DIAGRAMA DE CARGAS PERMISIBLES

Debido a que realizar un análisis de torque es un trabajo demasiado duro, la técnica de cargas permisibles fue desarrollada para reducir la necesidad de determinar si la caja de engranaje está sobrecargada. Esta técnica permite determinar si la caja de engranaje está sobrecargada sin tener que rehacer un análisis de torque cada vez que se toma una carta dinagrafica. Para que esto funcione la cantidad de contrabalance en la unidad debe permanecer siendo la misma.

Las cargas permisibles a una posición de la barra pulida es el valor de carga de la barra pulida que podría cargar la caja a su rango capacidad. Las cargas permisibles son calculadas reemplazando Tnet en la ecuación 5.4 con el rango de reducción de engranaje

y luego resolviendo para las cargas de la barra pulida.

GR = TF(PL - B) - M(senθ - ϒ)

Donde:

GR- Relación de reducción de la caja (plg-lbs) PL-Cargas permisibles en la barra pulida (Ibs)

Las otras variables son las mismas a la ecuación 5.4 Resolviendo la ecuación 5.6 para un PL dado:

Usando la ecuación 5.7 pueden calcularse las cargas permisibles para cualquier ángulo de la manivela. Si las cargas de la barra pulida exceden las cargas permisibles a esa posición, la caja estará sobrecargada. Las cargas permisibles son más fáciles de entender y usar si se construye un diagrama de cargas permisibles y luego se superpone a la carta

dinagrafica. Esta representación gráfica de cargas permisibles define los limites de caigas tanto en la carrera ascendente como en la descendente previniendo sobrecargas en la caja. El diagrama de cargas permisibles tiene dos partes: Carrera ascendente y carrera descendente. Como se discutió previamente, factores de torque positivos corresponden a carreras ascendentes y negativos a carreras descendentes.

Para el ejemplo anterior de análisis de torque, la capacidad es 456.000 plg-lbs y el momento máximo de contrabalance es de 882.235 plg-lbs. A un ángulo de la manivela de 60°, las cargas permisibles son:

Las cargas en la barra pulida a 60° en la Tabla 5.2 son 16.200 Ibs, que exceden las cargas permisibles de 15.966 Ibs. Esto significa que la caja está sobrecargada a esa posición. Esto puede verificarse observando que ha 60° (Ver Tabla 5.2) el torque neto de la caja es 473.292 plg-lbs, lo cual excede la capacidad de la caja de 456.000 plg-lbs.

Usando la ecuación 5.7, las cargas permisibles para el ejemplo del análisis de torque fueron calculados, y el diagrama de cargas permisibles fue graficado en la misma escala de la carta dinagrafica (Ver Figura 5.8). Es importante entender que puede sobrecargarse la caja de engranaje de igual forma con altas cargas en la carrera ascendente o muy bajas cargas en la descendente. Por ejemplo, si las cargas en la carrera descendente cayeron por debajo de 5000 Ibs entre 30 y 80 plg a partir del fondo de la carrera, podría sobrecargar la caja. Esto es debido a que las cargas en la barra pulida en la carrera descendente ayudan a la caja a levantar las contrapesas. Si las cargas en la barra pulida es demasiado pequeña entonces la caja tiene que suministrar más torque para levantar las contrapesas. Cuando la carta dinagraficas corta el diagrama de cargas permisibles, esto indica que la caja está sobrecargada a esa posición.

Como muestra la ecuación 5.6, el diagrama de cargas permisibles puede calcularse independientemente de la carta dinagrafica. Si se gráfica el diagrama de cargas permisibles usando la misma escala que la de la carta dinagrafica, entonces podrían superponerse las dos y rápidamente determinar si la caja está sobrecargada. Puede usarse el mismo diagrama de cargas permisibles con diferentes cartas dinagraficas para el mismo pozo. Los resultados serán validos por tanto como el momento máximo de contrabalance no cambie. Si el momento de contrabalance cambia (Al balancear la

unidad) entonces otro diagrama de cargas permisibles deberá realizarse. El diagrama de

cargas permisibles fue originalmente desarrollado para evitar tener que rehacer cálculos de torque cada vez que una nueva carta dinagrafica era grabada.

5.7.1 Tendencia del diagrama de cargas permisibles

Con los programas modernos diagnósticos de computadoras de hoy día tales como el RODSTAR, no hay necesidad de hacer el diagrama de cargas permisibles para análisis de torque rápidos. Sin embargo, existe otra razón más importante para graficar el diagrama de cargas permisibles. Además de determinar si la caja está sobrecargada o no, la tendencia del diagrama de cargas permisibles es muy importante. Si el diagrama de cargas permisibles tiene una tendencia que es opuesta a la tendencia de la carta dinagrafica, esto muestra que el diseño del sistema necesita mejorarse. Específicamente, esto muestra que la unidad de bombeo no hace un buen ajuste para el equipo de fondo o condiciones de operación el pozo. Esta es la razón principal por la que frecuentemente, Unidades Mark II no son tan buenas para sartas de cabillas de fibras de vidrio como lo son las convencionales. La única manera de asegurarse que geometría de unidad es la mejor para el pozo es hacer un diseño con un programa predictivo moderno de ecuación de onda tal como RODSTAR. Este programa calcula y muestra el diagrama de cargas permisibles con la predicción de la carta dinagrafica.

La Figura 5.9 muestra las cargas dinagraficas y permisibles para una unidad Mark II con cabillas de acero. Como muestra esta figura, el diagrama de cargas permisibles tiene la misma tendencia que la carta dinagrafica. Esto muestra un buen ajuste entre la unidad de bombeo y el equipo de fondo. La Figura 5.10 y la 5.11 muestra como la geometría de la unidad de bombeo afecta la tendencia del diagrama de cargas permisibles. La única diferencia entre las Figuras 5.10 y 5.11 es el tipo de la unidad de bombeo. La Figura 5.10 es para una unidad convencional mientras que la Figura 5.11 es para un Mark II. La forma de la carta dinagrafica y la cargas están muy cercas debido a que estas predicciones están basados en la misma profundidad de la bomba, tamaño del pistón, spm, sarta de cabillas (fibra de vidrio en este caso) etc. Como muestra la Figura 5.10, las unidades convencionales son mejores para estas aplicaciones debido a que su diagrama de cargas permisibles tiene la misma tendencia que la carta dinagrafica. La Figura 5.11 muestra que la unidad Mark II no es una buena opción en este caso. Su diagrama de cargas permisibles tiene una tendencia opuesta a la de la carta dinagrafica.

CAPITULO 6