DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO MECANICO USANDO EL API RP11L.

Los términos del método de diseño API RP11L están definidos en la página 2 del boletín en cuestión. El bosquejo de los pasos del método muestra un ejemplo del cálculo de diseño. Las tres primeras líneas definen los parámetros de entrada para el diseño. La Tabla 4.1 en el folleto API RP11L puede usarse para encontrar el porcentaje de cabillas de cada sección. Este porcentaje depende del diámetro del pistón de la bomba y el número API de las cabillas. El número de cabillas de la columna 1 refiere desde el más grande al más pequeño tamaño de cabillas en la sarta en octavos de pulgadas. Por ejemplo, un numero de cabillas de 86 define una sarta de tres secciones de: 1" (8/8), 7/8" y 3/4" (6/8). El número 76 significa una sarta con dos secciones de: cabillas de 7/8" y 3/4" . El numero 66 refiere a una única sarta de cabillas de 3/4" (6/8").

El porcentaje de la longitud de las cabillas de las columnas 6 11 de la Tabla 4.1 asume que si se usan estas longitudes, se podría obtener unas cargas de tensión iguales al tope de cada una de las secciones de cabillas de la sarta. Sin embargo, con los poderosos programas de diseño con ecuaciones de onda de hoy día puede demostrarse

que esa asunción es frecuentemente incorrecta. El porcentaje de cabillas en el API RP11L está basado en una aproximación simplificada de las fuerzas dinámicas en la sarta de cabillas. Los porcentajes recomendados por El API RP11L dependen solo del tamaño del pistón. Pero, lo correcto es esperar que las fuerzas dinámicas dependen también de las emboladas por minuto, longitud de la embolada, tipo de unidad de bombeo, etc. Los software modernos que cuentan con la ecuación de onda toman en consideración estos factores. Esto es por lo que usando programas como el RODSTAR resultara en la obtención de recomendaciones de porcentajes de cabillas precisas para igualar las cargas.

Teóricamente, la sarta de cabillas ideal debería estar realmente ahusada desde el tope hasta la base. Sin embargo, esto no es posible en la práctica. Incluso si tal sarta de cabillas pudieses ser fabricada a un costo razonable, no sería recomendable su uso debido a que el fondo de la sarta no sería lo suficientemente fuerte para soportar todas las cabillas sobre esta. Esto es importante debido a que cuando se partiese la cabilla, la base de la sarta se destruiría. Por esto y otras razones prácticas, las sartas de cabillas tienen usualmente un máximo de cuatro secciones. Esto también se debe a que diámetros pequeños de cabillas tales como ½ o 5/8 " son raramente utilizados al final do la sarta.

Una vez se selecciona el número de cabillas, pueden comenzarse los cálculos de diseño del API RP11L. Se recomienda que las cabillas sean diseñadas para las máximas emboladas por minuto esperadas y los niveles de fluido más bajos. En el ejemplo de la pagina 6 de el APU RP11L, el numero de la sarta de cabillas es 76. A continuación esta una explicación de cada uno de los pasos de diseño del API RP11L con la definición de cada parámetro:

1. Use la Tabla 4.1 para obtener Wr que es el peso de las cabillas en Ibs/pie. En el ejemplo, para un número de cabillas de 76 y un diámetro del pistón de 1.5, Wr es igual a 1833. 2. Use la Tabla 4.1 para obtener Er que es la elongación de las cabillas por pie por cada

libra de carga sobre las cabillas.

3. El factor de frecuencia Fc esta también en la Tabla 4.1. Fc es un factor de ajuste de la

frecuencia natural. Fc es igual a uno (1.0) para sarta de cabillas lineales (un solo

diámetro). Para sartas con diferentes diámetros F: es mayor que 1.0.

4. Er es la elongación de la tubería por pie, por libra de carga aplicada. Puede obtenerse E, de la Tabla 4.2 en la página 10 del boletín API RP11L pero solo si la tubería no esta anclada. Si la tubería está anclada entonces la elongación de la tubería es cero y no será necesario este paso.

5. Este paso calcula las cargas de fluido F0 en el pistón de la bomba

6. Kr es la constante de elasticidad de las cabillas. Son las cargas en libras necesarias para alongar la sarta total de cabillas una pulgada. El termino 1/Kr es la constante elástica de la sarta de cabillas y es el reciproco de Kr En otras palabras es la elongación de la sarta total de cabillas en pulgadas por libra de fuerza aplicada

7. El termino SKr es la carga necesaria para alongar la sarta de cabillas una cantidad igual a la embolada de la barra pulida.

8. El termino Fo/SKr es la elongación adimensional de las cabillas. Es la elongación en las cabillas causada por la aplicación de cargas de fluido estáticas como un porcentaje de la embolada de la barra pulida.

9. Ni/N0 es la relación de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de

cabillas lisa (una solo diámetro).

10. N/N0' es la relación de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de

cabillas ahusada (diferentes diámetros).

11. Se necesita 1/Kt solo si la tubería esta desanclada. Es la constante de elasticidad de la tubería.

12. Se puede obtener la relación de la longitud de la embolada de la bomba Sp a la longitud

de la embolada de la barra pulida S de la Figura 4.1. Primero localice N/No' en el eje de las X, luego suba hasta interceptar la curva correspondiente a F0/SKr. El punto del eje de

las Y corresponde a Sp/S. Un Sp/S de 1.0 significa que la embolada de la bomba es la misma que la embolada en superficie. Un Sc/'S menor que 1.0 muestra un viaje menor en la bomba debido a la elongación de las cabillas. Similarmente, un valor más grande a 1.0 indica un sobre viaje en la bomba.

13. En este paso se calcula el desplazamiento de fondo de la bomba en pulgadas.

14. En este paso se realiza el cálculo predictivo de la tasa de desplazamiento de la bomba usando la embolada neta. Si esta tasa no es la deseada, entonces se deben repetir los pasos 1 al 14 hasta que se obtenga la tasa de producción deseada.

15. Calcular el peso de las cabillas en el aire.

16. Luego se calcula el peso de las cabillas en el fluido. Esto también corresponde a la carga en la válvula tija para una bomba en buenas condiciones.

17. Este paso es para calcular la relación Wrf/SKr. Este número muestra si es necesario realizar ajustes en el torque. Si la relación es cualquier otra que 0.3 entonces deberá calcularse el factor de ajuste del torque del paso 22. Esto debe hacerse debido a que todos los factores de torque en el API RP11L fueron calculados usando Wrf/SKr, de 0.3. 18 19. 20 y 21. Los números de estos pasos se obtienen de las Figuras 4.2, 4.3. 4.4 y 4.5

usando el mismo procedimiento como en el paso 12.

22. El ajuste del torque puede obtenerse el factor de ajuste del torque siauiendo las direcciones de la Figura 4.6. El ajuste del torque es 3% para cada incremento de 0.1 en Wrf/SKr por encima de 0.3 o:

23. Calculo de los picos de carga en la barra pulida. Este número define la capacidad en la estructura de la unidad de bombeo necesaria para evitar sobrecargas en la unidad. 24. Cálculos de la carga mínima en la barra pulida. Este número puede usarse junto con el de cargas pico sobre la barra para calcular las cargas de tensión en las cabillas.

25. El torque pico en la caja de engranaje que se calcula en este paso es el torque pico pronosticado si la unidad de bombeo estuviese en perfecto balance. Esto determina el tamaño de la caja de engranaje necesario. Mantenga en mente que para condiciones de campo reales la unidad podría no estar perfectamente balanceada. Por lo tanto, la capacidad de la caja de engranaje que se necesita podría ser más grande que la calculada en este paso.

26. En este paso se calcula la potencia en la barra pulida. Este número se utiliza para determinar que tamaño debe tener el motor. Una regla de pulgar es multiplicar la potencia de la barra pulida por dos (2.0) para obtener el NEMA D necesario. Para motores de alto deslizamiento utilice el procedimiento indicado por el fabricante.

27. El Efecto de contrabalanceo calculado puede usarse en este paso para balancear la unidad. Un aproximado del máximo momento de contrabalanceo puede calcularse a partir del efecto de contrabalanceo medido de la siguiente manera:

En la ecuación anterior, el termino S/2 aproxima el factor de torque de la unidad de bombeo a un ángulo de la manivela de 90" o 270° Sin embargo, esta aproximación es solo válida para unidades convencionales.

Los pasos arriba descritos deberán repetirse tantas veces como sea necesario para encontrar el diseño de sistema que pueda producir los barriles deseados sin sobrecargar ningún componente del sistema. A pesar de que los cálculos son fáciles de realizar, repetirlos muchas veces es tedioso. Un software hace la tarea de diseñar un sistema de bombeo mucho más fácil.