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Desarrollo de un prototipo de balancín metálico como recurso didáctico para la
simulación de producción petrolera: Caso proyecto Pozo PetroSim
Development of a metallic pumpjack prototype as a didactic resource for oil production simulation: The
PetroSim Well project case
,
Autor para correspondencia: luis.alvarez@ister.edu.ec
RESUMEN
Palabras clave:
ABSTRACT
Keywords:
Derechos de Autor
publicados en las
ediciones electrónicas
publicación de la
Universitario Rumiñahui,
por ello, es necesario
citar la procedencia en
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.
Citas
Álvarez Lazo, L.,
Dávila Pabón, J., &
Quinapallo Ortiz, E.
de un prototipo de
recurso didáctico para la
simulación de producción
CONECTIVIDAD,
7 https://
Artículo Cientíco
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1. INTRODUCCIÓN
industriales en instituciones educativas conlleva limitaciones relacionadas con presupuesto,
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
complementarias:
•
condiciones del subsuelo en el sitio de implantación.
•
2.1 Evaluación geológica e hidrológica
2.1.1 Contexto geológico regional
depósitos volcánicos presentan una buena permeabilidad en sectores donde predominan arenas
2.1.2 Información hidrológica y comportamiento freático
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permeables alternados con lentes arcillosos.
2.1.3 Observaciones de campo en el sitio del proyecto
•
•
•
percolación.
•
del subsuelo.
2.1.4 Análisis de aptitud para perforación
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Tabla 1.
Parámetro Valor / Descripción
Depósitos piroclásticos, tobas, cenizas del Grupo Quito
Posibilidad de colapso
Fuente: Elaboración propia a partir de los planos técnicos.
2.2 Rediseño conceptual del sistema de simulación
2.2.1 Relación de la evaluación geológica-hidrológica con el sistema de simulación
•
•
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• el peso de los contrapesos,
• la potencia del motor eléctrico,
•
2.2.1 Detección de limitaciones en el prototipo inicial
repetitivas.
2.2.2 Fundamentación del rediseño estructural
Ante los problemas estructurales detectados, se decidió rediseñar el prototipo con materiales
El rediseño técnico consideró:
• Selección de materiales industriales:
• Cigüeñales fabricados en acero AISI 1045
• Rodamientos en acero inoxidable AISI 304
• Contrapesos metálicos ajustables, permitiendo calibrar el equilibrio dinámico del
sistema.
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• Motor eléctrico trifásico de 1 HP
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Diseño Técnico del Balancín Metálico
utilizado en la industria petrolera. A partir de los planos técnicos elaborados a escala, se
3.1.1 Diseño de los planos técnicos del balancín
se modelaron tridimensionalmente los componentes, lo que permitió anticipar la interacción
• Vista lateral completa:
• Vista superior de la base:
• Detalle del pivote central:
• Vista isométrica del conjunto:
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•
•
•
Figura 1.
Fuente: Elaboración propia.
3.1.2 Especicaciones dimensionales
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Tabla 2.
Componente Descripción técnica Dimensión (m)
Altura total Desde base hasta cabezal
Ancho de la base
Altura del soporte central Centro del pivote
Movimiento de transmisión
Ancho del contrapeso Bloque metálico balanceador
Altura del cabezote
Diámetro del elevador
Fuente: Elaboración propia a partir de los planos técnicos.
3.1.3 Selección de materiales
Tabla 3
Material Componente Propiedades clave Normativa de referencia
Acero estructural
cabezal
Pivote, pernos,
Alta resistencia a corrosión,
buena soldabilidad
Fundición de hierro
Contrapesos
balanceadores
mantenimiento
Barniz poliuretano
Recubrimiento
protector
Motor eléctrico
transmisión
NEMA
Fuente: Adaptado de Swagelok (s.f.) y especicaciones internas del proyecto.
3.2. Sistema motriz
3.3 Proceso de Fabricación y Ensamblaje
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empleando equipos industriales automatizadas, que permiten cortes de alta precisión con
no deseados durante la operación del sistema oscilatorio.
Tabla 4.
Componente
ensamblado
Método de jación
Técnica de
soldadura
Inspección de
calidad
Observación
internos
verticalidad
alineado
Base de soporte
Nivelación con
cisión
Fuente: Elaboración propia con base en el registro técnico del ensamblaje y supervisión del prototipo PetroSim,
Instituto Tecnológico Superior Rumiñahui, 2025.
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Tabla 5. Instalación de componentes mecánicos y vericación de parámetros
de montaje del balancín metálico
Elemento
instalado
Especicación
técnica
Ajuste aplicado
Herramienta
utilizada
Resultado
Motor eléctrico
alineado
Alineador láser in
dustrial
mm
Acoplamiento
Comparador de
carátula
Poleas de
transmisión
chaveta
Prensa hidráulica
Banda de trans
misión
Medidor de tensión
de banda
Contrapesos
iniciales
Balance preliminar
Fuente: Elaboración propia a partir del registro de montaje y puesta en marcha del prototipo PetroSim, Instituto
Tecnológico Superior Rumiñahui, 2025.
Figura 2.
Fuente: Elaboración propia
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Figura 3.
Fuente: Elaboración propia
3.4 Pruebas Iniciales de Funcionamiento
continua.
Tabla 6.
Parámetro Evaluado Valor Medido Rango Esperado Observación
Frecuencia de oscilación
Amplitud de oscilación Adecuada
Desplazamiento vertical del cabezal Correcto
Normal
Desbalance residual Controlado
Fuente: Datos propios del laboratorio del proyecto Pozo PetroSim.
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El sistema de transmisión operó con estabilidad durante toda la prueba, sin deslizamientos
mecánico adecuado.
3.5 Evaluación técnica y estructural del prototipo
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3.5.1 Principales observaciones técnicas:
• Estabilidad estructural: no se evidenciaron desplazamientos laterales, torsión de la
• Ruido mecánico:
aceptable para ambientes de simulación educativa.
• Calentamiento del motor:
sobrecalentamiento.
• Velocidad de oscilación del cabezal:
3.6 Comportamiento cinemático y dinámico
sobresaltos.
3.6.1 Indicadores de desempeño cinemático:
• Ángulo máximo de oscilación:
• Longitud efectiva de carrera simulada:
• Torque transmitido al sistema:
• Amortiguación natural del sistema: el diseño del contrapeso permitió minimizar
11E.
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Este desempeño demuestra que el prototipo reproduce adecuadamente los principios básicos de
3.7 Impacto educativo del prototipo
3.7.1 Resultados cuantitativos de la encuesta aplicada (n = 28):
Tabla 7.
Ítem Evaluado % de respuesta armativa
sincronización
Fuente: Elaboración propia con base en encuesta aplicada a estudiantes de primero y segundo semestre de la
carrera de Tecnología en Petróleos, Instituto Tecnológico Superior Rumiñahui, 2025.
sistemas de bombeo reales.
3.8 Análisis comparativo
• Movimiento oscilatorio controlado:
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sobresaltos.
• Niveles de vibración: No se detectaron vibraciones anómalas.
• Comportamiento del sistema de transmisión:
• Ajuste de contrapesos:
de la estructura.
3.9 Evaluación funcional y validación estructural del prototipo
mecánico utilizado en pozos petroleros. Las observaciones se realizaron en condiciones de
3.9.1 Desempeño cinemático y sincronización
simula adecuadamente un equipo real de bombeo lento, como los utilizados en pozos de
variaciones de ritmo.
3.9.2 Comportamiento estructural bajo operación
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3.9.3 Evaluación del sistema motriz
precisión el movimiento rotatorio en una oscilación controlada, replicando la cinemática de los
3.9.4 Valor educativo y técnico del prototipo
3.10. Evaluación Final del Desempeño Operativo
Tabla 8.
Parámetro evaluado Prueba inicial (controlada) Prueba nal (operación continua)
Movimiento oscilatorio
Ruido estructural
No detectable Ausencia de resonancia
Ambiente estable
Calibración manual inicial Equilibrio dinámico permanente
Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de validación funcional del prototipo.
El prototipo validado mostró alta estabilidad estructural, operación continua sin vibraciones
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4. CONCLUSIONES
automatización.
Contribución de los Autores (CRediT): LAL:
JDP
EQO
Conicto de Intereses: Los autores declaran q
REFERENCIAS
El balancín de pozo petrolero. ResearchGate.
Fecha de recepción: 19 / 06 / 2025
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Fecha de publicación: 20 / 01 / 2026
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Metálico. Documento técnico interno.
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Fecha de aceptación: 29 / 10 / 2025
Fecha de publicación: 20 / 01 / 2026
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Machines, 12
PLOS ONE, 16
