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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA
PROYECTO DE GRADO
OPTIMIZACIÓN Y REDISEÑO DEL SISTEMA DE DESPACHO DE
DIÉSEL A CAMIONES CISTERNA EN LA PLANTA SENKATA DE YPFB
LOGÍSTICA
Postulante : Laura Mamani Abimael Rosmer
Tutores : Ing. Fernando Cuevas Banda
Ing. Luis Fernando Ali Quispe
LA PAZ – BOLIVIA
2019

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERIA
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II
Dedicatoria
A Dios y a mi familia, a mi madre Laureana
Mamani, a mis tíos, en especial a mi tía Esther
Laura, a mi padre Ismael Laura quienes nunca
me abandonaron. Por haberme enseñado sobre
el respeto, dedicación, humildad y trabajo duro;
valores con los cuales nunca hubiera llegado
hasta este punto. Les agradezco por todos los
sacrificios que han hecho para llevarme por el
camino correcto durante toda mi vida; por
brindarme su apoyo en los momentos malos y
por estar a mi lado en los buenos momentos.
Finalmente quiero dedicar este proyecto a todos
mis compañeros, amigos y amigas, en especial a
esas personas que confiaron en mí y me
extendieron su cariño incondicional.

III
Agradecimientos
“El éxito no es la clave de la felicidad. La felicidad es la clave del éxito. Si amas lo que haces el
éxito llegará.” Albert Schweitzer
Quiero expresar mi gratitud a Dios en primer lugar, por las oportunidades que se dio y por su
bendición. A mi familia por su constante apoyo, a mi madre por haber estado siempre ahí conmigo.
Agradecer a la Universidad Mayor de San Andrés por haberme abierto las puertas a esta prestigiosa
casa de estudios, así mismo a los docentes quienes me compartieron su conocimiento, inculcando
siempre ese cariño por la carrera, a mis amigos de la universidad, con quienes compartí muy
buenos momentos.
Un agradecimiento especial a YPFB logística S.A. por haberme abierto las puertas y darme la
posibilidad de adquirir mayor conocimiento en el área de almacenamiento que es de mi mayor
interés. Me encuentro muy agradecido a las personas que me dieron esta oportunidad de realizar
este proyecto dentro de la Planta Senkata. Al personal que sin su ayuda este proyecto no hubiera
sido posible, la gran experiencia con la que cuenta cada uno de ellos me dio la posibilidad de
enfocar el proyecto de distintos puntos de vista, sin la posibilidad de poder nombrarlos a cada uno
de ello, agradezco a los operadores, todos ellos grandes personas, a los supervisores, así como al
jefe de planta, quienes me dieron el apoyo necesario. A mi tutor por parte de YPFB Logística,
ingeniero Fernando Ali, una gran persona, a quien agradezco su pre disponibilidad y asesoramiento
en todo momento, le estoy muy agradecido por el grande apoyo que me ofreció para la elaboración
de este proyecto.
A mis tutor al ingeniero Fernando Cuevas quien se encargó de dirigirme por buen camino en la
elaboración de este proyecto, por el tiempo que se brindó.

IV
Índice General
Dedicatoria......................................................................................................................................II
Agradecimientos ........................................................................................................................... III
Índice General............................................................................................................................... IV
Índice de Figuras........................................................................................................................ VIII
Índice de Tablas............................................................................................................................ XI
Índice de ecuaciones .................................................................................................................. XIII
Simbología...................................................................................................................................XV
Resumen ejecutivo..................................................................................................................... XVI
Abstract.....................................................................................................................................XVII
Capítulo 1........................................................................................................................................ 1
Generalidades................................................................................................................................. 1
1.1. Introducción ......................................................................................................................... 1
1.2. Antecedentes........................................................................................................................ 4
1.3. Planteamiento del problema................................................................................................. 7
1.3.1. Identificación del problema. ......................................................................................... 7
1.3.2. Formulación del problema.......................................................................................... 10
1.4. Objetivos............................................................................................................................ 10
1.4.1. Objetivo general.......................................................................................................... 10
1.4.2. Objetivos específicos. ................................................................................................. 11
1.5. Justificación ....................................................................................................................... 11
1.5.1. Justificación Técnica................................................................................................... 11
1.5.2. Justificación Temporal................................................................................................ 12
1.5.3. Justificación Económica. ............................................................................................ 12
1.5.4. Justificación Social. .................................................................................................... 13
1.6. Alcance .............................................................................................................................. 13
1.6.1. Alcance Temático. ...................................................................................................... 13
1.6.2. Alcance Geográfico. ................................................................................................... 14
Capítulo 2...................................................................................................................................... 16
Marco teórico............................................................................................................................... 16

V
2.1. Conceptos fundamentales de fluidos ................................................................................. 16
2.1.1. Definición de fluido.................................................................................................... 16
2.1.2. Propiedades de un fluido............................................................................................. 17
2.1.3. Definición de temperatura. ......................................................................................... 22
2.1.4. Definición de presión.................................................................................................. 22
2.2. Combustible Diésel............................................................................................................ 24
2.2.1. Tipos de diésel Oil. ..................................................................................................... 24
2.2.2. Especificaciones técnicas del diésel en Bolivia.......................................................... 25
2.3. Flujo de fluidos en tuberías................................................................................................ 27
2.3.1. Rapidez del flujo de fluidos........................................................................................ 27
2.3.2. La ecuación de continuidad. ....................................................................................... 28
2.3.3. Tubos y tuberías de acero. .......................................................................................... 29
2.3.4. Ecuación general de la energía. .................................................................................. 30
2.3.5. Numero de Reynolds y pérdidas primarias por fricción. ............................................ 32
2.4. Pérdidas primarias y cálculo del factor de fricción f ......................................................... 37
2.4.1. El diagrama de Moody................................................................................................ 37
2.4.2. Análisis del factor f.................................................................................................... 38
2.5. Pérdidas secundarias en válvulas y accesorios .................................................................. 42
2.5.1. Coeficiente de resistencia. .......................................................................................... 43
2.6. Manómetros de presión...................................................................................................... 54
2.6.1. Medidores de presión.................................................................................................. 55
2.7. Concepto de bombas.......................................................................................................... 56
2.7.1. Potencia requerida por las bombas. ............................................................................ 56
2.7.2. Eficiencia mecánica de las bombas............................................................................. 57
2.7.3. Selección de bombas................................................................................................... 58
2.8. Sistema de control de despacho. ........................................................................................ 67
2.8.1. Controlador – computador de flujo ACCULOAD III.Net.......................................... 68
2.8.2. Válvula digital electro-hidráulica 210 (Set-Stop)....................................................... 69
2.8.3. Unidad de desplazamiento positivo PRIME 4............................................................ 70
2.8.4. Filtros en línea. ........................................................................................................... 71
2.9. Corrosión y golpe de ariete en el sistema de Bombeo...................................................... 72

VI
2.9.1. Procesos de corrosión y su clasificación..................................................................... 72
2.9.2. Golpe de ariete............................................................................................................ 74
2.10. Reglamentos de construcción, seguridad y operación ..................................................... 80
2.11. Reglamento ambiental para el sector de hidrocarburos ................................................... 84
2.11.1. Ficha técnica e identificación de riesgos. ................................................................. 85
2.12. Descripción general del procedimiento de despacho....................................................... 92
2.12.1. Control y seguridad en el procedimiento de despacho. ............................................ 92
2.12.2. Control de calidad del producto despachado. ........................................................... 93
Capítulo 3...................................................................................................................................... 94
Aplicación práctica ...................................................................................................................... 94
3.1. Diagnóstico de la situación actual de la Planta.................................................................. 94
3.1.1. Relevamiento de datos del sistema de despacho actual.............................................. 95
3.2. Determinación de la necesidad de un rediseño del sistema de bombeo .......................... 106
3.2.1. Análisis y proyección del sistema actual en el tiempo. ............................................ 108
3.2.2. Simulación del sistema de despacho actual. ............................................................. 110
3.3. Diseño de un nuevo sistema de despacho........................................................................ 114
3.3.1. Calculo de las pérdidas de carga presente en el sistema........................................... 115
3.3.2. Selección del tamaño óptimo de la tubería de succión. ............................................ 130
3.3.3. Selección de la bomba. ............................................................................................. 150
3.3.4. Selección del motor y la potencia............................................................................. 155
3.3.5. Calculo del golpe de ariete en el sistema.................................................................. 156
3.3.6. Diseño de válvulas de seguridad y alivio.................................................................. 158
3.3.7. Simulación con PIPE FLO Professional................................................................... 161
3.3.8. Comparación del actual sistema de despacho con el nuevo sistema. ....................... 162
3.3.9. Propuesta para la optimización del sistema de despacho de diésel. ......................... 163
3.3.10. Ventajas y desventajas del sistema optimizado. ..................................................... 165
Capítulo 4.................................................................................................................................... 166
Análisis económico.................................................................................................................... 166
4.1. Requerimiento de materiales y equipos para su cotización. ............................................ 166
4.1.1. Costo de materiales e instrumentos. ......................................................................... 166
4.1.2. Costos de los equipos................................................................................................ 168

VII
4.2. Evaluación financiera....................................................................................................... 171
4.3. Análisis de beneficios. ..................................................................................................... 173
Capítulo 5.................................................................................................................................... 177
Conclusiones y recomendaciones .............................................................................................. 177
5.1. Conclusiones.................................................................................................................... 177
5.2. Recomendaciones ............................................................................................................ 179
Bibliografía ................................................................................................................................ 181
Glosario de términos.................................................................................................................. 184
Apéndice
Anexos

VIII
Índice de Figuras
Figura 1.1. Vista satelital de la planta............................................................................................. 5
Figura 1.2. Filas generadas por las cisternas en el despacho de diésel........................................... 8
Figura 2.1. Esfuerzo cortante en un sólido y en un fluido. ........................................................... 16
Figura 2.2 Hidrómetro con termómetro incorporado.................................................................... 20
Figura 2.3. Dirección de la presión del fluido sobre las fronteras. ............................................... 23
Figura 2.4. Porción de un sistema de tubería................................................................................ 28
Figura 2.5. Sistema de flujo de fluidos que ilustra la ecuación general de la energía. ................. 31
Figura 2.6. Flujo laminar .............................................................................................................. 35
Figura 2.7. Flujo en la zona critica. .............................................................................................. 35
Figura 2.8. Flujo turbulento. ......................................................................................................... 35
Figura 2.9. Tubería rugosa vista macroscópica. ........................................................................... 38
Figura 2.10. Coeficientes de resistencia de entrada...................................................................... 43
Figura 2.11. Perdida de salida....................................................................................................... 44
Figura 2.12. Ampliación Súbita.................................................................................................... 45
Figura 2.13. Coeficiente de resistencia ampliación súbita............................................................ 46
Figura 2.14.Contraccion súbita..................................................................................................... 46
Figura 2.15.Coeficiente de resistencia-contracción súbita. .......................................................... 47
Figura 2.16. Ampliación gradual. ................................................................................................. 47
Figura 2.17. Coeficiente de resistencia ampliación gradual. ........................................................ 48
Figura 2.18. Contracción gradual.................................................................................................. 49
Figura 2.19. Coeficiente de resistencia contracción gradual. ....................................................... 50
Figura 2.20. Factor de fricción para acero comercial Cedula 40.................................................. 51

IX
Figura 2.21. Longitud equivalente de válvulas y accesorios. ....................................................... 52
Figura 2.22. Válvula de compuerta............................................................................................... 52
Figura 2.23. Accesorios de acero al carbono sch 40..................................................................... 53
Figura 2.24. Comparación presión absoluta y manométrica......................................................... 55
Figura 2.25. Medidor de presión de tubo Bourdon....................................................................... 56
Figura 2.26. Clasificación de bombas........................................................................................... 60
Figura 2.27. Curva característica de una bomba........................................................................... 61
Figura 2.28. Curva característica de la bomba modelo 3656 Goulds Pumps. .............................. 61
Figura 2.29. Curva carga dinámica total....................................................................................... 64
Figura 2.30. Curva carga total del sistema.................................................................................... 64
Figura 2.31. Gráfico de curvas características modelo3196 Goulds Pumps................................. 67
Figura 2.32. Esquema del sistema de control de despacho........................................................... 68
Figura 2.33. Accuload III.Net puntos 9 y 10. ............................................................................... 68
Figura 2.34. Válvula modelo 210 FMC Technologies. ................................................................ 70
Figura 2.35. Diagrama de funcionamiento de válvula 210 FMC Technologies........................... 70
Figura 2.36. Medidor PD FMC-Smith Meter. .............................................................................. 71
Figura 2.37. Filtro de línea Smith Meter....................................................................................... 71
Figura 2.38. Determinación grafica de los coeficientes de ajuste de Mendiluce.......................... 76
Figura 2.39. Diagrama de presiones para el golpe de ariete impulsión corta. .............................. 79
Figura 2.40. Diagrama de presiones para el golpe de ariete impulsión larga. .............................. 80
Figura 3.1. Vista esquema isométrico del sistema de despacho de diésel. ................................... 94
Figura 3.2. Datos contómetro y brazo de carga punto 7. ............................................................ 102

X
Figura 3.5. Datos contómetro y brazo de carga punto 10. .......................................................... 105
Figura 3.6. Esquema de diseño actual del sistema en PIPE FLO. .............................................. 110
Figura 3.7. Reporte problema de bombas 7 y 10 a caudal nominal............................................ 112
Figura 3.8. Diseño con línea de succión de 8"............................................................................ 113
Figura 3.9. Esquema simplificado para el cálculo de la línea de succión 1................................ 131
Figura 3.10. Obtención de NPSHreq para la Bomba 10............................................................ 136
Figura 3.11. Selección del diámetro comercial línea de succión 1............................................. 141
Figura 3.12.Esquema simplificado para el cálculo de la línea de succión 2............................... 142
Figura 3.13. Obtención de NPSHreq para la Bomba 9.............................................................. 146
Figura 3.14. Selección del diámetro comercial línea de succión 2............................................. 150
Figura 3.15. Ubicación de las válvulas de alivio. ....................................................................... 159
Figura 3.16. Esquema de instalación de una válvula de alivio. .................................................. 160
Figura 3.17.Esquema del nuevo diseño obtenido por simulador PIPE FLO Professional. ........ 161
Figura 4.1. Gráfico de periodo de recuperación por beneficios anuales..................................... 175

XI
Índice de Tablas
Tabla 1.1 Volumen despachado de diésel en 2019......................................................................... 7
Tabla 1.2 Caudales promedio de los puntos de despacho de diésel................................................ 9
Tabla 1.3 Tiempos de llenado promedio para cisternas de 24000 litros....................................... 10
Tabla 2.1.Especificaciones técnicas del diésel. ............................................................................ 26
Tabla 2.2.Unidades estándar para el número de Reynolds. .......................................................... 33
Tabla 2.3. Identificación de Riesgos en el manejo de diésel Oil. ................................................. 85
Tabla 3.1. Ubicación geográfica. .................................................................................................. 95
Tabla 3.2. Propiedades de fluido de trabajo.................................................................................. 96
Tabla 3.3.Propiedades de la tubería. ............................................................................................. 96
Tabla 3.4. Datos línea de succión 1. ............................................................................................. 96
Tabla 3.7. Datos de las líneas de descarga.................................................................................... 98
Tabla 3.8. Datos de los tanques de diésel. .................................................................................... 99
Tabla 3.9. Datos del motor y bomba de despacho punto 7........................................................... 99
Tabla 3.10. Datos del motor y bomba de despacho punto 8....................................................... 100
Tabla 3.11. Datos del motor y bomba de despacho punto 9....................................................... 100
Tabla 3.12. Datos del motor y la bomba de despacho punto 10. ................................................ 101
Tabla 3.13. Carga estática en la descarga. ................................................................................. 115
Tabla 3.14. Calculo del factor de fricción para línea de descarga. ............................................. 117
Tabla 3.15. Calculo de la velocidad en las líneas de descarga. .................................................. 117
Tabla 3.16. Tabla de pérdida de carga en tuberías de descarga.................................................. 119
Tabla 3.17. Accesorios de las líneas de descarga y sus coeficientes k. ...................................... 120

XII
Tabla 3.18. Perdidas de carga secundaria en la descarga. .......................................................... 122
Tabla 3.19. Accesorios de la línea de succión 1. ........................................................................ 123
Tabla 3.20. Perdida de carga secundaria línea se succión 1. ...................................................... 124
Tabla 3.21. Accesorios de la línea de succión 2. ........................................................................ 124
Tabla 3.22. Perdida de carga secundaria línea de succión 2...................................................... 125
Tabla 3.23. Numero de Reynolds para las líneas de succión...................................................... 127
Tabla 3.24. Perdida de carga en la línea de succión de 6".......................................................... 129
Tabla 3.25. Resumen de las pérdidas de carga en las líneas de descarga................................... 130
Tabla 3.26. Resumen de las pérdidas de carga en las líneas de succión..................................... 131
Tabla 3.27. Tabla iterativa para el cálculo de d. ......................................................................... 140
Tabla 3.28. Tabla iterativa para el cálculo del diámetro de la línea de succión 1. ..................... 141
Tabla 3.29. Tabla iterativa para el cálculo del diámetro de la línea de succión 2. ..................... 149
Tabla 3.30. Tabla de NPSHdisp para cada bomba...................................................................... 153
Tabla 3.31. Parámetros de inicio para las nuevas bombas.......................................................... 154
Tabla 3.32. Potencia requerida a instalar en nuestro sistema. .................................................... 156
Tabla 3.33. Calibración de válvulas de alivio............................................................................. 159
Tabla 3.34. Especificaciones técnicas para válvulas de alivio.................................................... 160
Tabla 4.1. Pedido mecánico en nuevo sistema de despacho de diésel........................................ 166
Tabla 4.2. Pedido de electrobomba para puntos 7 y 8 ................................................................ 168
Tabla 4.3. Pedido del puente de medición del punto de despacho N° 8..................................... 170
Tabla 4.4. Estimación de costos por actividades para la implementación del nuevo sistema. ... 172
Tabla 4.5. Tabla periodo de recuperación de la inversión .......................................................... 175

XIII
Índice de ecuaciones
Ecuación ( 2.1 ). Densidad............................................................................................................ 18
Ecuación ( 2.2 ). Peso especifico .................................................................................................. 18
Ecuación ( 2.3 ). Grados API........................................................................................................ 19
Ecuación ( 2.4 ). Viscosidad. ........................................................................................................ 21
Ecuación ( 2.5 ). Viscosidad cinemática....................................................................................... 21
Ecuación ( 2.6 ). Presión............................................................................................................... 22
Ecuación ( 2.7 ). Variación de presión.......................................................................................... 24
Ecuación ( 2.8 ). Rapidez del flujo de volumen............................................................................ 27
Ecuación ( 2.9 ). Rapidez de flujo de masa................................................................................... 29
Ecuación ( 2.10 ). Ecuación de continuidad. ................................................................................ 29
Ecuación ( 2.11 ). Ecuación de continuidad para líquidos............................................................ 29
Ecuación ( 2.12 ).Ecuación general de la energía......................................................................... 30
Ecuación ( 2.13 ). Desarrollo de la ecuación general de la energía.............................................. 31
Ecuación ( 2.14 ). Numero de Reynolds....................................................................................... 33
Ecuación ( 2.15 ). Ecuación de Darcy-Weisbach. ........................................................................ 36
Ecuación ( 2.16 ). Factor f función de otros parámetros............................................................... 38
Ecuación ( 2.17 ). Análisis dimensional del factor f..................................................................... 38
Ecuación ( 2.18 ). Ecuación de Hagen-Poiseuille......................................................................... 39
Ecuación ( 2.19 ). Factor de fricción para flujo laminar............................................................... 39
Ecuación ( 2.20 ). Ecuación de White-Colebrook. ....................................................................... 40
Ecuación ( 2.21 ).Ecuación del factor de fricción para flujo turbulento....................................... 41
Ecuación ( 2.22 ). Variación de la rugosidad con el tiempo......................................................... 42

XIV
Ecuación ( 2.23 ). Ecuación fundamental de pérdidas secundarias. ............................................. 42
Ecuación ( 2.24 ). Coeficiente de ampliación súbita. ................................................................... 45
Ecuación ( 2.25 ). Coeficiente k ampliación súbita y gradual. ..................................................... 48
Ecuación ( 2.26 ). Coeficiente k para contracción súbita y gradual. ............................................ 49
Ecuación ( 2.27 ). Coeficiente de resistencia k a partir de Le. ..................................................... 50
Ecuación ( 2.28 ). Coeficiente k para equipos. ............................................................................. 54
Ecuación ( 2.29 ). Presión manométrica y absoluta...................................................................... 54
Ecuación ( 2.30 ). Potencia añadida por una bomba..................................................................... 57
Ecuación ( 2.31 ). Eficiencia de la bomba. ................................................................................... 58
Ecuación ( 2.32 ). Carga estática total. ......................................................................................... 62
Ecuación ( 2.33 ). Carga dinámica total........................................................................................ 63
Ecuación ( 2.34 ). Curva de carga dinámica total......................................................................... 63
Ecuación ( 2.35 ). Carga total del sistema .................................................................................... 65
Ecuación ( 2.36 ). Condición del NPSH. ...................................................................................... 65
Ecuación ( 2.37 ). NPSH disponible............................................................................................. 66
Ecuación ( 2.38 ). Tiempo de cese para una bomba Mendiluce. .................................................. 75
Ecuación ( 2.39 ). Ecuación de la celeridad.................................................................................. 76
Ecuación ( 2.40 ). Tiempo crítico de la onda................................................................................ 77
Ecuación ( 2.41 ). Longitud critica de la onda.............................................................................. 77
Ecuación ( 2.42 ). Ecuación de Allievi. ........................................................................................ 78
Ecuación ( 2.43 ). Ecuación de Michaud ...................................................................................... 78
Ecuación ( 2.44 ). Presión de golpe de ariete positivo.................................................................. 79

XV
Simbología
SÍMBOLO SIGNIFICADO DIMENSIONES
A Área L2
ANH Agencia Nacional de Hidrocarburos
API American Petroleum Institute
ASTM American Society for Testing and Materials
D Diámetro L
DN Diametro Nominal L
e Espesor L
Ft Pies L
g Gravedad en el Lugar L/T2
GLP Gas Licuado de Petróleo
GPM Galones Por Minuto L3
/T
HA Energía añadida por un dispositivo mecánico L
HDIN Carga dinámica total L
HE Carga estática total L
hf Perdidas de carga primarias y secundarias L
ISO International Standards Organization
LD Línea de descarga
LPM Litros Por Minuto L3
/T
LS Línea de succión
Lts Litros L3
m Metros L
NFPA National Fire Protection Association
Q Caudal de fluido L3
/T
SCH 40 Esquema 40
SI Sistema internacional
TK Tanque de almacenamiento
v Velocidad promedio de flujo L/S
γ Peso especifico M / T2
L2
ρ Densidad M/L3
°F Grados Farenheit ϴ

XVI
Resumen ejecutivo
El presente proyecto está enfocado en la necesidad de un nuevo diseño para la optimización del
sistema de despacho de diésel a camiones cisterna en la planta Senkata, debido a las filas que se
genera en la planta, poniendo en riesgo la calidad de servicio que ofrece la empresa cuando se
incrementa la demanda.
En el capítulo 1 se identificó la demora en el tiempo de llenado, como el problema principal que
genera las largas filas en el despacho de diésel. Se planteó como objetivo principal el disminuir
dicho tiempo de carguío realizando un análisis hidráulico al sistema de despacho de diésel.
En el capítulo 2 se introdujo el marco teórico necesario para fundamentar los cálculos, gráficos y
ecuaciones, además del conocimiento que se requiere de los equipos y accesorios para la
elaboración de este proyecto.
En el capítulo 3, se determinó que en menos de dos años la demanda sobrepasara la capacidad
actual de despacho, colocando a este proyecto como una necesidad para la continuidad operativa
de la Planta. Se realizó un relevamiento de datos del sistema actual de despacho así como su
respectivo análisis hidráulico determinando los parámetros necesarios para el nuevo diseño
optimizado y su respectivo análisis de presiones para asegurar que no se dañe los mismos.
En el capítulo 4 se obtuvo la cotización de los materiales y equipos requeridos, para determinar el
costo que demandaría el proyecto y el tiempo de recuperación de la misma.
Finalmente en la parte de conclusiones se mencionó los puntos que fueron alcanzados durante la
elaboración de este proyecto, incluyendo además recomendaciones para su mejora.

XVII
Abstract
The present project is focused on the need for a new design for the optimization of the diesel
dispatch system for tankers at the Senkata plant, due to the rows generated at the plant, jeopardizing
the quality of the service offered by the company when demand increases.
In Chapter 1, the delay in filling time was identified as the main problem generated by the long
lines in the diesel office. The main objective was to reduce said loading time by performing a
hydraulic analysis of the diesel oil dispatch system.
Chapter 2 introduced the theoretical framework necessary to support the calculations, graphs and
equations, in addition to the knowledge that is required of the equipment and accessories for the
preparation of this project.
In Chapter 3, it was determined that in less than two years the demand exceeded the current
dispatch capacity, placing this project as a necessity for the operational continuity of the Plant. A
data survey of the current dispatch system was performed as well as its respective hydraulic
analysis determining the parameters necessary for the new optimized design and its respective
pressure analysis to ensure that they are not damaged.
In Chapter 4, the price of the materials and equipment required was obtained, to determine the cost
that the project would require and the recovery time.
Finally, in the conclusions part, the points that were reached during the elaboration of this project
were mentioned, including recommendations for improvement.

1
Capítulo 1
Generalidades
1.1. Introducción
Las empresas de hoy en día están conscientes de la importancia que tiene la distribución y
comercialización de combustibles, se ven en la necesidad de mejorar y actualizar constantemente
sus métodos y procedimientos de trabajo, de acuerdo a lo que se especifica en las normas
nacionales e internacionales.
En sus inicios la creación de YPFB (Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos) fue promovida
por la Guerra del Chaco. La necesidad de explotar los depósitos del Chaco boreal y hacerse cargo
de las instalaciones de la Standard Oil Co. of Bolivia, que hasta entonces había estado explotando
petróleo determinaron que el 12 de diciembre de 1936, ante las recomendaciones del teniente
coronel Germán Busch y el ingeniero Dionisio Foianini durante el Gobierno del coronel David
Toro, quien promulgó el Decreto de creación de YPFB. Una vez nacionalizada la Standard Oil el
13 de marzo de 1937, YPFB se hizo cargo de las instalaciones de la Standard Oil e inició la
explotación de petróleo en Bolivia. (Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos, 2019).
En los 50, gracias al trabajo desarrollado de la década anterior y al descubrimiento de yacimientos
nuevos, el país logra transformarse en importador de petróleo a país exportador. Hasta entonces,
la producción, a pesar de no haber logrado abastecer la demanda interna, entra en la "Etapa de
Oro" de YPFB. En 1955, el Gobierno del presidente Víctor Paz Estenssoro promulga el Código
del Petróleo, permitiendo el ingreso de capitales privados al negocio de los hidrocarburos. A
principios de los 60, la empresa crece y la producción de sus campos se estanca, obligando a YPFB
a tomar créditos internacionales para desarrollar nuevos trabajos de exploración y perforación.
(Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos, 2019).

2
En 1969, durante el gobierno de Alfredo Ovando Candia, se produce la segunda nacionalización
de los hidrocarburos, entregados en concesión a través del Código del Petróleo a la compañía
norteamericana Gulf Oil. Mediante un decreto ley, la nacionalización es impulsada por el Ministro
de Minas y Petróleo, Marcelo Quiroga Santa Cruz.
Luego de una inestabilidad política se vino el proceso de privatización de la empresa, dirigido por
Gonzalo Sánchez de Lozada a partir de 1996, YPFB es literalmente desmembrada en empresas de
capitales privados (Andina, Chaco, Petrobras y Transredes, capitalizada por la quebrada
norteamericana Enron), que le pagan al país un 18% en concepto de regalías. Esta situación, que
inicialmente es disimulada por el ingreso de importantes montos de inversión extranjera, provoca
luego un creciente malestar social que finalmente explota durante el segundo gobierno de Sánchez
de Lozada en los sucesos sangrientos de febrero y octubre de 2003. (Yacimientos Petrolíferos
Fiscales Bolivianos, 2019).
Fue en el gobierno de Evo Morales Ayma donde el Estado, a través de YPFB, retoma su plena
participación en toda la cadena productiva de los hidrocarburos y nacionaliza como mínimo el
50% + 1 de las acciones de las empresas capitalizadas y privatizadas. A partir de las disposiciones
del Decreto Supremo de Nacionalización y en cumplimiento de específicos decretos supremos
(mayo de 2007 y enero de 2009) se ha dispuesto la compra del 100% del paquete accionario de
Petrobras y sus afiliadas en la empresa Petrobras Bolivia Refinación S.A. (actual YPFB Refinación
S.A.), los acuerdos de compra venta de acciones entre Repsol y YPFB sobre la transferencia de
acciones que permitan la mayoría accionaria por parte de YPFB en la Empresa Petrolera Andina
S.A. (actual YPFB Andina S.A.), la nacionalización del 100% del paquete accionario de TR
Holdings Ltda. equivalente al 50% de acciones de la empresa Transredes S.A. (actual YPFB
Transporte S.A.); la nacionalización del 100% del paquete accionario de la Compañía Logística

3
de Hidrocarburos Boliviana S.A. (actual YPFB Logística S.A.), la nacionalización del 100% del
paquete accionario de Amoco Bolivia Oil & Gas AB en la Empresa Petrolera Chaco S.A. (actual
YPFB Chaco S.A.). En forma posterior (mayo de 2009) se nacionalizó el 100% del paquete
accionario de Air BP S.A. (en adelante YPFB Aviación S.A.) a favor de YPFB. (YPFB
LOGISTICA S.A., 2009).
Cabe mencionar también que la actividad de transporte por poliductos y almacenaje de
hidrocarburos líquidos estuvo a cargo de la Compañía Logística de Hidrocarburos Boliviana S.A.
o CLHB S.A., lo que actualmente conocemos como YPFB Transportes S.A. y YPFB Logística
S.A. Fue a partir de enero 2017 que el sistema de poliductos es transferido a YPFB Transportes
S.A. a efecto de conformar la Empresa Única de Transportes - EUT conjuntamente las empresa
YPFB Transierra S.A. y Gas Trans Boliviano – GTB, en el marco de directrices corporativas. Por
tanto a partir de esta gestión YPFB Logística S.A. es responsable de la administración y operación
del sistema de almacenaje, recepción y despacho de combustibles líquidos mediante 16 plantas de
almacenaje. (YPFB Logistica S.A., s.f.).
YPFB LOGÍSTICA S.A. como una empresa de la Corporación YPFB, con la función principal de
almacenaje de hidrocarburos líquidos (Diésel Oil, Kerosene, Jet Fuel, Gasolina Especial, GLP y
recientemente con la novedad del Etanol). De igual manera se encarga de la recepción de dichos
productos como también de despacharlos en cisternas hacia las distintas Estaciones de Servicio.
La empresa con el objeto de mantener un estándar de calidad de servicio con los clientes, fue
evolucionando con el pasar de los años adaptándose para cumplir a cabalidad los compromisos
con los clientes. Dentro de este desarrollo se debe hacer notar que existen puntos críticos que deben
ser solucionados para mantener la calidad del servicio.

4
1.2. Antecedentes
Entre las 16 plantas que se encuentran a cargo de YPFB LOGÍSTICA en todo el país, la Planta de
Senkata se ubica en el departamento de La Paz, Provincia Murillo, Cantón Achocalla. Ciudad de
El Alto, Zona de Senkata, carretera La Paz – Oruro, km. 8, sobre un área de 358.355,96 m2
, en las
siguientes referencias de localización. (Ver la Figura 1.1):
Latitud: W 68º 11’ 22.4”
Longitud: S 16º 34’ 23.2”
Altura: 3.996 m.s.n.m.
En sus inicios la planta se ubicaba en Entre Ríos, en el centro de la ciudad, así como también
existió PLEA (Planta Logística El Alto), que a principios fue una engarrafadora, se ubicaba en la
que actualmente es conocido como Juan Pablo II, en la Cruz Papal. Luego ya a mediados de 1991,
se empezó la construcción y reubicación de la planta a la zona Senkata de El Alto. Proyectos
Cochabamba inicio el proyecto enfocándose primero solo en los tanques. En 1996 se contaba con
los tanques 211 y 213, siendo el 211 el primer tanque en funcionar en la planta Senkata. Según
unos de los operadores más antiguos, Don Santiago Mamani, en principio se recepcionaba solo
por ductos por la línea OCOLP (Oleoducto Cochabamba Oruro La Paz).
Fue en el año 2005 donde el actual sistema de despacho comenzó a operar con tan solo 2 puntos
de despacho, contando con un Accuload I. No está demás mencionar que, antes de este sistema se
contaba con 4 puntos de despacho que llegaban a despachar máximo 700 LPM (Litros por Minuto),
ya cuando se implementó el nuevo sistema se contó con un flujo de hasta 2000 LPM. Actualmente
la planta Senkata de YPFB LOGÍSTICA se dedica de prestar servicios de recepción,
almacenamiento y despacho de combustibles. La empresa fue adecuándose para el manejo de
nuevos productos en los dos últimos años.

5
Figura 1.1. Vista satelital de la planta.
Fuente: Google Earth, 2019.
A los productos que ya se manejaban como el diésel, gasolina especial, Jet Fuel, Kerosene,
Gasolina Premium y GLP, a principios del 2019 se añaden productos como la GB81 (Gasolina
Base 81) y el Etanol, que genera dos nuevos tipos de gasolina como la gasolina Súper Etanol 92
(mezcla de gasolina especial y etanol al 12 %), y la nueva gasolina Plus (mezcla de la GB81 con
el etanol al 8 %).
La planta cuenta con 3 puntos de recepción, de los cuales 2 son netamente para diésel y 1 es dual,
que puede recepcionar tanto diésel como gasolina, dichos puntos se encargan de recibir el producto
mediante un descargadero de cisternas que llegan de importación o del interior del país, esto último

6
puede ser mediante cisternas o mediante ductos a cargo de YPFB Transportes. De estos puntos el
producto es bombeado hasta el área de tanques donde es almacenado. La planta está equipada con
21 tanques de almacenamiento para líquidos, de los cuales 6 están acondicionados para el
almacenamiento de gasolina (TK-200, TK-200A, TK-201, TK-202, TK-203 y TK-204), 2 tanques
de kerosene (TK-205 y TK-206), 2 tanques de Jet Fuel (TK-216 y TK-214), 1 tanque de Etanol
(TK-213), 7 tanques acondicionados para el almacenamiento de diésel (TK-207, TK-208, TK-209,
TK-210,TK-211, TK-215 y TK-216) , 2 tanques de almacenamiento de agua para el sistema contra
incendios (TK-217 y TK-218) y por último el tanque de SLOP donde se almacena el producto
recuperado del sistema de drenaje de la planta (TK-219). Actualmente mediante el proyecto ICA
se incrementan 4 tanques más, dos de diésel y dos de gasolina, los cuales tiene mucha más
capacidad de almacenamiento de hasta 10 millones de litros de diésel y 8 millones de litros de
gasolina, los mismos entraran en funcionamiento a finales del 2019.
Una vez que la recepción del producto termina, ya sea por llenado de tanque o simplemente sea el
último lote de descarga, dicho tanque en cuestión se pone a disposición para ser analizado por
laboratorio para emitir del certificado de verificación de calidad del producto, si se da el visto
bueno del análisis, el tanque queda a disposición para efectuar su despacho, si así se requiere.
Ya hablando del área de despacho, la planta presenta 7 islas con 13 puntos de despacho, la primera
isla no está destinada al área de despacho, más bien es un isla destinada al varillaje y prueba de
agua a los cisternas que ingresan producto a la planta, la segunda isla (punto 3 y 4) despacha
netamente gasolina base 81 (GB81), la tercera isla (puntos 5 y 6) despacha gasolina importada, la
cuarta isla (puntos 7 y 8) despacha diésel, al igual que la quinta isla (puntos 9 y 10), la sexta isla
(puntos 11 y 12) despacha producto etanol del punto 12 y jet fuel del punto 11, y por último
tenemos la séptima isla (punto 13) que despacha kerosene. Así mismo cuenta con una sala de 11

7
electrobombas para su despacho, de los cuales 4 son netamente de diésel que alimentan los puntos
7, 8, 9 y 10. Cada punto cuenta con su propio puente de medición conectado a un Accuload III.
1.3. Planteamiento del problema
1.3.1. Identificación del problema.
La problemática se presenta los días en que la demanda de producto incrementa ya sea si se habla
de gasolina, gasolina plus o diésel principalmente. Este proyecto se enfocara en el tema del diésel,
dejando de lado los demás productos que requieren de un estudio aparte. La problemática se ve
mucho más clara en días de feriado, debido al incremento en la demanda del parque automotor,
que aumenta el consumo de diésel en las estaciones de servicio.
Tabla 1.1 Volumen despachado de diésel en 2019
Mes
Volumen
Prom.
despachado
(lts/ día)
Días de
operación
Volumen
Máximo
despachado
(lts)
Fecha
máximo
volumen
despachado
Volumen
Mínimo
despachado
(lts)
Fecha
mínimo
volumen
despachado
Enero 1472624 26 2230301 11/01/2019 684501 02/01/2019
Febrero 1290872 24 1916509 16/02/2019 727000 05/02/2019
Marzo 1277040 25 1726904 12/03/2019 535000 04/03/2019
Abril 1688772 26 2997712 30/04/2019 952800 04/04/2019
Mayo 1771028 27 2247607 07/05/2019 472000 01/05/2019
Junio 1750550 25 2526496 19/06/2019 636000 21/06/2019
Julio 1831457 27 2772495 24/07/2019 1031504 16/07/2019
Fuente: Datos tomados de la planta YPFB logística – Senkata, Agosto 2019.

8
En lo que respecta al tema del diésel, se llega a despachar entre 2 y 3 millones de litros al día. Esto
debido a que la planta genera gran movimiento en el departamento, causando así que las
operaciones en área de despacho se alarguen hasta altas horas de la noche. En la Tabla 1.1 se
resume los datos de los volúmenes despachados de diésel que se realizó cada mes tomando el
promedio del volumen despachado por día, así también se menciona el volumen más alto y el
volumen más bajo, tomando en cuenta desde el mes de enero al mes de julio del presente año.
Mencionar además, que el promedio se tomó de los días normales de trabajo en la planta, no se
tomó en cuenta los días domingos puesto que son días anormales, que si se despacha es
dependiendo del requerimiento del cliente.
La problemática se identificó apoyada en la observación constante de las operaciones del día a día
de la planta.
Figura 1.2. Filas generadas por las cisternas en el despacho de diésel.
Fuente: YPFB Logistica S.A., 2019. Elaboracion propia.
Se llega a tener largas filas de las cisternas como se muestra en la Figura 1.2, causando retrasos en
el carguío de los choferes que muchas veces se los nota apresurados por salir de la planta ya que

9
deben cumplir con el pedido y evitar que su estación de servicio quede vacío y sin producto. De lo
mencionado anteriormente se genera malestar en los choferes, reclamos de los mismos a sus
sindicatos y esto causa reclamos a la planta, notificándolo como si fuera un mal servicio que se
estaría dando a los clientes.
Los días que se tiene que atender hasta altas horas de la noche, se tiene que exigir bastante al
personal de la planta, se ven en la necesidad de dar atención muchas veces hasta media noche,
generando sobretiempos en el personal. Esta situación provoca pesadez y cansancio en los mismos
trabajadores que se ven en el riesgo de cometer mayores incidentes.
Analizando el tiempo de demora en el carguío, se puede notar que 3 puntos de despacho de los 4
existentes en la planta demoraban más, destacándose el punto 9 de despacho de diésel con un flujo
promedio entre 1900 a 2000 LPM, la más rápida con la que cuenta la planta. Mientras que los otros
tres puntos 7,8 y 10 generalmente están entre 880 y 1100 LPM, que son los puntos que más
demoran en el despacho de diésel. En la Tabla 1.2 se muestra un resumen de estos flujos.
Tabla 1.2 Caudales promedio de los puntos de despacho de diésel.
Punto
Caudal con un solo punto de
despacho [LPM]
Caudal con dos puntos de
despacho del mismo tanque
[LPM]
7 895 880
8 1010 990
9 1990 1840
10 1330 1240
Con estos caudales se puede obtener el tiempo aproximado que tarda cada cisterna en salir de la
isla. Considerando solo aquellas cisternas con capacidad de 24000 litros se obtiene los tiempos de
llenado de cada punto resumidos en la Tabla 1.3.

10
Los procedimientos de operación que se realizan, como la puesta a tierra, el revisado de los
compartimentos, la programación en el Accuload III, la puesta del arnés del chofer y el registro
mismo de su boleta, llevan a un tiempo adicional que se incrementa a la entrada y salida de cada
cisterna, tiempo al que denominaremos a partir de ahora como “Tiempo de procedimientos de
despacho” el cual demora entre 5 y 10 minutos el cumplimiento a cabalidad de los procedimientos
que se debe seguir en planta.
Tabla 1.3 Tiempos de llenado promedio para cisternas de 24000 litros.
Punto Tiempo de llenado (min.)
7 31 - 35
8 28 - 30
9 15 - 16
10 23 - 25
Como se vio, este problema muchas veces surge cuando hay picos altos en la demanda. La
demanda va incrementando cada año y la planta despachar más producto por día.
1.3.2. Formulación del problema.
¿Con el cálculo hidráulico se puede optimizar el llenado de las cisternas en los puntos de carguío
de diésel del sistema de despacho?
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo general.
Optimizar el tiempo de carguío a camiones cisterna en el sistema de despacho de la Planta Senkata
de YPFB LOGÍSTICA para el abastecimiento de combustible diésel con total eficiencia en
situaciones de alta demanda.

11
1.4.2. Objetivos específicos.
 Realizar un análisis hidráulico mediante cálculos y simulaciones en el sistema de despacho
de diésel.
 Determinar los parámetros requeridos de los equipos, líneas y accesorios, garantizando el
funcionamiento eficiente de todo el sistema.
 Rediseñar el sistema de despacho de diésel con las nuevas especificaciones obtenidas a
partir del análisis hidráulico.
 Comparar los resultados del nuevo diseño con el sistema de despacho actual de la Planta,
determinando los logros obtenidos en el abastecimiento de diésel.
1.5. Justificación
1.5.1. Justificación Técnica.
Previo un análisis del sistema de despacho de diésel actual adecuándolo a las nuevas necesidades,
utilizando cálculos de ingeniería y análisis hidráulico, se planteó la obtención de los parámetros
mínimos requeridos para el nuevo diseño y determinar si el sistema actual es suficiente o se
requiere de modificaciones.
Ya que se determinará el tamaño, dimensión, potencia y material mínimos necesarios para la
implementación del nuevo diseño, rediseñando el sistema actual. Con su funcionamiento de
manera eficiente, optimizando el tiempo de llenado a las cisternas, con un flujo de 600 GPM
(Galones Por Minuto) en los cuatro puntos de despacho.
Con esta referencia se incrementará la capacidad de despacho de la Planta Senkata, generando
mayor fluidez en la entrada y salida de las cisternas, así se evitará filas y desconformidad en los
clientes (estaciones de servicio). Con estas razones explicadas se justifica con mayor prioridad la

12
optimización y rediseño del sistema de despacho de diésel a camiones cisterna en la Planta Senkata
de YPFB Logística.
1.5.2. Justificación Temporal
Con el análisis que se realizara a todo el sistema de despacho y sus modificaciones, se buscara
disminuir el tiempo de carguío que cada cisterna. Esto ayudara con evitar los sobretiempos
empleados por el personal. Dara mayor tiempo a los choferes de cisternas para que puedan llegar
hasta sus estaciones de servicio. Así mismo se beneficiara al personal de la planta para que puedan
terminar las operaciones en el horario establecido.
1.5.3. Justificación Económica.
Actualmente la economía del país va incrementándose, así como también el parque automotor, las
empresas van actualizándose implementando nuevas máquinas, muchas de ellas son para la
agricultura del país que funciona en su gran mayoría con diésel, ya que es el combustible perfecto
para su funcionamiento proporcionando mayor potencia y fuerza para su motor. Otro claro ejemplo
es el caso de las construcciones de avenidas, puentes y edificios. Las empresas constructoras optan
por comprar maquinaria pesada para realizar sus trabajos de manera más rápida, requiriéndose
mayor cantidad de diésel para su funcionamiento.
Se piensa incrementar la capacidad actual de la planta, que cuando exista requerimiento del interior
del país para diésel, la planta contara con la capacidad de poder cubrir este incremento en la
demanda sin ningún problema, esto generara mayores ingresos para la empresa que contara con
una capacidad mucho mayor de despacho de diésel, y no presentará problemas si en un futuro
continuará la demanda. Además podemos mencionar que con el nuevo diseño se lograra evitar
aquellos gastos económicos de pago por sobretiempos al personal.

13
1.5.4. Justificación Social.
Analizando por el lado social, la planta realiza un gran esfuerzo al mantener la tranquilidad en la
sociedad, claro ejemplo de cuando falta producto, ya sea gasolina o diésel en el país, la sociedad
misma siente el desabastecimiento que se genera, ya que muchas familias de choferes, de empresas
que trabajan con automotores se ven afectados, causando malestar en la población. Si hoy en día
se ve tranquilidad y movimiento en la sociedad, un buen porcentaje es gracias a los esfuerzos que
realiza YPFB LOGÍSTICA S.A. para el abastecimiento de combustible en el país, evitando así
descontentos, reclamos, marchas y bloqueos en la población. De ahí la gran importancia de equipar
a la Planta Senkata, para darle la capacidad de cubrir la demanda local, tomando en cuenta el
crecimiento de dicha demanda, mostrando eficiencia y solides de la planta ante los desafíos que se
vienen en el futuro.
Se plantea mejorar el ámbito social que existe en la planta ya que muchas veces la alta demanda
de diésel provoca malestar en los choferes que vienen con reclamos, malestar en el personal de la
planta, ya que deben realizar un mayor esfuerzo para el abastecimiento de la demanda, generando
cansancio y pesadez. Por lo que si el sistema de despacho mejora el servicio, se evitaran filas y el
cansancio de sobretiempos. El despacho de cisternas se acabara a la hora debida e incluso mucho
antes y de manera rápida.
1.6. Alcance
1.6.1. Alcance Temático.
El proyecto se enfocara en un análisis del sistema de despacho de diésel, dejando de lado los demás
productos, se espera que también en base a este proyecto se pueda más adelante realizar un
mejoramiento a los otros sistemas de despacho con diferentes productos.

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La optimización se buscara partir de un análisis del sistema actual de despacho de la Planta
Senkata y la simulación con el programa PIPE FLO Professional. De esa manera determinar la
forma de mejorar el caudal de despacho y disminuir el tiempo de llenado de las cisternas. Para ello
de ser necesario se implementará nuevos equipos y la forma de selección de los mismos para
obtener un sistema de despacho (bombas, motor, líneas de succión y puentes de medición)
adecuados para que los puntos de diésel tengan un caudal aproximado de 600 GPM (2271 LPM)
como base.
Se especificará a detalle el método de selección de bombas y motor, el sistema de selección de
líneas de succión, así como también el cálculo hidráulico del sistema para obtener dichos
parámetros, colocando de lado el tema de la conexión eléctrica, el diseño de la infraestructura que
llega a ser una ingeniería civil muy aparte, por lo tanto aclaramos que el proyecto será de un tema
netamente hidráulico, de selección de bombas, de líneas de succión, así como de equipos y
componentes que se requerirá para optimizar nuestro sistema, también se realizara el análisis de
costos que tendrá el rediseño y la implementación del nuevo sistema optimizado, para ver los
beneficios que adquirirá la empresa.
1.6.2. Alcance Geográfico.
La Planta Senkata conformada por YPFB Logística, y YPFB Comercial se ubica en las siguientes
4 coordenadas geográficas las cuales están marcadas de color azul en la Figura 1.1.
Punto1 Punto 2 Punto 3 Punto 4
Latitud: w 68º 11’ 10.0” 68º 11’ 16.9” 68º 11’ 33.5” 68º 11’ 08.3”
Longitud: S 16º 34’ 13.7” 16º 34’ 08.6” 16º 34’ 23.5” 16º 34’ 39.5”
Ubicada a una altura de 3996 m.s.n.m.

15
Con respecto al área de influencia geográfica, la Planta Senkata recibe, almacena y despacha
combustibles para los mercados de las Ciudades de La Paz, El Alto, Beni, así como provincias del
departamento de La Paz y poblaciones del departamento del Beni (San Borja, Rurrenabaque, Santa
Rosa, Reyes, etc.). También en muchas ocasiones se llega a abastecer de combustible hasta Cobija
y raras veces se solicita del interior del país, que lleva a despachar producto diésel hasta las
ciudades de Santa Cruz y Cochabamba.

16
Capítulo 2
Marco teórico
2.1. Conceptos fundamentales de fluidos
2.1.1. Definición de fluido.
Para una buena compresión se requiere conocer conceptos básicos que nos ayudaran a comprender
mejor y de manera clara los temas que se abarcaran en el presente proyecto, evitando
ambigüedades en los términos comenzando de lo más básico, comprendiendo el término de fluido
o a que se denomina fluido, una de las definiciones más claras seria la siguiente:
“Un fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté
sometida a un esfuerzo cortante, sin importar que tan pequeño sea. En contraste un sólido
experimenta un desplazamiento definido (o se rompe completamente) cuando se somete a un
esfuerzo cortante” (Shames, 1995, pág. 3).
Figura 2.1. Esfuerzo cortante en un sólido y en un fluido.
Fuente: Shames, I. (1995). Mecanica de fluidos. Santafé de Bogotá: Martha Edna Suárez R.
Se muestra a la izquierda de la Figura 2.1 un cambio de su forma de una manera característica
convenientemente por el ángulo Δα cuando se somete a un esfuerzo cortante τ. Si este fuera un

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elemento de fluido (como se muestra a la derecha de la Figura 2.1), no existiría un Δα fijo ni aun
para un esfuerzo cortante infinitesimal. (Shames, 1995, pág. 4).
Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Si un líquido se almacena en un contenedor, tiende a
adoptar la forma de este, y cubre el fondo y las paredes laterales. La superficie, en contacto con la
atmosfera, mantiene un nivel uniforme. Cuando el contenedor se inclina, el líquido tiende a
derramarse. Si se mantiene un gas a presión en un recipiente cerrado, tiende a expandirse y llenarlo
por completo. Si el contenedor se abriera, el gas tendería a expandirse aún más y a escapar de él.
(Mott R. , 2006, pág. 3)
Una de las diferencias más notables entre fluido líquido y fluido gaseoso, es claramente cuando a
estos se los somete a presión, por ejemplo en un embolo. Si comprimimos un gas este puede
cambiar su volumen de manera notable dentro del pistón sometido a presión, mientras que en el
caso de un líquido no sucede tal cosa. Puede que el líquido cambie su presión a la cual es sometida
pero su volumen variara muy poco, esta variación es muy pequeña que muchas veces se lo
considera como nula, dependiendo la profundidad de estudio que se aplica.
Es importante tener muy en claro el termino de fluido puesto que el producto diésel es un fluido
líquido y se lo analizara como tal para los cálculos posteriores.
2.1.2. Propiedades de un fluido.
Para una mejor comprensión del estudio de un fluido como es el diésel se requiere tener bien en
claro las propiedades que la caracterizan, a su vez ayudaran con los cálculos y los problemas de
flujo de fluidos que se requerirán más adelante. Por lo tanto es necesario tener una buena y clara
definición de las propiedades de un fluido.

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2.1.2.1. Densidad, peso específico y gravedad especifica.
Debido a que muchos estudios por lo general tiene que ver con fluidos que circulan en forma
continua o con una cantidad pequeña de ellos que permanece en reposo, es más conveniente
relacionar la masa y el peso del fluido con el volumen dado de este. Por ello las propiedades de la
densidad y el peso específico se definen así: “Densidad es la cantidad de masa por unidad de
volumen de una sustancia”. Por tanto, si se denota la densidad con la letra griega ρ (rho), se tiene
la ecuación 2.1: (Mott R. , 2006, pág. 14).
ρ =
𝑚
𝑉 Ecuación ( 2.1 ). Densidad
“De donde V es el volumen de la sustancia que tiene masa m. Mientras que el Peso específico es
la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia, y se denota con la letra griega γ
(gamma)”. (Mott R. , 2006, pág. 15).
γ =
𝑤
𝑉 Ecuación ( 2.2 ). Peso especifico
“Donde V es el volumen de una sustancia que tiene peso w. y por otro lado la gravedad especifica
es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad del agua a 4 °C.” (Mott R. , 2006, pág.
15)
2.1.2.2. Gravedad especifica en grados Baumé o grados API.
Es muy necesario considerar una definición clara de grados API, ya que en la planta de
almacenamiento Senkata, el API del diésel se maneja de manera frecuente. Considerándolo una de
las propiedades fundamentales para su análisis en laboratorio, y así también para su programación
en el equipo Accuload III para su despacho. Para ello se tomó la siguiente definición:

19
Para empezar, “La temperatura de referencia para mediciones de gravedad especifica en la escala
Baumé o del American Petroleum Institute (API), es de 60 °F. Para recalcar la diferencia, es
frecuente que la gravedad especifica Baumé o API se exprese como gravedad especifica de la
siguiente manera. (Mott R. , 2006, pág. 17).
Gravedad especifica
60 °
60 °
F
Lo que nos indica que ambos líquidos deben estar a la misma temperatura de 60 °F para entrar a
la relación. Con respecto a los grados API “para líquidos más ligeros que el agua, el API desarrollo
una escala un poco diferente a partir de la escala Baumé.” (Mott R. , 2006, pág. 18). Se lo denota
de la siguiente manera:
grados API =
141.5
𝑠𝑔
− 131.5
Ecuación ( 2.3 ). Grados API.
De donde sg es la gravedad especifica del líquido a 60 °F, adimensional.
Los estándares ASTM D 287 y D 6822 (…) describen métodos estándar de prueba para determinar
la gravedad API por medio de un hidrómetro. La Figura 2.2 muestra el esquema de un hidrómetro
común que incorpora un bulbo de vidrio calibrado, que en su parte superior tiene un vástago de
diámetro pequeño, diseñado para flotar sobre el líquido de prueba. De acuerdo con los principios
de la flotación, el hidrómetro alcanza una posición de reposo que depende de la densidad del
líquido. El vástago tiene una escala calibrada para tomar en forma directa la lectura de la densidad,
gravedad especifica o gravedad API. Debido a la importancia que tiene la temperatura para hacer
la medición exacta de la densidad, algunos hidrómetros (llamados termohidrómetros) han
incorporado un termómetro de precisión. (Mott R. , 2006, pág. 19).

20
Figura 2.2 Hidrómetro con termómetro incorporado.
Fuente: Mott, R. (2006). Mecanica de fluidos. Sexta edición. Mexico D.F.: Pearson Education.
2.1.2.3. Viscosidad.
La viscosidad puede ser considerada como la pegajosidad interna de un fluido (…). Responde a la
perdida de energía asociada con el transporte de fluidos en ductos, canales y tuberías. Además la
viscosidad desempeña un papel primordial en la generación de turbulencia. La viscosidad es una
propiedad de fluido extremadamente importante en el estudio de fluidos. (Potter & Wiggert, 2002,
pág. 14).
La velocidad de deformación de un fluido está directamente ligada a su viscosidad. Con un
esfuerzo dado, un fluido altamente viscoso se deforma más lentamente que un fluido de baja
densidad (…) para un campo de flujo tan simple en el que u = u (y), la viscosidad μ del fluido se
define mediante la relación. (Potter & Wiggert, 2002, pág. 14).

21
τ = μ
𝑑𝑢
𝑑𝑦 Ecuación ( 2.4 ). Viscosidad.
Donde:
τ es el esfuerzo cortante de la ecuación 4
u es la velocidad que adquiere el fluido.
μ se conoce como el coeficiente de viscosidad, el cual tiene dimensiones (F/L2
) T o M/LT.
En el sistema cgs, la unidad de viscosidad es el poise, que corresponde a 1 (g/cm*s). El centipoise
es 1/100 de un poise. (…), la viscosidad no depende en gran medida de la presión. Sin embargo se
observa que la viscosidad de un líquido disminuye con un aumento en la temperatura, mientras
que en un gas curiosamente ocurre lo contrario. (Shames, 1995, pág. 11).
En resumen, la viscosidad de un líquido ocurre por la cohesión de moléculas. Esta cohesión y, por
lo tanto, la viscosidad disminuyen cuando la temperatura aumenta (…). Nuevamente se nota que
la presión tiene solo un efecto pequeño sobre la viscosidad y, por lo general, este no se toma en
cuenta. (Shames, 1995, pág. 13).
Si se divide la μ (viscosidad absoluta o dinámica) por la ρ, la densidad de masa, se obtiene lo que
se conoce como viscosidad cinemática. Esta propiedad se denota como N y tiene dimensiones
L2
/T. En el sistema cgs, la unidad se conoce como stoke (1 cm2
/s). (Shames, 1995, pág. 15).
La siguiente ecuación nos dejara entender de mejor manera lo enunciado.
𝑁(𝐶𝑒𝑛𝑡𝑖𝑠𝑡𝑜𝑘𝑒𝑠) =
𝜇(𝐶𝑒𝑛𝑡𝑖𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒)
𝜌 (𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚3
⁄ )
Ecuación ( 2.5 ). Viscosidad
cinemática.

22
2.1.2.4. Tensión de vapor.
En la superficie libre de un líquido a cualquier temperatura hay un constante movimiento de
moléculas que escapan de dicha superficie, es decir, el líquido se evapora. Si el líquido se
encuentra en un recipiente cerrado, y sobre su superficie queda un espacio libre, este espacio se
llega a satura de vapor y ya no se evapora más líquido. Si aumenta la temperatura aumenta la
presión de saturación y se evapora más líquido. Es decir todo fluido tiene para cada temperatura
una presión Ps llamada presión de saturación del vapor a esa temperatura; o lo que es lo mismo, a
cada presión corresponde una temperatura ts llamada temperatura de saturación del vapor a esa
presión. Esta propiedad es fundamental en el estudio de la cavitación. (Mataix, 1982, pág. 30).
2.1.3. Definición de temperatura.
Lo más frecuente es que la temperatura se indique en °C (grados Celsius) o en °F (grados
Fahrenheit). Es probable que, para la tierra, se está familiarizado con los siguientes valores a nivel
del mar: (Mott R. , 2006, pág. 6).
El agua se congela a 0 °C y hierve a 100 °C.
El agua se congela a 32 °F y hierve a 212 °F.
2.1.4. Definición de presión.
La presión se define como la cantidad escalar que se obtiene al dividir la magnitud de una fuerza
ejercida en forma perpendicular sobre alguna superficie entre el área de la misma. Esto se puede
establecer mediante la ecuación.
P =
𝐹
𝐴 Ecuación ( 2.6 ). Presión.

23
Blaise Pascal, un científico del siglo XVII, describió dos principios importantes acerca de la
presión:
 La presión actúa de manera uniforme en todas las direcciones sobre un volumen pequeño
de un fluido.
 En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión actúa en forma perpendicular a la
frontera.
Estos principios a veces llamados leyes de pascal, se ilustran en la Figura 2.3. (Mott & Untener,
2015, pág. 8).
Figura 2.3. Dirección de la presión del fluido sobre las fronteras.
Fuente: Mott, R., & Untener, J. (2015). Mecanica de fluidos. Septima edicion. Mexico D.F.: PEARSON.

24
2.1.4.1. Desarrollo de la relación entre presión y elevación.
En la ecuación 2.7 se presenta la relación entre un cambio en la elevación dentro de un líquido, h,
y un cambio en la presión, Δp, la cual se estableció como:
Δp = γ ∗ h
Ecuación ( 2.7 ). Variación de presión.
Donde γ representa el peso específico del líquido.
2.2. Combustible Diésel
El diésel, también denominado gasóleo o gasoil, es un hidrocarburo líquido de densidad sobre los
832 kg/m3
, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como
combustible en calefacción y en motores diésel. Su poder calorífico inferior es de 35,86 MJ/I (43,1
MJ/kg) que depende de su composición. (Diesel, 2019).
El diésel o gasóleo derivado del petróleo está compuesto aproximadamente de un 75% de
hidrocarburos saturados (principalmente parafinas incluyendo isoparafinas y cicloparafinas) y un
25% de hidrocarburos aromáticos (incluyendo naftalenos y alcalobencenos). La fórmula química
general del gasóleo común es C12H26, incluyendo cantidades pequeñas de otros hidrocarburos
cuyas formulas van desde C10H22 a C15H32. (Diesel, 2019).
2.2.1. Tipos de diésel Oil.
Principalmente en el mercado podemos dividir los tipos de carburantes diésel en tres, según el uso
para el que sean destinados:
 Gasóleo A: Es considerado el gasoil de más alta calidad, adecuado para los vehículos
de automoción por estar más refinado que el resto. Entre sus aditivos se encuentran
sustancias que ayudan a disminuir el consumo, bajar las emisiones contaminantes, y

25
proteger el sistema de inyección. En función al nivel de azufre puede ser hasta 10 veces
más limpio desde un punto de vista ecológico, que el diésel convencional. (Red operativa
de desguaces Españoles., s.f.).
o El biodiesel, es una variedad de éste que ha sido oxigenado con éter a base de
aceites vegetales o grasas animales como una fuente de energía renovable y
alternativa a los destilados del petróleo.
 Gasóleo B: Este gasoil se usa frecuentemente para maquinaria agrícola, embarcaciones
y vehículos autorizados. Contiene más cantidad de parafina que el anterior por lo que
puede solidificarse a bajas temperaturas. Además al estar menos filtrado, puede causar
problemas de mantenimiento en los motores de automóviles y motocicletas. Su uso en estos
últimos se considera un delito de fraude ya que evita los impuestos del gasóleo A. (Red
operativa de desguaces Españoles., s.f.).
 Gasóleo C: Se trata del gasoil más económico de los tres. Básicamente su función es
generar calor ya que contiene muchas impurezas y un elevado nivel de parafina que aporte
un alto nivel calorífico por lo que está destinado a usarse en calderas de calefacción.
(Red operativa de desguaces Españoles., s.f.).
2.2.2. Especificaciones técnicas del diésel en Bolivia
En Bolivia existen especificaciones técnicas del diésel, esto para regularizar la calidad del mismo
y controlar su comercialización. El ente regulador es la ANH, el cual se encargar de fiscalizar la
calidad del combustible.
La planta se basa estrictamente en estas normas y por ello se muestra en la Tabla 2.1 las
especificaciones técnicas vigentes del diésel en el país, según decreto supremo N° 2741, 27 de
abril de 2016.

26
Tabla 2.1.Especificaciones técnicas del diésel.
Nombre del producto: diésel Oil
PRUEBA
ESPECIFICACIÓN
UNIDAD
MÉTODO ASTM
ORIENTE (*) OCCIDENTE
Alter.1 Alter.2 Alter.3
MÍNIMO
MÁXIM
O
MÍNIMO MÁXIMO
Gravedad
Específica
15,6/15,6°C
0,79 0,88 0,8 0,88 D 1298 D 4052
Corrosión lámina
de Cobre
(3h/100°C)
3 3 D 130
Azufre Total 0,5 0,5 % peso D 1266 D 4294 D 2622
Punto de
escurrimiento
(*) -1,1 (30) °C (°F) D 97
Punto de
inflamación
38 (100,4) 38 (100,4) °C (°F) D 93
Apariencia Cristalina Cristalina Visual
Viscosidad
cinemática a 40°C
1,7 5,5 1,7 5,5 cSt D 445 D 7042
Índice de Cetano
(**)
45 45 D 976 D 4737
Número de
Cetano
42 42 D 613
Residuo
Carbonoso
Ramsbottom del
10% de residuo
destilado
0,3 0,3 % peso D 524 D 189 D 4530
Cenizas 0,02 0,02 % peso D 482
Agua y
sedimentos
0,05 0,05 % vol D 1796 D 2709
Destilación
Engler (760
mmHg)
D 86
90% Vol. 282 (540) 382 (720) 282 (540) 382 (720) °C (°F)
Poder Calorífico Informar Informar Btu/lb D 4868 D 240
Color ASTM Informar Informar D 1500
Contenido de
Aromáticos
Totales
Informar Informar % vol D 1319
ZONA ORIENTE
(*)
Ene Feb Mar Abr May. Jun Jul Ago. Sep. Oct Nov Dic.
PUNTO DE
ESCURRIMIEN
TO
12 (53,6) 7 (44,6) 3 (37,4) 7 (44,6) 9 (48,2)
12
(53,6)
Fuente: D.S. N°2741, 2016.

27
(*) Se considera Oriente a los departamentos de Santa Cruz, Beni, Pando y las zonas tropicales de
La Paz, Cochabamba, Chuquisaca y Tarija.
Occidente el resto de los departamentos.
(***) Se deberá cumplir la especificación de Índice de Cetano o Número de Cetano.”
2.3. Flujo de fluidos en tuberías
En esta sección se analizará aquellos conceptos y fórmulas que intervienen en la dinámica de
fluidos, específicamente en interior de tuberías, que ayudaran a comprender, resolver y calcular
los parámetros para el nuevo diseño.
2.3.1. Rapidez del flujo de fluidos.
La cantidad de fluido que fluye en un sistema por unidad de tiempo puede expresarse mediante los
siguientes tres términos diferentes:
Q La rapidez del flujo de volumen, es el volumen de fluido que fluye a lo largo de una
sección por unidad de tiempo.
W La rapidez del flujo de peso, es el peso del fluido que fluye a lo largo de una sección
por unidad de tiempo.
M La rapidez del flujo de masa, es la masa de fluido que fluye a lo largo de una sección
por unidad de tiempo.
El más fundamental de estos tres términos es la rapidez del flujo de volumen Q, la cual se calcula
a partir de:
Q = A ∗ v Ecuación ( 2.8 ). Rapidez del flujo de
volumen.

28
Donde A representa el área de la sección y v indica la velocidad promedio del flujo. (Mott &
Untener, 2015).
2.3.2. La ecuación de continuidad.
El método empleado para calcular la velocidad del flujo de un fluido en un sistema de tuberías
cerrado depende del principio de continuidad. Considere la tubería de la Figura 2.4. Un fluido
fluye desde la sección 1 hasta la sección 2 a una velocidad constante. Es decir, la cantidad de fluido
que fluye a lo largo de cualquier sección en una cantidad de tiempo dada es constante. Esto se
conoce como fluido estable. Ahora bien, si no se añade, almacena o elimina fluido entre la sección
1 y la sección 2, entonces la masa de fluido que fluye por la sección 2 en una determinada cantidad
de tiempo debe ser la misma que la que fluye por la sección 1. (Mott & Untener, 2015, pág. 120).
Figura 2.4. Porción de un sistema de tubería.
Esto se puede expresar en términos de la rapidez del flujo de masa como:

29
M1 = M2 Ecuación ( 2.9 ). Rapidez de flujo de
masa.
O bien, puesto de que M =ρ*A*v, se tiene:
Ecuación de continuidad para cualquier fluido
𝜌1 ∗ 𝐴1 ∗ 𝑣1 = 𝜌2 ∗ 𝐴2 ∗ 𝑣2 Ecuación ( 2.10 ). Ecuación de
continuidad.
La ecuación 2.10 es un enunciado matemático del principio de continuidad y se denomina ecuación
de continuidad. (…). Si el fluido presente en la tubería de la Figura 2.4 es un líquido que puede
considerarse incompresible, entonces los términos ρ1 y ρ2 de la ecuación 2.10 son iguales y pueden
cancelarse. Entonces la ecuación se convierte en: (Mott & Untener, 2015, pág. 120).
𝐴1 ∗ 𝑣1 = 𝐴2 ∗ 𝑣2 Ecuación ( 2.11 ). Ecuación de
continuidad para líquidos.
O bien, puesto que Q = A* v, se tiene que Q1 = Q2. La ecuación 2.11 es la ecuación de continuidad
que se aplica a fluidos líquidos.
2.3.3. Tubos y tuberías de acero.
Existen muchos tipos de tuberías y de distintos materiales como ser: tubos de cobre, tuberías de
hierro dúctil, tuberías y tubos de plástico, mangueras hidráulicas y muchos otros más. Pero para
nuestro caso nos vamos a guiar específicamente en las tuberías de acero en especial SCH 40.
2.3.3.1. Tuberías de acero.
Con frecuencia, las tuberías de propósito general se construyen con tubería de acero. Los tamaños
estándares son designados por el tamaño nominal de la tubería (NPS, por sus siglas en ingles) y el
número de cedula. Los números de cedula están relacionados con la presión de operación admisible
de la tubería y el esfuerzo permisible del acero contenido en la tubería. El rango de numero de

30
cedula va desde 10 hasta 160, donde los números más altos indican un espesor de pared más
grande. Ya que todas las cedulas de tubería con un tamaño nominal dado tiene el mismo diámetro
exterior, las más altas tienen un menor diámetro interior. Las series más completas de tuberías de
acero disponibles son las de cedula 40 y 80, API 5L Gr B o ASTM A-106/A53 Gr B. En el anexo
A se proporcionan los datos para la célula 40. Consulte en ANSI/ASME Standard B31.1. (Mott &
Untener, 2015, pág. 122).
Tamaño nominal de tubería en unidades métricas, debido a la larga experiencia en la fabricación
de tuberías estándar de acuerdo con la norma, los tamaños y números de cedula NPS se siguen
utilizando con frecuencia, incluso cuando el sistema de tuberías se especifica en unidades métricas.
Para tales casos, la international Standards Organization (ISO) ha establecido el conjunto de
equivalencias DN. El símbolo DN se utiliza para designar el diámetro nominal (diametre nominel)
en milímetros. (Mott & Untener, 2015, págs. 122-123).
2.3.4. Ecuación general de la energía.
La ecuación general de la energía que se utilizara, es una ampliación de la ecuación de Bernoulli,
la cual permite resolver problemas en los que se producen pérdidas y ganancias de energía. La
interpretación lógica de la ecuación de la energía se puede ver en la Figura 2.5, que representa un
sistema de flujo. Los términos E´1 y E´2 denotan la energía que posee el fluido por unidad de peso
en las secciones 1 y 2, respectivamente. Se muestran las respectivas ganancias, remociones y
pérdidas de energía: hA, hR, hL. Para un sistema de este tipo, la expresión del principio de
conservación de energía es. (Mott & Untener, 2015, pág. 158).
𝐸1
′
+ ℎ𝐴 − ℎ𝑅 − ℎ𝐿 = 𝐸2
′
Ecuación ( 2.12 ).Ecuación general de
la energía.

31
La energía poseída por el fluido por unidad de peso es: 𝐸′
=
𝑝
𝛾
+ 𝑧 +
𝑣2
2𝑔
Reemplazando entonces en la ecuación 2.12 se tiene:
Figura 2.5. Sistema de flujo de fluidos que ilustra la ecuación general de la energía.
𝑝1
𝛾
+ 𝑧1 +
𝑣1
2
2𝑔
+ ℎ𝐴 − ℎ𝑅 − ℎ𝐿 =
𝑝2
𝛾
+ 𝑧2 +
𝑣2
2
2𝑔
Ecuación ( 2.13 ). Desarrollo de la
ecuación general de la energía.
De donde cada término y sus unidades en el SI son:
P 1,2 = La presión en los puntos 1 y 2 respectivamente en (Pas.).
γ = El peso específico del fluido en (N/m3
).
Z 1,2 = elevación de los puntos 1 y 2 respectivamente (m).
V 1,2 = Velocidad adquirida por el fluido en los puntos 1 y 2, respectivamente en (m/s).
g = La gravedad en el lugar de estudio en (m/s2
).

32
hA =Energía añadida al fluido mediante un dispositivo mecánico como una bomba; con frecuencia,
a esto se le denomina carga total de la bomba en (m).
hR = Energía removida del fluido mediante un dispositivo mecánico como un motor de fluido en
(m).
hL = Perdida de energía del sistema debido a la fricción en tuberías y perdidas menores debido a
válvulas y accesorios en (m).
De donde también debemos mencionar que de forma específica,
 P/γ se le llama carga de presión.
 Z se llama carga de elevación.
 V2
/2g se llama carga de velocidad.
Las unidades para cada termino son “energía por unidad de peso”. En el sistema SI son N*m/N.
Las unidades de uso común en Estados Unidos son lb-ft/lb. Sin embargo, tenga en cuenta que la
unidad de fuerza (o peso) aparece en el numerador y el denominador y es posible cancelarla. La
unidad resultante es simplemente el metro (m) o pie (ft) y puede ser interpretada como una altura
o carga. (Mott & Untener, 2015, pág. 128).
2.3.5. Numero de Reynolds y pérdidas primarias por fricción.
El comportamiento de un fluido, particularmente con respecto a las pérdidas de energía, resulta ser
bastante dependiente de si el flujo es laminar o turbulento, como se demostrara más adelante. Por
esta razón, se requiere un medio adecuado para predecir el tipo de flujo sin tener que observarlo.
De hecho la observación directa es imposible de realizar en fluidos que fluyen por tuberías opacas.
Es posible demostrar en forma experimental y verificar de manera analítica que, en un tubo

33
redondo, el carácter del flujo depende de cuatro variables: la densidad ρ del fluido, la viscosidad
μ del fluido, el diámetro D de la tubería y la velocidad promedio del flujo. Osborne Reynolds fue
el primero en demostrar que es posible predecir si el flujo es laminar o turbulento siempre que se
conozca la magnitud de un numero adimensional, este se conoce ahora como numero de Reynolds
(NR). La siguiente ecuación muestra la definición básica del número de Reynolds. (Mott &
Untener, 2015, pág. 181). Numero de Reynolds para secciones circulares.
𝑁𝑅 =
𝑣 ∗ 𝐷 ∗ 𝜌
𝜇
=
𝑣 ∗ 𝐷
𝑁
Ecuación ( 2.14 ). Numero de
Reynolds.
“Estas dos formas de la ecuación son equivalentes porque, N = μ / ρ. Se debe utilizar un conjunto
consistente de unidades de medición para garantizar que el número de Reynolds sea
adimensional.” (Mott & Untener, 2015, pág. 181). Dichas unidades se especifican en la Tabla 2.2.
Tabla 2.2.Unidades estándar para el número de Reynolds.
Cantidad Unidades del SI
Unidades de uso común en
EE.UU.
Velocidad m / s ft / s
Diámetro m ft
Densidad Kg / m3
o N*S2
/ m4
Slugs / ft3
o lb*s2
/ ft4
Viscosidad Dinámica N*s / m2
o Pa*s o kg / m*s lb*s / ft2
o slugs / ft*s
Viscosidad Cinemática m2
/ s ft2
/ s
2.3.5.1. Numero de Reynolds críticos.
Para las aplicaciones prácticas en cuanto al flujo de tuberías, se encuentra que si el número de
Reynolds para el flujo es menor que 2000, el flujo será laminar. Si el número de Reynolds es mayor
que 4000, se puede suponer que el flujo es turbulento. En el rango de números de Reynolds

34
comprendidos entre 2000 y 4000, resulta imposible predecir qué tipo de flujo existe; por lo tanto,
a este rango se le llama región crítica. Las aplicaciones típicas incluyen flujos muy bien ubicados
dentro del rango laminar o dentro del rango turbulento, por lo que la existencia de esta región de
incertidumbre no causa gran dificultad. Cuando en un sistema se encuentra que el flujo está en la
región critica, la práctica habitual es cambiar la velocidad de flujo o el diámetro del tubo para hacer
que el flujo sea laminar o turbulento en forma definitiva. Así, es posible realizar un análisis más
preciso. (Mott & Untener, 2015, pág. 182).
Al minimizar de manera cuidadosa las perturbaciones externas, es posible mantener un flujo
laminar para números de Reynolds tan altos como 50000. Sin embargo, cuando el NR es mayor
que aproximadamente 4000, una perturbación menor de la corriente de flujo hará que este cambie
en forma repentina de laminar a turbulento. (Mott & Untener, 2015, pág. 182).
Si NR<2000, el flujo es laminar.
Si NR>4000, el flujo es turbulento.
Un experimento simple, muestra que hay dos tipos diferentes de flujo de fluidos en tuberías. El
experimento consiste en inyectar pequeñas cantidades de fluido coloreado en un líquido que circula
por una tubería de cristal y observar el comportamiento de los filamentos coloreados en diferentes
zonas, después de los puntos de inyección. (Crane, 1992, págs. 1-4)
Si la descarga o la velocidad media son pequeñas, las láminas de fluido coloreado se desplazan en
línea recta, como se ve en la Figura 2.6. A medida que el caudal se incrementa, estas láminas
continúan moviéndose en línea recta hasta que se alcanza una velocidad en donde las láminas
comienzan a ondularse y se rompen en forma brusca y difusa, según se ve en la Figura 2.7. Esto

35
ocurre en la llamada velocidad crítica. A velocidades mayores que la crítica los filamentos se
dispersan de manera indeterminada a través de toda la corriente, según se indica en la Figura 2.8.
Figura 2.6. Flujo laminar
Fuente: Crane. (1992). Flujo de fluidos en valvulas, accesorios y tuberias. (Valfisa, Trad.) Mexico D.F.: McGraw-
Hill.
Figura 2.7. Flujo en la zona critica.
Hill.
Figura 2.8. Flujo turbulento.
Hill.

36
2.3.5.2. Perdidas primarias en tuberías.
Las pérdidas primarias son perdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa
limite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido
entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los
tramos de tuberías de sección constante. (…) Si la conducción es larga (oleoductos, gasoductos…)
las perdidas secundarias tienen poca importancia (de ahí el nombre de perdidas secundarias),
pudiendo a veces despreciarse; o bien se tiene en cuenta al final, sumando un 5 al 10 por 100 de
las perdidas principales halladas. Si la conducción es corta y complicada (flujo de gasolina y de
aire en un carburador, por ejemplo) las perdidas secundarias pueden jugar un papel preponderante,
y pueden incluso llegar a ser despreciables en comparación con ellas las perdidas primarias.
(Mataix, 1982, pág. 203).
 Perdidas de carga en régimen laminar y turbulento.
“En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías juegan un papel discriminante dos factores:
el que la tubería sea lisa o rugosa y el que el régimen de corriente sea laminar o turbulento.”
(Mataix, 1982, pág. 205).
2.3.5.3. Ecuación de Darcy – Weisbach.
A fines del siglo pasado, experimentos realizados con tuberías de agua de diámetro constante
demostraron que la perdida de carga era directamente proporcional al cuadrado de la velocidad
media en la tubería y a la longitud de la tubería e inversamente proporcional al diámetro de la
misma. La fórmula fundamental que expresa lo anterior es: (Mataix, 1982, pág. 206).
ℎ𝐿 = 𝑓 ∗
𝐿
𝐷
∗
𝑣2
2 ∗ 𝑔
Ecuación ( 2.15 ). Ecuación de Darcy-
Weisbach.

37
Donde:
hL = Perdida de energía debida a la fricción. (N*m / N, m, lb-ft / lb o ft).
L = longitud de la corriente de flujo (m o ft).
D = diámetro de la tubería (m o ft).
v = velocidad de flujo promedio (m / s o ft / s).
f = factor de fricción (adimensional).
2.4. Pérdidas primarias y cálculo del factor de fricción f
2.4.1. El diagrama de Moody.
Modernamente, a partir aproximadamente de 1940, se ha venido usando cada vez más un ábaco
llamado diagrama de Moody, que actualmente se ha difundido en el mundo entero. Resuelve todos
los problemas de pérdidas de carga primarias en tuberías con cualquier diámetro, cualquier
material de tubería y cualquier caudal; se usa para determinar el coeficiente de fricción f, el cual
se lleva a la ecuación de Darcy-Weisbach. (Mataix, 1982, pág. 207).
2.4.1.1. Uso del diagrama de Moody.
El diagrama de Moody se utiliza para ayudar a determinar el valor del factor de fricción f para el
flujo turbulento. El valor del número de Reynolds y la rugosidad relativa deben ser conocidas. Por
lo tanto, los datos básicos necesarios son el diámetro interior de la tubería (ID), el material de la
tubería, la velocidad de flujo y el tipo de fluido y su temperatura, a partir de lo cual es posible
encontrar la viscosidad. (Mott & Untener, 2015, pág. 187). Un ejemplar del diagrama se muestra
en el anexo B.

38
2.4.2. Análisis del factor f.
Según lo descrito por Mataix (1982), el factor f depende de la velocidad v, del diametro D, de la
densidad ρ, de la viscosidad μ y de la rugosidad ε, la cual, como se explica en la Figura 2.9, puede
expresarse en unidades de longitud, m. Dicha figura representa macroscopicamente la rugosdidad
de la tuberia y con ello se explica el significado del parametro ε. De lo dicho se deduce.
𝑓 = 𝑓(𝑣, 𝐷, 𝜌, 𝜂, ε)
Ecuación ( 2.16 ). Factor f función de
otros parámetros.
Figura 2.9. Tubería rugosa vista macroscópica.
Fuente: Mataix, C. (1982). Mecanica de fluidos y maquinas hidraulicas. Madrid: Ediciones del Castillo S.A.
“Siendo f adimensional la función f de la ecuación 2.16 deberá ser una función de variables
adimensionales. En efecto, el análisis dimensional demuestra que:” (Mataix, 1982, pág. 207).
𝑓 = 𝑓(
𝑣 ∗ 𝐷 ∗ 𝜌
𝜂
,
ε
𝐷
) Ecuación ( 2.17 ). Análisis
dimensional del factor f.
Donde:
v*D*ρ / η es el número de Reynolds. NR

39
ε / D es la rugosidad relativa.
Como vemos, si NR es muy pequeño (régimen laminar) f es solo función de NR. Mientras que si
NR es muy grande (régimen declaradamente turbulento) f no depende ya de NR, si no solo de la
rugosidad relativa ε / D y para una misma tubería, como ε / D es constante, f será también constante.
2.4.2.1. Factor f para régimen laminar.
Si el flujo es laminar la corriente es relativamente lenta, la viscosidad relativamente grande, y la
corriente no es perturbada por las protuberancias del contorno; más aún, si se inicia una turbulencia
la viscosidad la destruye. Por lo tanto: En régimen laminar f no es función de la rugosidad.
(Mataix, 1982, pág. 209).
Cuando existe flujo laminar, el fluido parece fluir en varias capas, una sobre otra. Dada la
viscosidad del fluido, se crea entonces un esfuerzo cortante entre las capas de fluido. Así, en el
fluido se pierde energía debido a la acción de superar las fuerzas de fricción producidas por el
esfuerzo cortante. Sin embargo, como el fluido laminar es tan regular y ordenado, es posible
deducir una relación entre la perdida de energía y los parámetros medibles del sistema de flujo.
Esta relación se conoce como ecuación de Hagen-Poiseuille. (Mott & Untener, 2015, pág. 183).
ℎ𝐿 =
32 ∗ 𝜂 ∗ 𝐿 ∗ 𝑣
𝛾 ∗ 𝐷2 Ecuación ( 2.18 ). Ecuación de Hagen-
Poiseuille.
Esta ecuación es válida solo para un flujo laminar (NR<2000). De donde también se puede deducir
una expresión para poder calcular el factor de fricción para un flujo laminar.
𝑓 =
64
𝑁𝑅
Ecuación ( 2.19 ). Factor de fricción
para flujo laminar.

40
2.4.2.2. Factor f para zona critica.
Por supuesto, es de considerar no caer en esta zona crítica que comprende desde el número de
Reynolds 2000 hasta 4000. Muchos autores recomiendan no trabajar en dicha zona ya que
cualquier perturbación por más mínima que sea causa un cambio repentino en el comportamiento
del flujo. Se pueden buscar diferentes alternativas para evitar caer en zona crítica, desde cambiar
la velocidad del flujo o cambiar el diámetro de la tubería, por lo que se considera una tarea
imposible, el predecir un valor de f confiable en esta zona.
2.4.2.3. Factor f en zona de transición, tubería lisa y rugosa.
Para las tuberías comerciales en esta zona se utiliza la fórmula de White-Colebrook (1938).los
problemas prácticos generalmente se encuentran en esta zona de transición.
1
√𝑓
= −2 ∗ log(
𝜀
𝐷
⁄
3.7
+
2.51
𝑁𝑅 ∗ √𝑓
) Ecuación ( 2.20 ). Ecuación de White-
Colebrook.
De donde:
f= es el factor de fricción para flujo turbulento.
ε / D = es la rugosidad relativa, ε es la rugosidad absoluta característica de cada
material y D es el diámetro ambos deben estar con las mismas unidades.
NR = el número de Reynolds (adimensional).
De esta ecuación se puede derivar para tuberías lisas o rugosas. Para tuberías de pared lisa
simplemente se debe eliminar el término donde se encuentra ε/D igualándolo a cero en la ecuación
de White-Colebrook. Mientras que si la tubería es muy rugosa se debe eliminar el término donde
se encuentra el NR puesto que este término tiende a cero por tener un número de Reynolds muy

41
grande, además que por tratarse de una tubería rugosa el sistema es predominado por el término
ε/D.
Como podemos notar, la ecuación de Colebrook para flujo turbulento requiere de un enfoque
iterativo lo cual para el método computacional su resolución es bastante fácil, pero para el caso de
una resolución manual este genera un cálculo más pesado. Una buena cantidad de autores tales
como Robert L. Mott, Irving H. Shames y otros, así como también pudimos evidenciar que el
simulador con el que se trabajara en el presente proyecto, todos ellos usan una ecuación alternativa
que genera un factor de fricción bastante confiable y cercano a los datos experimentales, se trata
de una ecuación explicita.
“La siguiente ecuación, que permite el cálculo directo del valor del factor de fricción para el flujo
turbulento, fue desarrollada por P. K. Swamee y A. K. Jain, y se presenta a continuación.” (Mott
& Untener, 2015, pág. 195).
𝑓 =
0.25
[log (
1
3.7 ∗ (𝐷
𝜀
⁄ )
+
5.74
𝑁𝑅
0.9)]
2
Ecuación ( 2.21 ).Ecuación del factor
de fricción para flujo turbulento.
La ecuación 2.21 produce valores para f que están dentro de ± 1.0 por ciento dentro del rango de
rugosidad relativa D / ε a partir de 100 hasta 1x106
y para números de Reynolds desde 5x103
hasta
1x108
. Esta es prácticamente la totalidad de la zona turbulenta del diagrama de Moody. (Mott &
Untener, 2015, pág. 195).
2.4.2.4. Coeficiente de rugosidad absoluta ε.
Los valores de ε para tuberías comerciales se pueden apreciar algunos de ellos en el anexo C. Los
valores de la tabla son aproximados, que puede tener un error de ± 5 por 100 en tuberias lisas,

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