accesorios conectados a la tubería, caídas de presión, temperatura. 
De acuerdo con la ecuación de la continuidad, a menor sección de 
tubería las velocidades en esta serán mayores y a mayor sección se 
tienen velocidades más bajas. 
1.3.1.5 Ecuación de energía 
 
Existen tres formas de energía a ser consideradas en el análisis de 
flujo de fluidos, las cuales son: 
18 
 
Energía cinética: Es la energía debida a la velocidad del fluido. 
 
Energía de flujo o presión: Representa la cantidad de trabajo 
necesario para mover el elemento de fluido a través de cierta 
sección contra la presión. 
 
Energía potencial: Es aquella energía debida a la altura del fluido 
respecto a un nivel de referencia. 
La suma de estos tres tipos de energía representa la cantidad total 
de energía de un elemento de fluido. 
 
 
1.3.1.6 Principio de conservación de la energía 
 
Si un fluido que circula por dos secciones de una tubería no pierde 
ni se le agrega energía, el principio de conservación de energía 
establece que: 
E1 = E2 
Al reemplazar la ecuación 1.19 en este principio se obtiene: 
Esta expresión es conocida como la Ecuación de Bernoulli, la cual 
toma en cuenta los cambios en la carga de elevación, carga de 
presión y carga de velocidad entre dos puntos en un sistema de 
flujo de fluido (Figura 1.3). Se supone que no hay pérdidas o 
19 
 
adiciones de energía entre los dos puntos, por lo que la carga total 
permanece constante3. 
 
 
 
Fig. 1.3 Ecuación de energía 
Fuente: editorial.cda.ulpgc.es 
 
1.3.2 Régimen de fluidos 
 
Corresponde al tipo de flujo que forma un fluido al transportarse por una 
tubería. 
1.3.2.1 Número de Reynolds 
 
Es adimensional, viene dado por el cociente entre las fuerzas de 
inercia y las fuerzas debido a la viscosidad y determina cual es el 
régimen del flujo de fluido en una tubería. 
 
 
1.3.2.2 Flujo laminar 
 
Es aquel flujo en el que se puede apreciar las líneas de corriente, es 
decir, las partículas de fluido se mueven en trayectorias paralelas u 
ordenadas y cumple con la Segunda Ley de Newton de la 
Viscosidad. Si el número de Reynolds es menor o igual a 2000, el 
régimen de flujo en tuberías se considera laminar. 
 
 
 
3 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 169. 
20 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.4 Flujo laminar. 
Fuente: www.sitenordeste.com/mecanica/bomba_hidraulica.htm 
 
1.3.2.3 Flujo turbulento 
 
En este flujo no se visualiza las líneas de corriente, es decir, que las 
partículas de fluido se mueven en forma desordenada en todas las 
direcciones y no cumple con la Segunda Ley de Newton de la 
Viscosidad. Cuando el número de Reynolds es mayor que 4000 el 
régimen de flujo se considera como turbulento. 
 
 
 
Fig. 1.5 Flujo turbulento. 
Fuente: www.sitenordeste.com/mecanica/bomba_hidraulica.htm 
 
1.3.2.4 Flujo transicional 
 
Tiene características tanto del flujo laminar como del flujo 
turbulento. Se puede apreciar algunas líneas de corriente y empieza 
aparecer la componente transversal de la velocidad. 
1.3.3 Flujo de fluidos en tuberías 
 
A medida que un fluido circula por una tubería ocurren pérdidas de energía 
debido a la fricción, al diámetro de la tubería y de igual manera debido a 
otros accesorios presentes en las líneas de flujo. 
Tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre 
dos puntos del sistema de flujo lo que hace que dichos sistemas sean 
creados tomando en cuenta las necesidades de transporte de los fluidos y 
21 
 
los parámetros a los cuales deben abstenerse para dicha fabricación de las 
líneas de flujos4. 
1.3.4 Pérdidas de energía por fricción en tuberías y accesorios 
 
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro 
dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción, accesorios y 
otros dispositivos; tales energías traen como resultado una disminución de 
la presión entre dos puntos del sistema de flujo. 
La aplicación más específica en la determinación de las pérdidas de 
energía mecánica en tuberías y accesorios, radica en el momento de 
seleccionar, diseñar u optimizar sistemas de flujo en tuberías comerciales 
en redes de distribución de flujos. 
1.3.4.1 Pérdidas primarias 
 
También conocidas como pérdidas de superficie. Se produce por el 
rozamiento entre las partículas de la capa límite de fluido 
transportado con la superficie interna de la tubería. 
Ecuación de Darcy -Weisbach 
Corresponde a la fórmula utilizada para el cálculo de pérdidas de 
carga por fricción en tuberías y es la siguiente: 
 
Donde: 
hfT = Pérdida de carga por fricción en tuberías en [m]. 
f = Coeficiente de fricción. 
L = Longitud de tubería en [m]. 
D = Diámetro interno de la tubería en [m]. 
v = Velocidad promedio del fluido en [m/s]. 
 
4 http://www.buenastareas.com/ensayos/Flujo-De-Fluidos-Por-Tuberias/280580.html 
22 
 
Coeficiente de fricción 
Para un régimen laminar en toda tubería y cualquier fluido 
incompresible el valor f viene dadopor: 
 
Donde: 
f = Factor de fricción en régimen laminar. 
Re = Número de Reynolds. 
En un régimen turbulento, el valor de f se calcula a partir de la 
ecuación de Colebrook cuya expresión es: 
 √ √ 
Donde: 
f = Factor de fricción en régimen turbulento. 
Є = Coeficiente de rugosidad en [m]. 
Coeficiente de rugosidad (Є) 
La pared interna de una tubería está formada por irregularidades o 
asperezas de diferentes alturas y con distribución irregular o 
aleatoria. La rugosidad de las paredes de tuberías es función del 
material con que están construidos, el acabado de la construcción y 
el tiempo de uso. 
 
 
 
Fig. 1.6 Irregularidades en una tubería. 
Fuente: MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, p. 235. 
23 
 
Rugosidad absoluta: Irregularidad que puede expresarse por la 
altura media de las asperezas. 
Rugosidad relativa: Es la relación entre la rugosidad absoluta y el 
diámetro interior del tubo. 
 
Tabla 1.1 Coeficiente de rugosidad 
Material Є [m] 
Plástico 3.0 x 10-7 
Tubo extruído: cobre, latón, acero 1.5 x 10-6 
Acero comercial o soldado 4.6 x 10-5 
Hierro galvanizado 1.5 x 10-4 
Hierro dúctil, recubierto 1.2 x 10-4 
Hierro dúctil, no recubierto 2.4 x 10-4 
Concreto 1.2 x 10-4 
Acero remachado 1.8 x 10-3 
 
Fuente: MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, p. 235. 
 
Diagrama de Moody 
Es uno de los métodos más utilizados para evaluar el factor de 
fricción. El diagrama muestra la gráfica del factor de fricción 
versus el número de Reynolds con una serie de curvas paramétricas 
relacionadas con la rugosidad relativa5. (Ver anexo 1.1). 
1.3.4.2 Pérdidas secundarias 
 
Se conocen también como pérdidas de forma, estas pérdidas son las 
que ocurren en las transiciones de la tubería (la tubería se adapta de 
acuerdo a la geografía del terreno), codos, uniones y válvulas. Las 
pérdidas secundarias se pueden calcular por dos métodos: 
 
5 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 237. 
24 
 
Primer método: Mediante fórmula y un coeficiente de pérdidas 
adimensional. 
 
Donde: 
hfA = Pérdida de carga secundaria en accesorios. 
K = Coeficiente adimensional de pérdida de carga. 
v = Velocidad media en la tubería. 
El coeficiente K depende del tipo de accesorio, del número de 
Reynolds, de la rugosidad y de la configuración de la corriente 
antes del accesorio. Para cada tipo de accesorio existe una fórmula 
específica que aproxima el valor de su pérdida de carga en metros 
de tubería recta. 
Tabla 1.2 Coeficiente K para accesorios. 
 
Accesorio K 
Válvula de globo 10.00 
Válvula de ángulo 5.00 
Válvula check 2.50 
Válvula compuerta 0.19 
Codo en U 2.20 
Tee estándar 1.80 
Codo estándar 0.90 
Codo de radio medio 0.75 
Codo de radio largo 0.60 
 
Fuente: STREETER, V., “Mecánica de fluidos”, p. 300. 
Elaboración: Los autores. 
 
Segundo método: Por medio de la fórmula de pérdidas primarias, 
sustituyendo la longitud de la tubería L por la longitud equivalente 
Le. 
25 
 
 
Donde: 
hf = Pérdida de carga secundaria en [m]. 
f = Coeficiente de fricción. 
L = Longitud de los tramos rectos de tubería en [m]. 
 Le = Sumatoria de longitudes equivalentes en [m]. 
1.3.4.3 Ecuación de Bernoulli con pérdidas por fricción 
El transporte de un fluido por una tubería no es ideal debido a que 
se tiene pérdidas por fricción, por lo que el balance de energía, 
entre dos puntos, tomando en cuenta estas pérdidas es: 
 
Donde: Altura de pérdidas en [m]. 
 
1.3.5 Dimensionamiento de elementos para fluidos compresibles 
Cuando se dimensionan elementos de longitud corta como boquillas o 
tramos cortos de tuberías se utiliza condiciones isotérmicas. Para 
dimensionar sistemas de tuberías por su comportamiento se emplearan 
ecuaciones de flujo adiabático. Se tiene dos opciones para diseñar una red: 
1. Podemos transportar el fluido a velocidades bajas en un régimen 
subsónico. 
 
Ventajas: 
 
- Baja pérdida de carga. 
- No se genera ruido. 
- Compresores, bombas, sopladores de menor potencia. 
 
26 
 
Desventajas: 
 
- Diámetros muy grandes de tubería. 
- Si es que el fluido compresible viene acompañado de un 
elemento como material articulado se puede producir 
sedimentación. 
- Incremento en costo de elementos de control. 
 
2. Podemos transportar al fluido en velocidades altas en régimen 
supersónico. 
 
Ventajas: 
 
- Los diámetros de la tubería son menores. 
- No se produce sedimentación en las paredes de la tubería. 
- Se optimiza el tamaño de los elementos de control. 
 
Desventajas: 
 
- Se incrementa la pérdida de carga. 
- Bombas, compresores y sopladores de mayor potencia, 
por ende mayores costos operativos. 
- Se genera ruido especialmente en los cambios de 
dirección. 
 
La pérdida de carga existente en la ecuación de energía de Bernoulli puede 
ser resuelta por la aproximación de Darcy -Weisbach (Ecuaciones 1.22 y 
1.24). 
1.4 El sistema de tuberías 
 
El sistema de tuberías se divide en tres grupos para su estudio los cuales son: 
- Tuberías en serie. 
- Tuberías en paralelo 
- Tuberías ramificadas 
 
27 
 
1.4.1 Tuberías en serie 
 
Es cuando dos o más tuberías de tamaños o rugosidades diferentes se 
conectan de tal manera que el fluido fluye a través de cada tubería, en este 
caso el caudal es el mismo en todos los tramos y las pérdidas se acumulan 
de tramo a tramo. 
 
 
 
 
Fig. 1.7 Tuberías en serie. 
Elaboración: Los autores. 
 
1.4.2 Tuberías en paralelo 
 
Es una combinación de dos o más tuberías conectadas de tal manera que el 
caudal se divide entre las tuberías y luego se unen nuevamente. Las 
pérdidas de carga son las mismas en cada una de las líneas y los caudales 
son acumulables. 
 
 
 
 
Fig. 1.8 Tuberías en paralelo. 
Elaboración: Los autores. 
 
1.4.3 Tuberías ramificadas 
 
El caudal de cada tubería se debe determinar conociendo las elevaciones 
de los depósitos; el flujo debe ser desde el depósito más elevado hacia el 
más bajo. Se debe satisfacer la ecuación de Darcy-Weisbach y la ecuación 
de continuidad para cada tubería. 
 
 
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.9: Tuberías ramificadas. 
Fuente: Elaboración propia. 
 
1.4.4 Selección de tuberías 
 
Los sistemas de tuberías se diseñan de tal forma que tengan una resistencia 
e integridad estructural, además de cumplir con los requerimientos del 
flujo a transportarse, caídas de presión y potencia de bombeo, también se 
toman en cuenta aspectos como6: 
 
- Presión interna. 
- Fuerzas estáticas debido al peso de la tubería y el fluido. 
- Fuerzas dinámicas debido a los fluidos en movimiento dentro de la 
tubería. 
- Cargas externas generadas por sismos, cambios de temperatura, 
procedimientos de instalación y otras condiciones específicas de la 
aplicación. 
 
1.4.4.1 Espesor de tubería 
 
El espesor de pared nominal mínimo de tubería se calcula con la 
siguiente fórmula: 
 [ ] 
 
 
6 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 343. 
29 
 
Donde: 
tnom = Espesor nominal de pared [pulg] 
p = Presión de diseño [PSI] 
D = Diámetro exterior de tubería [pulg] 
S = Esfuerzo permisible en tensión [PSI] 
E = Factor de calidad. 
Y = Factor de corrección, material y temperatura. 
A = Tolerancia a la corrosión. 
 
1.4.5 Parámetros del sistema de tuberías 
 
- Caudal (Q): Es la cantidad de fluido manejado por la bomba por 
unidad de tiempo. 
- Altura Geodésica (Hgeo): Es la diferencia de alturas entre el nivel 
de succión y el nivel de descarga. 
- Altura Estática (Hest): Corresponde a lasuma entre la altura 
geodésica y la diferencia de presiones. 
- Altura de succión (Hs): Es la diferencia de alturas entre el eje de 
la bomba y el nivel de succión. 
- Altura de descarga (Hd): Es la diferencia de nivel entre el eje de 
la bomba y el nivel de descarga. 
- Altura Dinámica Total (TDH): Corresponde a la suma entre la 
altura estática y las pérdidas de carga en tuberías y accesorios. 
 
Todos los valores correspondientes a la altura se expresan en metros. 
1.4.5.1 Ecuación del sistema de tuberías 
La ecuación de la curva de un sistema de tuberías representa su 
comportamiento dependiendo del caudal que circula por el sistema 
y las pérdidas producidas en el mismo. La expresión es la 
siguiente: 
 ∑[ ] 
 
30 
 
 γ 
 
Donde: 
Hest = Altura estática. 
ΔP = Variación de presiones en [N/m2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.10 Parámetros de sistema de tuberías. 
Fuente: Práctica de Aprendizaje N°1, Máquinas Hidráulicas, El sistema de Tuberías. 
 
1.5 Sistema de bombeo 
 
Un sistema de bombeo se constituye por una bomba y una serie de tuberías por 
donde circula un fluido que puede ser transportado a grandes distancias y a 
diferentes niveles de altitud. Se dispone de depósitos tanto para succión como 
descarga, además de elementos de control de flujo como valvulería y accesorios 
para las tuberías. 
31 
 
1.5.1 Bomba hidráulica 
 
Una bomba sirve para producir una ganancia en carga estática de un fluido 
procedente de una energía mecánica que se transmite en su eje por medio 
de un motor. Los parámetros que gobiernan el funcionamiento de una 
bomba son: 
 
- Altura de succión 
- Altura de descarga 
- Caudal volumétrico 
- Pérdidas en el sistema. 
 
La bomba puede representarse matemáticamente por medio de una 
ecuación de la forma: 
 
 
1.5.1.1 Punto de operación 
 
La curva de rendimiento de la bomba es la gráfica del flujo 
volumétrico que la bomba distribuye como función de la carga total 
a la que está sujeta por el sistema del que forma parte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.11 Punto de operación de una bomba. 
Elaboración: Los autores. 
 
Por tanto, el punto de operación verdadero de la bomba es donde se 
interseca la curva de esta con la curva de rendimiento del sistema. 
32 
 
1.5.1.2 Eficiencia 
 
Mide la relación de la potencia transmitida al fluido a la potencia 
de entrada de la bomba. Toma en cuenta el flujo volumétrico 
entregado por la bomba respecto al valor teórico (eficiencia 
volumétrica), la fricción mecánica de sus partes móviles (eficiencia 
mecánica) y las pérdidas de energía del fluido conforme se mueve a 
través de la bomba (eficiencia hidráulica)7. 
 
 
Donde: 
ηV = Eficiencia volumétrica. 
ηH = Eficiencia hidráulica. 
ηM = Eficiencia mecánica. 
 
1.5.1.3 Potencia efectiva BHP 
 
Es la potencia requerida en la bomba, la cual aumenta debido a las 
pérdidas en las tuberías. Relaciona la potencia hidráulica o útil del 
sistema con el rendimiento máximo de la bomba. 
 
 
 
1.5.2 Clasificación de las bombas 
 
Estas se clasifican en dos grupos principales que son: 
 
1.5.2.1 Bombas de desplazamiento positivo 
 
En estas bombas, la energía es suministrada a un volumen de fluido 
y por aplicación de fuerza directa se incrementa su presión al valor 
requerido para descargarlo en un depósito. 
 
 
 
7 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 392. 
33 
 
1.5.2.2 Bombas de desplazamiento no positivo o dinámicas 
 
Son aquellas en que la transferencia de la energía se produce por el 
impulso de un álabe que recibe el movimiento debido a la energía 
mecánica de rotación que recibe de un motor. 
 
1.5.2.3 Clasificación general de las bombas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.12 Clasificación de las bombas. 
Fuente: http://www.watergymex.org/contenidos/tecnicos.pdf 
 
1.5.3 Parámetros de un sistema de bombeo 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.13 Representación de un sistema de bombeo. 
Elaboración: Los autores. 
 
34 
 
1.5.3.1 Presión de succión (Hs) 
 
Es la diferencia de elevación entre el eje de la bomba y el nivel 
mínimo del agua en la fuente de aspiración, afectado por la pérdida 
de carga en el lado de la succión. 
 
1.5.3.2 Presión de descarga (Hd) 
 
Se refiere a la altura a la cual puede ser bombeado un fluido. 
 
1.5.3.3 Carga neta de succión positiva (NPSH) 
 
Corresponde a la energía presente en la brida de la bomba en la 
fase de succión. 
 
NPSH Requerido 
 
Es proporcionado por el fabricante y corresponde a la carga mínima 
que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. 
 
Cuando no se dispone del dato facilitado por el fabricante, se puede 
realizar una estimación con la fórmula: 
 
 √( ⁄ ) 
 
Donde: 
n = Número de revoluciones (rpm). 
Q = Caudal (m3/s). 
 
NPSH Disponible 
 
Es función del sistema de succión de la bomba, se calcula en 
metros de agua, mediante la siguiente fórmula: 
 
 
35 
 
Donde: 
NPSHD = Carga neta de succión positiva en [m] 
P0 = Presión en el depósito de succión en [Pa] 
Psat = Presión de saturación en [Pa] 
Hr = Altura de pérdidas en [m] 
 
1.5.3.4 Cavitación 
 
Cuando la corriente en un punto alcanza una presión inferior a la 
presión de saturación del fluido, este se evapora y se originan 
burbujas dentro del líquido, las mismas que son arrastradas por la 
corriente y cuando llega a zonas con presiones muy elevadas se 
produce una condensación violenta del vapor, elevando la presión 
hasta 1000 bares8. 
 
Cuando una bomba presenta cavitación se produce una disminución 
en su rendimiento conforme el flujo volumétrico desciende y se 
hace ruidosa, generando un ruido fuerte e intermitente9. 
 
La condición indispensable para que no exista cavitación en una 
bomba es la siguiente: 
 
NPSHD > NPSHR 
 
1.5.4 Configuraciones de sistemas de bombeo 
 
1.5.4.1 Bombas en serie 
 
El caudal permanece sin variación y aumenta la altura de cabeza de 
cada bomba y se utiliza principalmente cuando los requerimientos 
del sistema son de altos niveles de fricción. 
 
 
8 MATAIX, Claudio, “Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas”, 2da. Edición, Editorial 
Alfaomega, México, 2007, p. 323. 
9 MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, Pearson Educación, México, 2006, p. 412. 
36 
 
 
Fig. 1.14 Bombas en serie. 
Elaboración: Los autores. 
 
Balance de caudales 
 
QA = QB 
 
 
 
 
 
Fig. 1.15 Bombas en serie. 
Elaboración: Los autores. 
 
Balance de energía 
 
HT = HB1 + HB2+HB3 Ec. 1.37 
 
Donde: 
HT = Altura total del sistema. 
HB = Altura de la bomba. 
 
1.5.4.2 Bombas en paralelo 
 
Se utiliza cuando se requiere un gran caudal y para disponer de otra 
bomba como prevención cuando se presenten averías y labores de 
mantenimiento. La característica principal es que la cabeza a través 
37 
 
de cada bomba es igual y el caudal se distribuye por igual entre las 
bombas pero esto no representa que el caudal aumente de forma 
proporcional al número de bombas instaladas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.16 Bombas en paralelo. 
Elaboración: Los autores. 
 
Balance de caudales 
 
QB = Q1 + Q2 + Q3 Ec. 1.38 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.17 Bombas en paralelo. 
Elaboración: Los autores. 
 
Balance de energía 
 
HT = HB1 = HB2 = HB3 
 
 
 
 
38 
 
1.6 Sistema de admisión de aire del motor diesel 
 
Este sistema tiene por objetivos proporcionar aire fresco y limpio para la 
combustión y, al mismo tiempo, minimizar la caída de presión de aire de 
admisión al turbocargador. 
 
El motor debe tenerun volumen suficiente de aire para convertir todo el 
combustible en potencia, ya que la presencia de humo negro por el escape 
proveniente del motor significa que no está recibiendo suficiente aire para 
quemar todo su combustible. 
 
1.6.1 Elementos del sistema de admisión 
 
1.6.1.1 Filtro de aire 
 
Es necesario para retener las partículas que pueden ingresar a los 
conductos de aire debido a las siguientes causas: 
 
Materiales residuales en la fabricación y armado de los conductos 
de aire. 
 
- Cambios de filtros. 
- Fugas en el sistema de conductos. 
- Flujo de aire de admisión. 
 
Los filtros de aire son elementos muy eficientes y garantizan que 
ingrese aire limpio al motor, de modo que las partículas de polvo o 
suciedad no ocasionen un desgaste acelerado en las partes móviles 
del mismo. 
 
Cantidad de ingreso de material particulado 
 
La absorción de polvo específico para varios motores, filtros de 
aire y de los entornos puede calcularse usando la siguiente fórmula. 
 
 
39 
 
Donde: 
D = Absorción de polvo específico en [mg/hora/cilindro] 
V = Flujo de aire de admisión en [pie³/min] 
d = Concentración de polvo en [mg/pie³] 
e = Eficiencia promedio del filtro de aire (elementos de 
papel = 0,99 y elementos de material diferente al papel 
= 0,95). 
n = Número de cilindros del motor. 
 
Restricción de admisión de aire 
 
La vida útil máxima del filtro depende parcialmente del diferencial 
de presión absoluta entre la entrada al compresor del 
turbocompresor y la atmósfera. 
 
La restricción de aire de admisión incluye pérdidas de presión entre 
el filtro de aire y la conexión de admisión de aire del motor. Para 
filtros de aire de montaje remoto pueden usarse las siguientes 
fórmulas para calcular la restricción del conducto. 
 
 
Donde: 
P = Presión de restricción en [kPa] 
L = Longitud equivalente total en [m] 
Q = Flujo de aire en [m3/min] 
D = Diámetro interno en [mm] 
 
Para maximizar la vida útil del filtro de aire es importante mantener 
la restricción total del conducto por debajo de 0,5 kPa. 
 
1.6.1.2 Conductos de aire 
 
Son los encargados de conducir el aire filtrado hacia el 
turbocompresor. Los conductos deben diseñarse teniendo en 
cuenta los siguientes aspectos: 
40 
 
- Tener un acceso adecuado para permitir labores de 
inspección y mantenimiento. 
- Debe situarse lo más alejado posible de tubos de escape, 
ventilaciones o procesos que puedan descargar materiales 
particulados o suciedades. 
- El peso del soporte de la red de conductos, no debe ser 
sostenido por el turbocompresor ni por otros componentes 
instalados en el motor. 
- Evitar transiciones abruptas para tener una trayectoria de 
flujo de aire con el menor número de obstáculos posibles. 
- Las tuberías tendrán conexiones de caucho flexibles. 
- El diámetro de la tubería debe ser igual o mayor que la 
admisión de aire del motor. 
 
Pérdidas de carga por fricción 
 
Se da conforme el aire circula a través de secciones rectas. 
 
 
Donde: 
HL = Perdida por fricción en [Pa] 
hL = Pérdida de fricción por cada metro de ducto en [Pa/m] 
 
Pérdidas dinámicas 
 
Ocurren cuando el aire pasa a través de acoplamientos, accesorios o 
dispositivos de control. 
 
 
Donde: 
C = Coeficiente de pérdida 
Hv = Carga de velocidad en [Pa] 
 
41 
 
Donde: 
v = Velocidad de flujo en [m/s] 
 
1.6.1.3 Turbocompresor 
 
Es un sistema de sobrealimentación que se basa de una turbina para 
comprimir aire, por lo que un motor con turbocompresor tiene 
mayor potencia para una cilindrada dada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.18 Turbocargador. 
Fuente: http://www.taringa.net/posts/turbocargadores.html 
Los elementos principales de un turbocargador son: 
1. Turbina del compresor. 
2. Entrada de aire. 
3. Salida de aire comprimido. 
4. Eje o flecha de la turbina. 
5. Cubierta de la turbina. 
6. Turbina del cargador. 
7. Salida de gases de escape. 
8. Cubierta del compresor. 
9. Cojinete. 
10. Entrada de gases de escape. 
 
El turbocompresor está formado por una turbina movida por los 
gases de escape, en su eje se localiza un compresor centrífugo que 
42 
 
toma el aire del exterior y lo comprime antes de introducirlo en los 
cilindros. Al aumentar el volumen de aire durante la admisión 
mediante el uso de un turbocompresor se logra aumentar 
considerablemente el rendimiento del motor. 
 
1.6.2 Flujo de aire de combustión 
 
La combustión eficiente del motor se basa en la relación apropiada de flujo 
másico de combustible y aire. La combustión es una reacción química 
durante la cual se oxida un combustible, liberando una gran cantidad de 
energía. El aire es el oxidante más empleado debido a su fácil 
disponibilidad. 
 
 
 
 
Fig. 1.19 Proceso de combustión. 
Fuente: Cengel, Boles, Termodinámica, 5ta. Edición, p. 755. 
La figura 1.16 muestra un proceso de combustión real, a la izquierda se 
tiene los reactivos que son el combustible y el aire, y a la derecha los 
productos de la reacción química entre los cuales se tiene CO2, CO, O2, 
N2, H2O entre otros. 
 
1.6.2.1 Ecuación estequiométrica 
 
Las ecuaciones químicas se balancean en base al principio de 
conservación de masa. Es decir, la masa total de cada elemento en 
el lado derecho de la ecuación de la reacción (productos) debe ser 
igual a la masa total de ese elemento en el lado izquierdo 
(reactivos). 
 
1.6.2.2 Relación aire-combustible (A/C) 
 
Esta relación cuantifica las cantidades de aire y combustible en un 
proceso de combustión. 
 
43 
 
 ⁄ 
 
Aire teórico 
 
Se refiere a la cantidad mínima de aire necesaria para una 
combustión completa. 
 
1.6.3 Ciclo termodinámico del motor diesel 
 
En el ciclo diesel la combustión se obtiene como un proceso de adición de 
calor a presión constante, transformando la energía química del 
combustible en trabajo mecánico. El aire se comprime hasta una 
temperatura superior a la temperatura de autoencendido del combustible, y 
la combustión inicia al contacto cuando el combustible se inyecta en el 
cilindro. 
 
Los motores diesel son diseñados para operar a relaciones de compresión 
generalmente entre 12 y 24. Los cuatro tiempos del ciclo se explican a 
continuación. 
 
PMS PMI
 
Fig. 1.20 Ciclo termodinámico motor diesel. 
Elaboración: Los autores. 
 
44 
 
1.6.3.1 Primer tiempo: Admisión 
 
Al bajar, el émbolo aspira aire a través de la 
válvula abierta. En los motores sobrealimentados, 
el aire es previamente comprimido (compresión 
isentrópica) por un turbocompresor que lo impulsa 
al cilindro a presión. 
 
 
1.6.3.2 Segundo tiempo: Compresión 
 
Estando las válvulas cerradas, al subir el émbolo, 
se comprime el aire contenido en el cilindro que 
por consiguiente se calienta a más temperatura que 
la de inflamación del combustible (adición de calor 
a presión constante). Poco antes de alcanzar el 
émbolo su punto muerto superior, se inicia la 
inyección de combustible a alta presión en la 
cámara de combustión. La inyección sigue después de alcanzado el 
punto muerto superior. 
 
1.6.3.3 Tercer tiempo: Explosión 
 
El combustible inyectado se inflama en el aire 
caliente y se quema (expansión isentrópica). En el 
momento de la combustión se produce una presión 
muy alta, a consecuencia de lo cual el émbolo es 
movido hacia abajo. El movimiento rectilíneo del 
pistón se transforma por medio de la biela y la 
manivela en movimiento giratorio. 
 
 
 
 
 
45 
 
1.6.3.4 Cuarto tiempo: Escape 
 
Estando abierta la válvula de escape, el émbolo y 
su movimiento ascendente impele los gases de 
combustión a la tubería de escape (rechazo de 
calor a volumen constante). 
 
 
 
Una vez terminado el proceso de escape, vuelve a cerrarse laválvula de escape abriéndose la de admisión e iniciándose de nuevo 
el ciclo. 
 
La cantidad de calor añadida al fluido a presión constante y 
rechazada por éste a volumen constante, se expresa de la siguiente 
forma. 
 
Donde: 
Qent = Calor de entrada. 
Cp = Calor específico a presión constante. 
T = Temperatura. 
 
 
Donde: 
Qsal = Calor de salida. 
Cv = Calor específico a volumen constante. 
 
1.6.3.5 Relación de corte de admisión (rc) 
 
Es la relación entre los volúmenes del cilindro antes y después del 
proceso de combustión. 
 
 
46 
 
Donde: 
v = Volumen. 
 
1.6.3.6 Relación de compresión (r) 
 
Es la relación entre el volumen máximo y el volumen mínimo de 
aire en el ciclo. 
 
 
1.6.3.7 Eficiencia térmica 
 
La eficiencia de los motores diesel con sobrealimentación llega a 
superar el 40%. 
 
 
Donde: 
ηter = Eficiencia térmica. 
wneto = Qent – Qsal , Trabajo neto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 
CAPITULO II 
 
DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE DERIVADOS DE 
PETRÓLEO UTILIZADO EN EL POLIDUCTO QUITO - AMBATO - 
RIOBAMBA Y SISTEMA DE ADMISION DE MOTORES DIESEL. 
 
2.1 Área del proyecto 
Los derivados de petróleo, especialmente diesel (1 y 2) y gasolinas súper y extra, 
se almacenan y distribuyen en el Terminal “El Beaterio” cuyo inicio de 
operaciones se dio en el año de 1980, y se encuentra ubicado en la ciudad de 
Quito a una altura de 2910 metros sobre el nivel del mar. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.1 Terminal El Beaterio. 
Fuente: http://www.petrocomercial.com 
 
Las principales actividades que se desarrollan en este terminal son: 
- Recepción de combustibles provenientes de los poliductos Esmeraldas - 
Quito y Shushufindi - Quito. 
- Reducción de presión de los productos recibidos en el poliducto. 
- Almacenamiento de combustibles en tanques verticales. 
- Bombeo de combustibles a través del poliducto Quito-Ambato-
Riobamba. 
- Carga y distribución de combustibles por medio de vehículos tanqueros. 
 
 
48 
 
2.1.1 Estaciones del Terminal 
 
2.1.1.1 Estación Reductora de Presión 
Recibe los productos limpios a través de los Poliductos Esmeraldas 
- Quito y Shushufindi - Quito, reduciendo la presión desde 900 PSI 
hasta 80 PSI. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.2 Estación reductora. 
Fuente: Poliducto Q-A-R. 
 
2.1.1.2 Estación de Bombeo 
Está compuesta por tres grupos de bombeo (601, 602, 603) con 
motores diesel y un grupo de bombeo (604) con motor eléctrico, los 
cuales están acoplados a bombas de ocho etapas. Se bombea un 
caudal entre 20000 GPH y 22000 GPH a través del Poliducto 
Quito-Ambato-Riobamba, con una presión de 1200 PSI. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3 Estación de Bombeo. 
Fuente: Poliducto Q-A-R. 
49 
 
Cabe recalcar que los grupos de bombeo funcionan mediante 
configuración de bombas en serie, esto, debido a que se necesita 
aumentar la altura de presiones, especialmente para vencer las cotas 
más elevadas en el trayecto del poliducto (Ver anexo 2.1), pero sin 
variar el caudal bombeado hasta Ambato. 
La estación trabaja con dos de los grupos de bombeo motor a 
diesel, quedando un grupo (igualmente en óptimas condiciones) 
como reserva para sustituir el trabajo de cualquiera de los grupos 
cuando uno de ellos necesite de mantenimiento debido a 
reparaciones en sus elementos o tenga una parada inesperada. 
Motor diesel 
 
Tabla 2.1 Características 
 
 
 
 
 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Elaboración: Los autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4 Motor diesel. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Marca MAN 
Año fabricación 1990 
Potencia 
0 msnm 2910 msnm 
600 HP 500 HP 
Velocidad 1500 rpm 
Nº cilindros 8 en línea 
50 
 
Bomba multietapa 
La bomba es de tipo centrífuga de ocho etapas de rodetes en serie, 
diseñada especialmente para uso en derivados de petróleo. 
Tabla 2.2 Características 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Elaboración: Los autores. 
El modelo de esta bomba es el siguiente: 
3 x 6 x 9 E-8 et. 
 
Los dígitos de esta leyenda se leen de esta forma: 
 
1er. Dígito: Diámetro de descarga en pulgadas -> 3 
2do. Dígito: Diámetro de succión en pulgadas -> 6 
3er. Dígito: Diámetro de rodete en pulgadas -> 9 
4to. Dígito: Número de etapas E -8 et -> 8etapas 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5 Bomba multietapas. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
 
 
Marca Byron Jackson 
Tipo DVMX 
Caudal 600 gal/min 
Velocidad 3774 rpm 
51 
 
Los grupos de bombeo de la estación son vigilados desde una sala 
de operaciones mediante un sistema de control computarizado 
cuyas actividades principales son: 
- Arranque neumático de los motores. 
- Control del nivel de los tanques de almacenamiento. 
- Control de apertura y cierre de válvulas. 
- Registro de las propiedades físicas y químicas de los 
combustibles. 
- Detección de daños y fugas en el poliducto mediante un 
sistema de alarmas. 
 
2.1.1.3 Poliducto Quito - Ambato- Riobamba (Q-A-R) 
El Poliducto Q-A-R tiene una extensión de 110.4 km con diámetro 
nominal de 6 pulgadas y especificación API 5LX, por el cual se 
transportan gasolina súper, gasolina extra, diesel 1 y diesel 2. En el 
Terminal “El Beaterio” se bombea los combustibles por medio del 
poliducto hasta la Estación Reductora Ambato. 
Tabla 2.3 Especificaciones técnicas tubería 5LX-X52. 
 
RESISTENCIA MECÁNICA 
Grado 
Límite Elástico Carga de Rotura 
PSI Mpa PSI Mpa 
X52 52000 358 66000 455 
DIMENSIONES 
Diámetro 
Nominal Diámetro Exterior Espesor 
Pulg pulg mm pulg mm 
6 6,625 168,3 0,219 5,6 
 
Fuente: API Specification 5LX, Forty-Second Edition, January 2000. 
Elaboración: Los autores. 
 
 
 
52 
 
2.1.1.4 Estación Reductora Ambato 
Esta estación se encuentra a 2750 msnm y es el lugar de destino de 
los combustibles bombeados por el poliducto. Los combustibles se 
descargan en el terminal El Beaterio aproximadamente a 1200 PSI 
y en la estación de Ambato llegan a 208 PSI, luego aquí se reduce 
este valor, mediante válvulas reductoras de presión, a 6 PSI que es 
la presión operativa. 
 
 
 
 
 
Fig. 2.6 Presión de entrada y salida Ambato. 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.7 Válvula reductora de presión. 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
 
Las principales funciones de la estación son receptar hidrocarburos 
limpios, almacenarlos, controlar su calidad, comercializarlos y 
despacharlos a la red de distribuidoras autorizadas. 
 
53 
 
2.2 Combustibles 
 
2.2.1 Forma de almacenamiento 
Los combustibles se almacenan en tanques de acero verticales 
estacionarios construidos según Norma API 650. Las especificaciones de 
esta norma han sido elaboradas para proveer a la industria petrolera 
tanques de adecuada seguridad y economía para usarlos en el 
almacenamiento de petróleo y sus derivados10. En el terminal El Beaterio 
la capacidad de almacenamiento es de 600.705 barriles distribuidos en 20 
tanques. (Ver anexo 2.2). 
Estos tanques de almacenamiento están conectados a tuberías dirigidas a 
un distribuidor que alimentan a un sistema de bombeo para su posterior 
despacho hasta a la Estación Reductora Ambato, y al área de carga y 
distribución mediante tanqueros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.8 Almacenamiento y despacho de combustibles. 
Fuente: http://www.petrocomercial.com 
 
 
 
10AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, API Standard 650, “Welded Steel Tanks for Oil 
Storage”, Tenth Edition, November, 1998, p. 98. 
54 
 
2.2.2 Descripción y características 
 
2.2.2.1 Gasolina súper 
Presenta una mezcla de hidrocarburos, especialmente 
izoparafínicos y aromáticos, y se utiliza como combustible para 
motores de combustión interna de alta compresión. 
2.2.2.2 Gasolina extra 
Es una mezcla complejacompuesta de naftas de todos los grupos. 
Esta gasolina ha sido diseñada para ser utilizada en motores de 
combustión interna de compresión moderada. 
2.2.2.3 Diesel 1 
Los componentes de este producto son hidrocarburos que se 
destilan entre los 200 y 300 °C, está compuesto principalmente de 
parafínicos, aromáticos, nafténicos y estructuras mixtas nafteno-
aromáticas. 
Es utilizado como combustible de uso industrial, diluyente para 
ajuste de viscosidad y en el transporte de hidrocarburos por 
poliductos como interface para la separación de productos. 
2.2.2.4 Diesel 2 
Es la fracción más pesada que se obtiene del petróleo por 
destilación atmosférica, por lo tanto es la fracción que destila entre 
la temperatura que termina la destilación del Diesel 1 y aquella 
temperatura hasta la cual se puede calentar sin que se produzca 
rompimiento de moléculas. 
 
 
 
 
55 
 
Tabla 2.4 Características técnicas de combustibles 
 
PRODUCTO 
 
ANÁLISIS 
G. Súper G. Extra Diesel 1 Diesel 2 Norma 
Gravedad Específica 0.7507 0.7455 0.8128 0.8488 
ASTM 
D-1298 
Densidad API a 15.6 °C 57 58.3 42.5 35.2 
ASTM 
D-6822 
Viscosidad Cinemática a 
15.6 °C (cSt) 
0.8528 0.8587 2.35 6.75 
INEN 
810 
Contenido de Azufre 
(%P) 
0.0395 0.0486 0.14 0.165 
INEN 
929 
Núm. de Octano RON 90.3 81.6 - - 
ASTM 
D-2699 
 
Fuente: Laboratorio de Control de Calidad Terminal Beaterio. 
Elaboración: Los autores. 
 
2.3 Análisis del sistema de bombeo 
El análisis se realizó a partir de la descarga de las bombas Booster11 601 y 602 
en la estación de bombeo del Terminal El Beaterio hasta la recepción de los 
combustibles en la Estación Reductora Ambato. Los planos respectivos se 
muestran en el Anexo 2.3. 
 
 
 
 
 
Fig. 2.9 Descarga de Bomba Booster. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
 
 
11 Booster: Sistema de aumento de presión. www.google.traslate.com 
56 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.10 Recepción de combustibles en Ambato. 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
 
2.3.1 Cálculos del sistema de bombeo 
 
2.3.1.1 Pérdidas de carga en accesorios 
Se obtuvo la curva del sistema de tuberías tomando en cuenta la 
pérdida de carga en los accesorios presentes en toda la red. La 
tabla 2.5 muestra un listado de cada uno de los accesorios con el 
respectivo factor de pérdida de carga. Este factor se calcula 
mediante un software especializado para simulación de flujo de 
fluidos incompresibles. 
Tabla 2.5 Listado de accesorios. 
 
Accesorio Características Cantidad Factor K 
Ampliación 3" - 4" 3 0,08 
Ampliación 3" - 6" 3 0,33 
Ampliación 4" - 6" 1 0,13 
Reducción 4" - 3" 2 0,06 
Reducción 4" - 3" 5 0,09 
Codo 90° x 3" 2 0,22 
Codo 45° x 4" 2 0,27 
Codo 90° x 4" 7 0,21 
Codo 45° x 6" 4 0,24 
Codo 90° x 6" 16 0,19 
57 
 
Accesorio Características Cantidad Factor K 
Tee 3" x 150 2 1,08 
Tee 4" x 150 1 1,02 
Tee 6" x 150 4 0,90 
Válvula bola 3" x 150 4 0,05 
Válvula Check 4" x 150 1 2.00 
Válvula compuerta 4" x 150 1 0,14 
Válvula compuerta 6" x 150 5 0,12 
Filtro 
 
6 10,10 
Filtro Streiner 
 
2 1,40 
Tee 6" x 900 3 0,90 
Válvula Check 6" x 900 2 1,85 
Válvula bola 4" x 900 1 0,05 
Válvula bola 6" x 900 3 0,05 
 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Elaboración: Los autores. 
 
2.3.1.2 Ecuación del sistema de tuberías 
La ecuación (1.29) permite obtener la ecuación para el sistema de 
tuberías de la estación de bombeo en estudio. Primeramente 
realizamos el cálculo con gasolina súper. 
Datos: 
Hgeo = 0.52 m 
Pdescarga = 560 PSI = 3861064 Pa 
Psucción = 80 PSI = 551580.6 Pa 
γ = 7361.42 N/m3 
 γ 
 
 
Se determinan 6 tramos en el sistema debido a que, en cada tramo, 
se tiene un diámetro nominal de tubería diferente, por lo cual se 
58 
 
tendrá que sumar los valores del término de Q2 de estas seis partes 
para obtener la ecuación final del sistema de tuberías con cada uno 
de los fluidos bombeados a través del poliducto. 
 
Se realizará una primera aproximación con los datos de cada tramo 
y luego se realizará iteraciones hasta obtener una variación en 
caudal de 0.0001 m3/s. 
 
Datos tramo 1 
 
L = 3.83 m 
Dint = 4.026 pulg = 0.1023 m 
ν = 8.52E-7 m2/s 
Є = 4.6E-5 m (Tabla 1.1) 
g = 9.8 m/s2 
 
Primera aproximación 
 
La velocidad en las tuberías para una primera aproximación se 
obtiene con la siguiente fórmula empírica. 
 √ 
v = 2.0064 m/s 
 
Con esta velocidad se calcula el número de Reynolds. 
 
 
Re = 2.41 x 105 
 
Mediante la ecuación de Colebrook se calcula el factor de fricción 
con un factor inicial fo = 0.025. 
 √ √ 
 
f = 0.0182 
59 
 
Tabla 2.6 Accesorios tramo 1. 
 
Accesorio Cantidad K total 
Codo 90° x 4” 5 1.05 
Válvula Compuerta 4”x150 1 0.14 
Válvula Check 4”x150 1 2.00 
Tee 4” 1 1.02 
Ampliación 4” – 6” 1 0.13 
TOTAL 9 4.34 
 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Elaboración: Los autores. 
 
La ecuación para el primer tramo será de la siguiente forma: ∑[ ] 
 
Resultados de la última iteración 
v = 2.42 m/s 
Re = 2.90 x 105 
f = 0.0180 
 
La ecuación para el primer tramo de tubería será la siguiente: 
Para los tramos dos a seis se repite el mismo procedimiento de 
cálculo anterior. Inicialmente se comienza realizando una primera 
aproximación, luego se efectúan las respectivas iteraciones. A 
continuación se muestran los resultados de las correspondientes 
iteraciones finales. 
 
 
 
 
60 
 
Tabla 2.7 Datos de los tramos 1 al 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Elaboración: Los autores. 
 
Se obtienen los valores de la siguiente tabla. 
Tabla 2.8 Resultados 
 
Tramo v (m/s) Re x 105 f ΣK 
1 2.42 2.90 0.0180 4.34 
2 1.069 1.93 0.0178 3.37 
3 2.088 1.91 0.0193 6.62 
4 1.069 1.93 0.0178 7.32 
5 2.42 2.90 0.0180 1.66 
6 1.069 1.93 0.0178 1.81 
 
Elaboración: Los autores. 
 
Las ecuaciones resultantes son: 
Tramo 1 
Tramo 2 
Tramo 3 
Tramo 4 
Tramo 5 
Tramo 6 
Tramo L (m) Dint(pulg) Ν (m2/s) Є (m) 
1 3.83 4.026 8.52x10-7 4.6x10-5 
2 9.51 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
3 6.09 3.068 8.52x10-7 4.6x10-5 
4 10.23 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
5 5.49 4.026 8.52x10-7 4.6x10-5 
6 6.80 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
61 
 
Según se observa en los resultados, el tramo 2 presenta la mayor 
pérdida de carga, este tramo corresponde al sitio donde se 
encuentra ubicado el filtro separador, aquí es filtrado el fluido 
reteniendo las partículas sólidas mediante la acción de seis filtros 
internos. 
 
 
 
 
 
Fig. 2.11 Filtro separador. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
 
En el tramo 3, que corresponde al sitio donde están ubicados los 
contadores de combustible, también se presenta una mayor 
cantidad de pérdidas. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.12 Tramo 3. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
 
Las causas para que esta pérdida de carga sea elevada se debe a los 
siguientes factores: 
 
Marca Denominación 
1 Contador 
2 Filtro 
62 
 
- Se tiene dos medidores de flujo con filtro que no se utilizan. 
- El diámetro interno de la tubería es el menor de todos los 
tramos analizados ya que es de 3 pulgadas. 
- Mayor cantidad de accesorios de diámetro reducido en 
comparación con el resto de la tubería. 
El tramo 6, que corresponde a la tubería de succión de la bomba 
multietapa, presenta menor pérdida de carga, ya que su diámetro es 
mayor (6 pulg) y por ende la velocidad será menor reduciendo el 
factor de fricción. Además, no existe una cantidad considerable de 
accesorios (Factor K = 1.81) que afecten el caudal transportado por 
esta tubería. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.13 Tubería de succión de bomba. 
Fuente: Estación de Bombeo PQAR. 
Al tener un diámetro reducido de tubería, la velocidades mayor, 
por tanto aumenta el coeficiente de fricción. Las velocidades 
recomendadas para tuberías en el transporte de combustibles son: 
Tabla 2.9 Velocidades recomendadas 
Línea Velocidad (m/s) 
Succión 0.6 a 1.2 
Retorno 1.5 a 4.0 
Descarga 2.0 a 5.5 
 
Fuente: MOTT, Robert, “Mecánica de fluidos”, 6ta. Edición, p. 164. 
Elaboración: Los autores. 
63 
 
Según la tabla 2.8, las velocidades en los tramos uno, tres y cinco 
(que corresponden a las tuberías con diámetro de 3 pulg y 4 pulg 
respectivamente) varían desde 2.088 m/s a 2.42 m/s, excediendo los 
rangos recomendados en la Tabla 2.9 para líneas de succión. 
También los tramos dos, cuatro y seis, se encuentran en valores 
casi al límite de las velocidades permitidas (1.069 m/s). Por tal 
razón, debemos tener cuidado en este aspecto al momento del 
rediseño del sistema. 
Finalmente, luego de haber analizado las ecuaciones por cada 
tramo de tubería, se obtiene la ecuación general para el sistema de 
tuberías. 
 
Todo el procedimiento de cálculo realizado se efectúa de la misma 
forma hasta llegar a la ecuación general del sistema de tuberías ya 
sea para la gasolina extra, diesel 1 y diesel 2, cambiando los valores 
de las propiedades físicas dependiendo del tipo de fluido. 
Tabla 2.10 Propiedades físicas de los fluidos 
Fluido 
Densidad 
 
(Kg/m3) 
Peso 
específico 
(N/m3) 
Viscosidad 
cinemática 
(m2/s) 
G. Súper 750.4 7361.42 8.52x 10-7 
G. Extra 745.3 7311.39 8.59 x 10-7 
Diesel 1 812.4 7969.64 2.35 x 10-6 
Diesel 2 848.4 8322.80 6.75 x 10-6 
 
Fuente: Poliducto Q-A-R, Laboratorio de Control de Calidad. 
Elaboración: Los autores. 
 
 
 
 
 
64 
 
Ecuaciones del sistema de tuberías por tipo de fluido 
 
Gasolina Súper 
Gasolina Extra 
Diesel 1 
Diesel 2 
2.3.1.3 Curva de la bomba 
Se realizó un ajuste de curva mediante el método de mínimos 
cuadrados. Los puntos de referencia fueron tomados de la hoja de 
pruebas proporcionado por el fabricante. 
 
Tabla 2.11 Datos para elaborar la curva de bomba multietapas. 
 
 
 
 
 
Fuente: Manual de bombas multietapas Byron Jackson. 
Elaboración: Los autores. 
 
Las ecuaciones de las bombas en serie son las siguientes: 
Bomba 601: H = 488.76 -75836.79Q2 
Bomba 602: H = 962.30 - 75836.79Q2 
 
 
Q H1 H2 
0 488,7577 962,2646 
0,005 485,5909 959,0978 
0,010 479,7070 953,2139 
0,015 471,3732 944,8801 
0,020 460,1676 933,6745 
0,025 446,6435 920,1504 
0,030 430,3367 903,8436 
65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.14 Curvas de bombas. 
Elaboración: Los autores. 
 
Como se observa en la Figura 2.14, la curva de la bomba del grupo 
601 se encuentra debajo de la curva de la bomba del grupo 602. 
Esto se debe a que como el sistema de bombeo es mediante 
configuración de bombas en serie, la altura de presión de fluido 
bombeado aumenta sin que el caudal recibido, tanto en la primera 
como en la segunda bomba, sufra variaciones. 
2.3.1.4 Punto de operación en el sistema de tuberías 
Obtenidas las ecuaciones del sistema de tuberías y las ecuaciones 
de las bombas, procedemos a evaluar el punto de operación, para 
cada tipo de fluido. 
 
 
 
 
66 
 
Tabla 2.12 Resultados del punto de operación. 
Fluido Bomba 
Caudal Altura 
[m] m3/s GPH 
G. Súper 
601 0.01992 18950 458.64 
602 0.01992 18950 932.15 
G. Extra 
601 0.01911 18177 461.05 
602 0.01911 18177 934.56 
Diesel 1 
601 0.01931 18368 460.46 
602 0.01931 18368 933.97 
Diesel 2 
601 0.01818 17295 463.67 
602 0.01818 17295 937.18 
 
Elaboración: Los autores. 
 
Las respectivas gráficas se muestran a continuación:
67 
 
GASOLINA SÚPER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.15 Punto de Operación G. Súper. 
Elaboración: Los autores. 
68 
 
GASOLINA EXTRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.16 Punto de Operación G. Extra. 
Elaboración: Los autores. 
69 
 
DIESEL 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.17 Punto de Operación Diesel 1. 
Elaboración: Los autores. 
70 
 
DIESEL 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.18 Punto de Operación Diesel 2. 
Elaboración: Los autores. 
61 
 
2.3.1.5 Análisis del punto de operación 
Las curvas del sistema y de la bomba son las representaciones 
gráficas del comportamiento de las mismas. Debido a que estas 
curvas dependen de la variable Q (caudal volumétrico), cuando se 
da la intersección de estas, existe un valor en el cual se satisface los 
requerimientos de ambas, que en este caso es el punto de 
operación. 
En las gráficas mostradas anteriormente, los valores de la altura 
estática y las pérdidas de carga cambian debido a las diferentes 
características que tienen los productos transportados, sin que se 
haya producido cambios en el sistema de tuberías o en los grupos 
mecánicos, por lo que el punto de operación varía en cada uno de 
ellos. 
Otro dato importante es el valor de la altura de presión a la que 
opera el sistema. Este valor se incrementa desde un valor medio de 
458 m en la curva de la primera bomba hasta un valor medio de 
937 m en la curva de la segunda bomba. 
Los caudales que se obtienen en el punto de operación de cada una 
de las curvas son bastante aproximados (entre 17294.87 GPH y 
18949.62 GPH) a los valores reales bombeados a través del 
poliducto (alrededor de 20000 GPH). Los factores que afectan a 
que no se tenga los mismos resultados son: 
- Las propiedades físicas de los productos no siempre son 
constantes, debido a que estos están expuestos a cambios de 
temperatura que va desde los 3°C hasta los 25°C. 
- Las características físicas de la tubería, accesorios y 
valvulería cambiaron por el tiempo de uso, tales como sus 
diámetros internos y rugosidades. 
- Existe un error admisible en los instrumentos de medición, 
especialmente manómetros y caudalímetros. 
62 
 
- La curva de la bomba está representada en operación bajo 
condiciones ideales, es decir sin desgastes y reposiciones de 
sus elementos mecánicos, por tanto, podría no aproximarse 
a la curva real que se debería tener en los actuales 
momentos. 
 
2.3.1.6 Eficiencia de la bomba (η) 
Es el factor que indica el rendimiento de la misma, y su valor se ve 
afectado por las pérdidas de energía que se suscitan tanto en los 
elementos mecánicos como en el rozamiento del fluido con las 
partes internas de la bomba. 
Para la bomba de ocho etapas en estudio la ecuación es la siguiente: 
η = 4327.25Q – 63650.82Q2 
La gráfica correspondiente se muestra a continuación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.19 Curva de Eficiencia de la Bomba Multietapa. 
Elaboración: Los autores. 
 
63 
 
Analíticamente, el valor de eficiencia se obtiene reemplazando el 
valor del caudal del punto de operación de la bomba en la ecuación 
de la eficiencia. 
 
Primeramente se toma los datos del punto de operación del sistema 
cuando se opera con gasolina súper (Q = 0.019926m3/s) y se 
procede a calcular de la misma forma con los demás tipos de 
combustibles. 
 
η = 4327.25Q – 63650.82Q2 
η = 61 % 
 
Tabla 2.13 Eficiencia de la bomba por tipo de combustible. 
Fluido Caudal (m3/s) Eficiencia (%) 
Gasolina Súper 0.0199 61 
Gasolina Extra 0.0191 59 
Diesel 1 0.0193 60 
Diesel 2 0.0182 58 
 
Elaboración: Los autores 
 
 
En un sistema de bombeo, la eficiencia de una bomba debe ser 
mayor o igual al 65%, por tanto los valores obtenidos no se ajustan 
a esta condición. 
 
2.3.2 Cálculos para descarga en Ambato 
 
2.3.2.1 Pérdidas de carga en accesorios 
El factor se calculó y escogió mediante un software especializado 
en flujo de tuberías, cuyos valores se muestran a continuación. 
 
 
 
64 
 
Tabla 2.14 Listado de accesorios. 
 
ACCESORIO CARACTERISTICAS CANTIDAD FACTOR K 
Reducción 6" - 3" 2 0,62 
Reducción 6" - 4" 1 0,16 
Ampliación 3" - 6" 4 0,33 
Codo 45° x 2"2 0,3 
Codo 90° x 3" 2 0,22 
Codo 45° x 6" 4 0,24 
Codo 90° x 6" 5 0,19 
Tee 6" x 150 5 0,9 
Válv. bola 3" x 150 2 0,05 
Válv. compuerta 6" x 150 2 0,12 
Filtro Fram 6 filtros 1 60,6 
Tee 6" x 900 1 0,9 
Válv. bola 2" x 150 2 0,06 
Válv. bola 2" x 900 2 0,06 
Válv. bola 6" x 900 2 0,05 
Válv. con filtro 6" x 900 1 1,1 
 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
Elaboración: Los autores. 
 
2.3.2.2 Ecuación del sistema de tuberías 
Primeramente realizamos el cálculo con gasolina súper. 
Hgeo = 0.117 m 
ΔP= 201.13 PSI = 1.38 x 106Pa 
γ = 7361.42 N/m3 
 γ 
 
 
65 
 
Se determinan 5 tramos en el sistema con diámetro nominal de 
tubería diferente. 
 
Datos tramo 1: 
 
L = 29.2 m 
Dint = 6.065pulg = 0.154 m 
ν = 8.52E-7 m2/s 
v = 1.069 m/s 
Є = 4.6E-5 m (Tabla 1.1) 
g = 9.8 m/s2 
 
Número de Reynolds 
 
Re = 1.93 x 105 
 
Factor de fricción: Factor inicial fo = 0.025 
 √ √ 
 
f = 0.0178 
 
Tabla 2.15 Accesorios tramo 1. 
 
Accesorio Cantidad K Total 
Codo 90° x 6” 2 0.38 
Válv. esfera 6”x900 2 0.10 
Codo 45° x 6” 2 0.48 
Tee 6” 1 0.90 
Válvula con filtro 1 1.10 
TOTAL 8 2.96 
 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
Elaboración: Los autores. 
66 
 
La ecuación para el primer tramo será la siguiente: 
 
Para los tramos dos a cinco se repite el mismo cálculo. 
Tabla 2.16 Datos de los tramos. 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
Elaboración: Los autores. 
 
Se obtuvieron los siguientes resultados: 
Tabla 2.17 Resultados 
Tramo v (m/s) Re x 105 f ΣK 
1 1.07 1.93 0.0178 2.96 
2 4.37 2.76 0.0200 0.84 
3 1.07 1.93 0.0178 5.03 
4 4.17 3.81 0,0140 7.10 
5 1.07 1.93 0.0178 0.33 
 
Elaboración: Los autores. 
 
Las ecuaciones resultantes son: 
Tramo 1 
Tramo 2 
Tramo 3 
Tramo 4 
Tramo 5 
Tramo L [m] 
Dint 
[pulg] 
 
[m2/s] 
Є 
[m] 
1 29.2 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
2 1.1 2.12 8.52x10-7 4.6x10-5 
3 13.1 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
4 6 3.068 8.52x10-7 4.6x10-5 
5 1.94 6.065 8.52x10-7 4.6x10-5 
67 
 
2.3.2.3 Análisis de resultados 
Según se observa en los resultados, en el tramo 2, que corresponde 
al sitio donde se reduce la tubería de 6 a 2 pulg, se presentan la 
mayor cantidad de pérdidas. 
 
 
 
 
Fig. 2.20 Tramo 2. 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
 
Las causas para que la pérdida de carga sea elevada se debe a los 
siguientes factores: 
- Se tiene una reducción muy abrupta en la tubería que va 
desde 6” a 2”. 
- El diámetro interno de la tubería es el menor de todos los 
tramos analizados ya que es de 2 pulgadas. 
- Es un tramo con menor longitud y accesorios de diámetro 
reducido en comparación con el resto de la tubería. 
Al tener un diámetro reducido de tubería, la velocidad es mayor, 
por tanto aumenta el coeficiente de fricción. Las velocidades 
recomendadas según la Tabla 2.9 se sobrepasan en los tramos 2 y 4 
(Tabla 2.17) que corresponden a las tuberías con diámetro de 2 
pulg y 3 pulg respectivamente, por lo que se debería tener cuidado 
en este aspecto. 
Los tramos 3 y 5 presentan menor pérdida de carga, ya que su 
diámetro es mayor (6 pulg) y por ende la velocidad será menor 
reduciendo el factor de fricción. Además, no existe una cantidad 
considerable de accesorios que afecten el caudal transportado por 
esta tubería. 
68 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.21 Tramos 3 y 5. 
Fuente: Estación Reductora Ambato. 
 
Ecuación general para el sistema de tuberías 
El procedimiento de cálculo, ya sea para la gasolina extra y diesel 
(1 y 2), es el mismo, con la diferencia de que varían los valores de 
las propiedades dependiendo del tipo de fluido. 
Tabla 2.18 Propiedades de los fluidos. 
Fluido Densidad (Kg/m3) 
Peso específico 
(N/m3) 
Viscosidad 
cinemática 
(m2/s) 
Gasolina Súper 750.4 7361.42 8.52x 10-7 
Gasolina Extra 745.3 7311.39 8.59 x 10-7 
Diesel 1 812.4 7969.64 2.35 x 10-6 
Diesel 2 848.4 8322.80 6.75 x 10-6 
 
Fuente: Laboratorio de Control de Calidad Terminal Beaterio. 
Elaboración: Los autores. 
 
Las ecuaciones generales del sistema de tuberías para cada fluido 
son: 
 
69 
 
Gasolina súper 
Gasolina extra 
Diesel 1 
Diesel 2 
 
2.4 Verificación de Resultados 
 
Los valores obtenidos mediante los cálculos realizados para los respectivos 
sistemas de tuberías y bombas, se comparan con un software especializado para 
flujo de fluidos en tuberías (Ver anexo 2.4). 
 
2.4.1 Sistema de bombeo en Terminal El Beaterio 
 
Tabla 2.19 Eficiencia de bombas (601 y 602). 
 
Fluido 
Software 
(%) 
Calculado 
(%) 
Gasolina Súper 61 61 
Gasolina Extra 59 59 
Diesel 1 59 60 
Diesel 2 57 58 
 
Elaboración: Los autores. 
 
Se observa que la variación entre el cálculo realizado manualmente y el 
software es del 1%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
70 
 
Tabla 2.20 Resultados de simulación por tipo de fluido. 
 
Tramo 
Velocidad 
(m/s) 
Número 
Reynolds 
Factor 
Fricción 
Software Calculado Software Calculado Software Calculado 
GASOLINA SÚPER 
1 2,423 2,42 290971 290457 1,80E-02 1,80E-02 
2 1,026 1,068 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
3 2,086 2,088 190913 190994 1,94E-02 1,93E-02 
4 1,026 1,068 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
5 2,423 2,42 290971 290457 1,80E-02 1,80E-02 
6 1,026 1,068 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
GASOLINA EXTRA 
1 2,326 2,327 276942 277116 1,80E-02 1,80E-02 
2 0,985 1,025 180240 183957 1,79E-02 1,79E-02 
3 2,002 2,004 181709 181827 1,94E-02 1,94E-02 
4 0,985 1,025 180240 183957 1,79E-02 1,79E-02 
5 2,326 2,327 276942 277116 1,80E-02 1,80E-02 
6 0,985 1,025 180240 183957 1,79E-02 1,79E-02 
DIESEL 1 
1 2,35 2,352 102265 102152 2,01E-02 2,01E-02 
2 0,995 1,036 66556 67810 2,08E-02 2,07E-02 
3 2,023 2,025 67098 67023 2,19E-02 2,18E-02 
4 0,995 1,036 66556 67810 2,08E-02 2,07E-02 
5 2,35 2,352 102265 102152 2,01E-02 2,01E-02 
6 0,995 1,036 66556 67810 2,08E-02 2,07E-02 
DIESEL 2 
1 2,204 2,214 33385 33535 2,42E-02 2,41E-02 
2 0,933 0,976 21728 22268 2,60E-02 2,59E-02 
3 1,897 1,907 21905 22012 2,67E-02 2,66E-02 
4 0,933 0,976 21728 22268 2,60E-02 2,59E-02 
5 2,204 2,214 33385 33535 2,42E-02 2,41E-02 
6 0,933 0,976 21728 22268 2,60E-02 2,59E-02 
 
Elaboración: Los autores. 
 
71 
 
2.4.2 Descarga en Estación Reductora Ambato 
 
Tabla 2.21 Resultados de simulación por tipo de fluido. 
 
Tramo 
Velocidad 
(m/s) 
Número 
Reynolds 
Factor 
Fricción 
Software Calculado Software Calculado Software Calculado 
GASOLINA SUPER 
1 1,026 1,069 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
2 4,6 4,37 283507 276192 2,01E-02 2,00E-02 
3 1,026 1,069 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
4 4,172 4,17 381828 381404 1,84E-02 1,84E-02 
5 1,026 1,069 189371 193238 1,78E-02 1,78E-02 
GASOLINA EXTRA 
1 0,985 1,025 180240 183821 1,79E-02 1,79E-02 
2 4,415 4,196 269838 263008 2,02E-02 2,01E-02 
3 0,985 1,025 180240 183821 1,79E-02 1,79E-02 
4 4,005 4 363418 362874 1,85E-02 1,85E-02 
5 0,985 1,025 180240 183821 1,79E-02 1,79E-02 
DIESEL 1 
1 0,995 1,036 66556 67926 2,08E-02 2,07E-02 
2 4,462 4,24 99642 97086 2,18E-02 2,17E-02 
3 0,995 1,036 66556 67926 2,08E-02 2,07E-02 
4 4,047 4,046 134197 134167 2,00E-02 2,00E-02 
5 0,995 1,036 66556 67926 2,08E-02 2,07E-02 
DIESEL 2 
1 0,939 0,975 21848 22258 2,60E-02 2,59E-02 
2 4,207 4 32708 31694 2,53E-02 2,54E-02 
3 0,939 0,975 21848 22258 2,60E-02 2,59E-02 
4 3,816 3,81 44052 43812 2,33E-02 2,33E-02 
5 0,939 0,975 21848 22258 2,60E-02 2,59E-02 
 
Elaboración: Los autores. 
 
 
 
72 
 
1 
Como se observa en las tablas anteriores, tanto para el sistema de bombeo 
y la fase de descarga en Ambato, los valores calculados comparados con 
los valores obtenidos en el software son muy parecidos, prácticamente no 
difieren significativamente, por lo que se puede