CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS.

CONCLUSIONES. Como se puede apreciar de los capítulos III y IV, el criterio general para el dimensionado de la sección recta necesaria del balancín elevador de las unidades de bombeo mecánico Mark II, se llevó acabo usando el método de ensayo y error, considerando la carga máxima para la cual fue fabricada la unidad, así como las propiedades mecánicas del acero más económico encontrado en tablas, elaboradas de acuerdo a normas internacionales. De esta manera se asegura un diseño que cumpla con las dimensiones y capacidad original de toda la máquina, de tal forma que cuando sea seleccionada para ser instalada en algún pozo, pueda llevar a cabo el trabajo con una vida útil igual a la del resto de la estructura original, y con el costo unitario más reducido posible. De la Mecánica Clásica se utilizaron: la segunda ley de Newton y la teoría del movimiento armónico simple, para evaluar los efectos de inercia en el movimiento alternativo suave característico en la operación de las Unidades de Bombeo Mecánico. De igual manera, para el dimensionado de la sección transversal de la estructura que nos ocupa, se utilizó la teoría para el cálculo de vigas, enriquecida con las teoría de las cargas oblicuas, la teoría del circulo de Mohr, las teorías de falla y las consideraciones relativas a la fatiga del acero seleccionado, considerando la naturaleza pulsante de las cargas que se presentan y el empuje oblicuo de la biela sobre el balancín. Por último, se utilizó el metodo del elemento finito para comprobar los resultados obtenidos por el método analítico.

Se consideraron 4 posiciones durante el ciclo de bombeo: el punto muerto superior, el punto muerto inferior, el balancín en posición horizontal y la posición en la cual el ángulo entre la biela y el balancín es mínimo.

Aunque la carga pico en el balancín se presenta en el punto muerto inferior, cuando se inicia el ascenso de la cabeza de caballo (ver capitulo II determinación dinámica de la carga pico en la balancín elevador), y poco a poco va disminuyendo durante el ciclo de bombeo, volviéndose mínimo en la

PETROLERA MARK II PARA SUSTITUIR SU IMPORTACION

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carrera descendente; el cálculo se llevo a cabo considerando que durante todo el ciclo la carga sobre el balancín es constante y es igual a la carga máxima para la cual fue diseñada la unidad, ya que cuando se calculan los aparejos sub superficiales de Bombeo Mecánico, el Departamento encargado del cálculo considera: la producción del pozo, la profundidad del aparejo, el peso de la columna de fluido, el peso de la sarta de varillas de succión y la contrapresión hasta la superficie, de tal forma que nunca se exceda esta suma de la carga máxima de especificaciones de la Unidad.

Al mismo tiempo, el cálculo se llevó a cabo cuando el ángulo entre la biela y el balancín es mínimo( al cual se le llama ángulo crítico), lo cual sucede durante la carrera descendente, cuando la manivela tiene posición horizontal y apunta en dirección contraria del árbol del pozo, o sea hacía el cuerpo de la UBM. En estas condiciones la componente axial del empuje de la biela sobre la sección recta del balancín es máxima y produce esfuerzos normales de tensión máximos en esta última, que se suman a los producidos por la componente transversal de la carga..

Aunque según se dijo, en esta posición a disminuido mucho el empuje de la biela sobre el balancín ya que se encuentra en la carrera descendente; se han considerado las dos condiciones mas desfavorables para el cálculo como si se presentaran juntas: carga pico y ángulo mínimo. Como se podrá concluir, se lleva acabo el diseño con un buen margen de seguridad.

RECVOMENDACIONES Se recomienda utilizar acero al carbono C1020 normalizado, el cual es un acero Siemens-Martin, con 0.2% de C, recomendado para estructuras (10), el cual es nuestro caso, ya que el balancín elevador forma parte de la estructura soporte de la UBM; además dicho acero es económico y como veremos, los resultados dan iguales dimensiones a la estructura original, lo cual facilita el ensamblaje, ya que los orificios de los tornillos se pueden elaborar en los mismos sitios que los originales, sin necesidad de modificaciones. La finalidad de la normalización es asegurarse que tenga una micro- estructura uniforme y se releven esfuerzos internos( VER Anexo I), lo cual asegura un esfuerzo de trabajo constate a todo lo largo de la estructura. Considerando el aspecto fatiga del material, en el anexo C en la figura C.3, se observa que el límite de resistencia a la fatiga (endurancia)

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del acero suave C1020 es de 32000 lb/plg2, mientras el máximo esfuerzo normal que se ha calculado, para el ángulo crítico es de 11814 lb/plg2, considerando (lo cual no llega a suceder), que en ese instante esta actuando la carga pico sobre el balancín. Se concluye que el máximo esfuerzo que soportarán las fibras extremas del balancín es mucho menor que el límite de fatiga del acero propuesto, y por lo tanto la fatiga del material nunca debe de presentarse.

La estructura angular lateral que va a ser soldada al balancín (ver figura 1.21), puede ser recuperada del original dañado, por lo que puede ser aprovechada en esta nueva pieza de fabricación Nacional. El diseño se llevó a cabo considerando ya sea que el balancín se construya usando placa de acero soldada o bien se compren las vigas comerciales ya construidas. Los cordones de soldadura de arco, se calcularon usando la teoría para el cálculo de dichos elementos, determinando la carga por unidad de longitud “q” que deberán de soportar, utilizando electrodos clase E6010 o E6011 Norma AWS A5.1, que son apropiados para acero dulce y de bajo contenido de aleación ( 9 ), que es el tipo de acero propuesto para el balancín, según se pudo comprobar en los cálculos.

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Otra de las bondades del método de cálculo utilizado en este proceso, es que pude ser fácilmente modificado para el diseño del balancín elevador de los otros tipos de unidades de bombeo mecánico que existen en el mercado: las unidades convencionales y las aéreo balanceadas; en las que también se presenta el fenómeno de la torsión plástica del balancín debido al desprendimiento del rodamiento del muñón, por lo que puede ser muy útil a las personas interesadas en esta innovación nacional. También, y ya conociendo el tipo de acero a usar, este criterio se puede ampliar para el diseño de los otros elementos del poste maestro de la unidad

Sale sobrando explicar las ventajas económicas y sociales para nuestro país ya mencionado en los objetivos de este trabajo, que si fueran ampliadas para el diseño del balancín elevador de los diferentes tamaños de Unidades Convencionales y Aéreo balanceadas, resultan todavía mayores beneficios.