unidad de bombeo mecanico.pdf
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Curso de Bombeo Mecánico
LUFKINARGENTINA S.A.
1979 - 2008
Curso de Bombeo Mecánico
“Curso de Bombeo Mecánico”
Oxy
Marzo 2008
Curso de Bombeo Mecánico
Presentacion
Eugenio FerrignoIng Mecánico & NavalTrabajo en Lufkin Automation desde 1999, actualmente en la planta de Comodoro Rivadavia en Argentina como gerente de productoemail: [email protected]: +54 297 448 4050www.lufkinautomation.com
Curso de Bombeo Mecánico
Agenda
• Sistema de bombeo mecánico• Tipos de unidades• Caracteristícas, mantenimiento y montaje• Dinamometría• Automatización• Predicción de sistemas de bombeo
mecánico – Programa SROD
Curso de Bombeo Mecánico
Historia
Inauguración: 04/08/79en el Parque Industrial de Comodoro
Rivadavia.
Nombre original: Hughes Tool Comodoro Rivadavia S.A.
Curso de Bombeo Mecánico
Planta Industrial - Comodoro Rivadavia - Chubut
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Planta Industrial
• Superficie total: 4,05 Ha.
• Superficie de Plantas: 9.220 m2
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Fabricación de estructuras
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Mecanizado
Curso de Bombeo Mecánico
Ensamble de cajas
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Sistema de Calidad
• API Especificación 11E Q1 desde 1992
• ISO 9001 – 2000• ISO 14000
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Producción Total
RESTO DEL MUNDO1%
AMERICA5%
ARGENTINA94%
8500 Unidades
Curso de Bombeo Mecánico
Producción en unidades
263 242
69
186
360 358
243190
41
424
565
263
422 412
0
100
200
300
400
500
600
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Can
t. U
nida
des
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Servicios :
• Montaje y desmontaje de unidades de bombeo• Mantenimiento Preventivo / Correctivo de
unidades de bombeo• Reemplazo de cualquier tipo de repuesto y
reparación de unidades de bombeo mecánico LUFKIN y no LUFKIN
• Reparación de alojamiento de pernos de manivela (En cualquier tipo de unidad)
• Automatización de pozos (AIB, PCP, IWC, VSD)• Analisis de pozos (Sistemas predictivos )
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Trabajos in situ
• Montaje de cáncamos de izaje en viga balancín• Montaje de cable de seguridad en viga balancín• Montaje de cubrecorreas articulados• Montaje de tambores de freno con traba de
seguridad en todas las unidades de bombeo de cualquier tipo y marca
• Montaje de paneles frontales, laterales y posterior es• Montaje de cercos perimetrales• Montaje de plataformas de seguridad• Montaje de escaleras de acceso con aro de
seguridad
Curso de Bombeo Mecánico
Curso de Bombeo Mecánico
Curso de Bombeo Mecánico
CONSIDERACIONES GENERALES DE BOMBEO
MECÁNICO
Curso de Bombeo Mecánico
- Costo: Moderado.
- Costo operativo: Bajo.
- Vida útil del AIB : 30 / 40 años o más.
- Es necesario un buen diseño, operación y manejo.
- Eficiencia: Intermedia. Importante optimizar el sistema.
- Flexibilidad: Excelente. Se puede variar carrera, GPM, diámetro del pistón.
- Fácilmente operable
- Operación en profundidades hasta 3200mts.
Características de AIB
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Eficiencia del sistema
217 BPD (34.5 m 3/d)
HP de la bomba = 8.4 HP
Potencia de lasvarillas= 3.3 HP
HP del vástago = 11.7 HP
Pérdida en el AIB = 1.3 HP
Potencia del motor = 14.8 HP
Potencia entregada = 13 HP
Pérdida de Motor = 1.8 HP
Eficiencia del sistema = 8.4 / 14.8 = 56.5%
C-320-246-86, Bomba 1.5” Sarta 76, 10.5 GPM
a 5000 ft (1524 m)
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- Puede trabajar con presiones de entrada a la bomba cercanas a 0 ( 10 – 50 psi).
- Utilizado con motores eléctricos o motores a explosión.
- Dinamómetros y medición de niveles.
- Utilización en pozos desviados. Centralizadores.
Ventajas
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COMPONENTES DE UNA INSTALACION DE BOMBEO MECÁNICO
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�Unidad de bombeo�Tubing / Casing�Varillas de bombeo�Bomba de profundidad
Partes componentes
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Elementos componentes
- Unidad debombeo
- Varillas - Bombas de
profundidad
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Bombas de profundidad
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Partes componentes
- Barril- Pistón- Válvula de pie o fija
( standing valve )- Válvula viajera
( travelling valve )- Accesorios
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Funcionamiento
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Tipos de bombas
Insertables APICon camisa integral de pared delgadaRWA Anclaje superior ( Fig.1 )RWB Anclaje Inferior( Fig.2 )Con camisa integral de pared gruesaRHA Anclaje superior ( Fig.3 )RHB Anclaje Inferior ( Fig.4 )
Tipo Tubing APITH ( Fig.5 )
( Fig.1 ) ( Fig.2 ) ( Fig.3 ) ( Fig.4 ) ( Fig.5 )
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Nomenclatura de bombas - Clasificación A.P.I
Ejemplo: 25 - 175 - RHBC - 12 - 4 - 4
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Criterio de selección
1 - Depósitos de arena:- Desgaste en válvula- Acumulación de arena entre barril y tubing- Desgaste del pistón y barril
2 - Pozos con gas
3 - Petróleo viscoso
4 - Incrustaciones de calcio
5 - Corrosión
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Varillas de bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Varillas de BombeoDos grandes grupos:
1. Aceros al Carbono-Manganeso : El manganeso tiende a hacer al acero menos quebradizo.
2. Aceros de Aleaciones : Estas aleaciones tienden a:
– Aumentar la dureza, solidez y resistencia a la corrosión
– Formar estructuras de grano fino.– Obtener mejores resultados en los tratamientos
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Grados de varillasGrado “C”: Acero al carbono-manganeso recomendado para servicio mediano en pozos no corrosivos o fluidos pocos corrosivos.Grado “K”: Aleación de acero al níquel-molibdeno, recomendado para servicio mediano en pozos con fluidos corrosivos (CO2, H2S- Anhídrido carbónico y sulfhídrico).Grado “D” : Aleación de acero al cromo-molibdeno, recomendado para servicios pesados en pozos corrosivos o con fluidos poco corrosivos.El American Petroleum Institute clasificó: CARGA DE ROTURA DE LAS VARILLAS SEGÚN EL GRADO DE ACERO
G r a d o K g . / m m 2 L b . / p u l g 2
K 5 9 . 7 / 8 0 . 8 8 5 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0C 6 3 . 2 / 8 0 . 8 9 0 0 0 0 / 1 1 5 0 0 0D 8 0 . 8 / 9 8 . 4 1 1 5 0 0 0 / 1 4 0 0 0 0
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C: Cargas bajas y medianas
D: Cargas altas y pozos no corrosivos
MMD: Altas cargas y medianamente corrosivo
K: Cargas altas y medianas en pozos corrosivos
PLUS: Cargas muy altas y no corrosivos
UHS: Cargas extremadamente altas
Grados de varillas (continuación)
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Cargas en varillas� Carga Max = (WR + FL ) * (1 + a)
� Carga Mín = (WRF) * (1 - a)
Donde:• WR = Peso de barras en el aire• WRF = Peso de las barras sumergidas• FL = Peso del fluido• a = Factor de aceleración
Tensión Máxima Γ Max = Pmax / SeccTensión Mínima Γ Min = Pmin / Secc
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Esfuerzos - Fatiga
•Proceso generado por la acción de cargas variables que se repiten en el tiempo
•El material termina por romper a un valor de carga muy inferior al límite de su resistencia
•Depende principalmente de la amplitud del ciclo de carga y de las repeticiones de este ciclo en el tiempo
Curso de Bombeo Mecánico
Esfuerzos – Fatiga / GoodmanLímite de FatigaWöhler estudió el tema fatiga, llegando a la conclusión que para un determinado valor de carga máxima, el material no rompía (Vida “infinita” )
Este límite se consideróen 10 MM de ciclos, y la carga se denominóLIMITE DE FATIGA
Curso de Bombeo Mecánico
Diagrama de Goodman• Indica el nivel de solicitación de una varilla de
bombeo• Considera vida útil > 107 ciclos de bombeo• Incluye el concepto de factor de servicio (SF)• La cárga máxima que soporta una varilla es
inversamente proporcional al rango de cargas en que se ve sometido (principio de fatiga)
• SPE 4068 / Norma API 11BR 89
API GRADE DMinimum Tensile Strength = 115000 psi
Curso de Bombeo Mecánico
Diagrama de Goodman Modificado
Establece la zona de trabajo permitida para varillas de bombeo.
Permite determinar el % de solicitación o carga a que trabajan las varillas
srot
adm FST
S ××+= )5625.04
( min 100)()(
% ×−
−=
mínadm
mínmáx
SSSS
Goodman
Sadm: Máxima tensión admisible de trabajo (psi)
Trot : UTS – Tensión de rotura (Varillas Grado D=115 ksi)
Smin : Tensión mínima (dinamómetro) (psi)
Smáx: Tensión máxima (dinamómetro) (psi)
Fs: Factor de Servicio
Curso de Bombeo Mecánico
Diseño de sartas de varillasPredominan dos criterios• Igualar tensiones
– Las tensiones son iguales en todos los tramos (a excepción barras peso)
– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn
• Diseño a tensión máx admisible– Sarta liviana y económica– Alto estiramiento– δ1 = δ2 = δ3 = …. δn = δmax
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8 / 8
7 / 8
6 / 8
Sarta API 86
Grado API
C - 90,000 psi Tension min.
K - 90,000 psi Tension min.
D - 115,000 psi Tension min.
Tension de alta resistencia -140,000 psi Tension min.
Varillas API
Bomba 1.5” - 26.8%, 27%, 46.2%
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Barras peso – Ventajas/Cualidades
• Disminución de fallas por flexión sobre el cuerpo de varillas
• Disminución de fallas de cuplas• Aumento de la eficiencia de la bomba• Aumento de la carrera efectiva del pistón.• Disminución del nivel de tensiones sobre las
varillas que estarían trabajando a la compresión.• Disminución de la fricción entre tubing y varillas• Barras de 1.1/4” a 2” según API Spec 11BR
Curso de Bombeo Mecánico
PRINCIPALES FALLAS EN VARILLAS
FATIGA O ESFUERZOS DE TENSIFATIGA O ESFUERZOS DE TENSIÓÓNN
DOS FALLAS DE FATIGADOS FALLAS DE FATIGA
FATIGA POR FATIGA POR CORROSICORROSIÓÓNN
FATIGA POR FATIGA POR ESFUERZOSESFUERZOS
SOBRECARGA O DISESOBRECARGA O DISEÑÑO O DEFICIENTEDEFICIENTE
FATIGA POR FATIGA POR DOBLADURA DE DOBLADURA DE RADIO LARGORADIO LARGO
FATIGA POR FATIGA POR DOBLADURA DE DOBLADURA DE RADIO CORTORADIO CORTO
TORCEDURA TORCEDURA ““TIRABUZTIRABUZÓÓNN”” (CAIDA (CAIDA DE LA BARRA)DE LA BARRA)
FRACTURA POR TENSIFRACTURA POR TENSIÓÓN DE FATIGAN DE FATIGA
MISMO DAMISMO DAÑÑO EN LA ZONA DE RECALQUEO EN LA ZONA DE RECALQUE
GOLPE DE LLAVE GOLPE DE LLAVE O HTA. U OTRO O HTA. U OTRO ACEROACERO
GOLPE DE MARTILLO PARA GOLPE DE MARTILLO PARA AFLOJAR LA CUPLAAFLOJAR LA CUPLA
DESGASTE POR ROCEDESGASTE POR ROCE
DESGASTE DEL CUERPO POR DESGASTE DEL CUERPO POR ABRASIABRASIÓÓNN
DESGASTE DE CORROSIDESGASTE DE CORROSIÓÓNN--ABRASIABRASIÓÓNN
INSUFICIENTE INSUFICIENTE APRIETEAPRIETE CARGA DE TENSICARGA DE TENSIÓÓNN
FALLA DE APRIETE EN FALLA DE APRIETE EN MMÁÁS O MENOSS O MENOS
FALLA DE FATIGA POR FALLA DE FATIGA POR CORROSICORROSIÓÓN (DEL EXTERIOR N (DEL EXTERIOR
HACIA ADENTRO)HACIA ADENTRO) SOBREAPRETADOSOBREAPRETADO
SOBRETORQUESOBRETORQUE
ENGRANADO DE ROSCASENGRANADO DE ROSCAS
INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)INCRUSTACIONES (HERRUMBRES)
OXOXÍÍGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADAGENO DISUELTO EN EL AGUA SALADA
PICADURA POR SULFURO DE PICADURA POR SULFURO DE HIDRHIDRÓÓGENOGENO
ATAQUE DE BACTERIASATAQUE DE BACTERIAS
PICADURA POR DIPICADURA POR DIÓÓXIDO DE CARBONOXIDO DE CARBONO
ATAQUE DE ATAQUE DE ÁÁCIDOSCIDOS
CORROSICORROSIÓÓN GALVN GALVÁÁNICANICA
Curso de Bombeo Mecánico
ELECTROLISISELECTROLISIS ABRASIABRASIÓÓNN
Corrosión, desgaste, daños en varillas
Curso de Bombeo Mecánico
TIPOSDE
UNIDADESGEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEOGEOMETRIA DE LOS APARATOS DE BOMBEO
Curso de Bombeo Mecánico
FC
Clase I: Palanca de primer género
Convencional
C-1280D-305-260 1700 BPD (1182 m3/D)
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Clase III: Geometríapalanca de tercer género
F C
Tipo A: Balanceado a aire
Air Balanced
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F C
Clase III: Palanca de tercer género
Tipo M ( Mark II)
Mark II
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M II 1824D-427-216”
• H = 47 pies, 14.5mts• Profundidad = 7280 ft
(2220 m)• Caudal = 1100 BPD
(175 m3/día)• Bomba = 2 ¾”• Sarta 96 + Peso• Motor = 200 HP• Tubing telescopico
Curso de Bombeo Mecánico
Primeras Unidades de Bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Primeras Unidades de Bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Primeras Unidades de Bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Primeras Unidades de Bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Mark I – Año 1956
Curso de Bombeo Mecánico
Mark II – Año 1957
Curso de Bombeo Mecánico
Mark II – Año 1961
Curso de Bombeo Mecánico
Mark II – Actualidad
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Beam Balanced
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Reverse Mark
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Low Profile
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Portable / Trailer Mount PU
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DESIGNACIÓN DE LOS MODELOS DE
UNIDADES DE BOMBEO
Curso de Bombeo Mecánico
Estandarización de Unidades de bombeo
en los comienzosde la decada del ‘60
Especificación API 11E
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Tamaños estandares API
Torque del reductorAPI X 1000
80
114
160
228
320
456
640
912
1280
1824
2560
Carga estructural X 100
143
173
200
213
246
256
305
365
427
470
Longitud de la carrera API
48
54
64
74
86
100
120
144
168
192
216
240
Curso de Bombeo Mecánico
A = Air Balanced M = Mark II UnitorqueB = Beam Balanced LP = Low ProfileC = Convencional RM = Reverse MarkCM = Conv. ( portable )
Tipos de Unidades de Bombeo
M - 640D - 305 - 168"
Capacidad Maxima de Carga de la Estructura / Vastago Pulido ( x100
Lbs)
Longitud de Carrera Máxima ( Pulgadas )
Engranajes de Doble
Reducción
Capacidad Max. Torque del Reductor ( x1000 Lbs-
pulg. )
* Tipo de Unidad de Bombeo
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Torque máximo : Es el torque con que se puede hacer funcionar el reductor sin peligro de rotura del mismo .
Carga estructural : Es la carga máxima que la unidad puede soportar ( cabeza de mula )
Carrera máxima : es la máxima carrera a obtener en el vástago pulido
Parametros API
168”
36500 lbs.
912,000 in-lbs.
C-912D-365-168
Curso de Bombeo Mecánico
Cargas
Ocasionadas por :- las masas de varillas, - fluidos- fuerzas de roce y aceleraciones.
Son soportadas por la estructura del AIB
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Torque: esta directamente relacionado con la caja reductora Carga Máxima: directamente relacionado con la estructura.
El exceso de torque daña la caja reductora y no necesariamente a la estructura,
El exceso de carga lo hace exclusivamente con la estructura
Comparación esfuerzos
Curso de Bombeo Mecánico
Datos API en las unidades
Curso de Bombeo Mecánico
Curso de Bombeo Mecánico
Curso de Bombeo Mecánico
Curso de Bombeo Mecánico
Torque
El torque: Fuerza por distanciaLa distancia es el brazo de palanca o sea la distancia del centro del eje de salida del reductor al centro del perno de biela por la fuerzaejecutante
Fuerza
Distancia
Curso de Bombeo Mecánico
Torque (continuación)
Caja reductora: • Convierte un movimiento de muchas
revoluciones y bajo torque en otro de bajas revoluciones y alto torque.
• Relación de transmisión aproximada 30 a 1• El torque resultante es la diferencia entre el
torque producido por la carga y el producido por los contrapesos
Curso de Bombeo Mecánico
Por que contrapesar la unidad?
Curso de Bombeo Mecánico
150 lbs.
150 lbs.
A A
Carrera ascendente
Balance de cargas
Curso de Bombeo Mecánico
50 lbs
50 lbs
A A
Carrera descendente
Balance de cargas (continuación)
Curso de Bombeo Mecánico
150 lbs.
100 lbs.
A A
50 lbs.
Carrera ascendente
Balance de cargas (continuación)
Curso de Bombeo Mecánico
50 lbs.
100 lbs.
A A
50 lbs.
Carrera descendente
Balance de cargas (continuación)
Curso de Bombeo Mecánico
Comienzos del contrabalanceo
Curso de Bombeo Mecánico
Solución a los problemas
• Patentado por W.C. Trout en 1926
Carreradescendente
Peso varillassumergidas –Factor aceleración
Carreraascendente
Peso varillas en el aire (Wr) + peso fluído + factor aceleración
CBE = (Carga Max + Carga Min) / 2 o 1,06 (Wrf + ½ F o ).
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CONTRAPESADO
Un correcto contrapesado debe otorgar el valor mínimo de torque
Objetivo de los contrapesos:Lograr que el motor realice el mismo esfuerzo tanto en la carrera ascendente como en la descendente, y tender a uniformar los esfuerzos en todo el sistema
Los sistemas de contrapesos dependen de los sistemas:- regulable en la viga del equipo; - regulable sobre la manivela y - con cilindro con aire comprimido
Curso de Bombeo Mecánico
Torque del pozo
Torque del pozo
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Torq
ue, i
n-lb
s
Debido al peso de las varillas
Debido al peso de las varillas y del fluído
Sin carga
Torque del contrapeso
Torque del contrapeso
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Tor
que,
in-lb
s
Torque de los contrapesos y del pozo
Torque del pozo y de los contrapesos
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Tor
que,
in-lb
s
Torque del contrapeso
Torque del pozo
Torque del pozo
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Torq
ue, i
n-lb
s
Torque del contrapeso
Torque del reductor
Torque del pozo
Torque del reductor
-300000
-200000
-100000
0
100000
200000
300000
400000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Tor
que,
in-lb
320,000 in-lb
Torque del contrapeso
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manive la
Tor
que,
in-lb
s
Torque del contrapeso máximo1,040,000 in-lbs.
Torque del pozo
-1500000
-1000000
-500000
0
500000
1000000
1500000
2000000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Torq
ue, i
n-lb
s
Torque del reductor
-300000
-200000
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Angulo de la manivela
Tor
que,
in-lb
Desbalanceado
320,000
Curso de Bombeo Mecánico
Tablas de efecto de contrapesado
Necesita 18,000 lbs. CBE?
Vida del reductor
0
5
10
15
20
25
30
100.0% 105.0% 110.0% 115.0% 120.0% 125.0% 130.0%
Porcentaje de sobrecarga
Vid
a en
año
s
Curso de Bombeo Mecánico
ContrabalanceadoConceptos Avanzados
Curso de Bombeo Mecánico
Fp
C A
WWn
Wc
R
D = C * sen b
b
PWb
θ
R * sen a
a
INTRODUCCION
K
Las condiciones de carga en un pozo son: Carga Max = (Pbb + Pf ) * (1 + a)
Carga Mín = (Pbbs) * (1 - a)Rango de Carga: RC = Cmax.- Cmín. Torque Teórico = RC * S / 4 (formula Mills)Torque Real = (C. Máx. – CB ) * S / 2 óTorque Real = (CB – C. Mín.) * S / 2
Pbb o WR = Peso de la sarta de varillas en el aire (Kgrs. ó Libras)Pf o WRf = Peso de fluido a elevar entre tubing y sarta de varillas (Kgrs. ó Libras)a = Factor de aceleración a = f (Carrera, S, GPM al cuadrado)CB = Efecto de contrapesado o Contrabalanceo (Kgrs. ó Libras)% Uso = T máx Real/ T. Max. Fabricante ó % Uso = C. Max. Real / Capacidad Fabrican
Curso de Bombeo Mecánico
API 11 E (rev 1994)
API 11 E
Curso de Bombeo Mecánico
TN = TF x (C – SU) – TC x SENO (q-T)En donde:TN: Es el torque neto que recibe la caja reductora del equipo de bombeo, en Libras por pulgada.TF: Es el factor de torque, en pulgadas.C: Es la carga en el vástago pulido, en libras.SU: Es el desbalanceo estructural del aparato de bombeo, en libras.TC: Es el máximo torque de los contrapesos, en Libras por pulgada.q: Es el ángulo de giro de las manivelas, en grados.T: Es el ángulo de desfasaje de las manivelas, en grados. Para equipos convencionales es cero.
Torque neto
En donde :TF: Es el factor de torque, en pulgadas.A: Es la distancia entre el cojinete de cola y la cabeza de mula del aparato de bombeo, en pulgadas.R: Es la distancia entre el perno de biela y el eje de baja velocidad de la caja reductora del equipo de bombeo, en libras.C: Es la distancia entre el cojinete de cola y el cojinete del ecualizador del aparato de bombeo, en libras.a: Es el ángulo medido entre la manivela y la biela del equipo de bombeo, en grados.b: Es el ángulo medido entre la viga balancín y la biela del equipo de bombeo, en grados.
TF = A x R / C x Seno a / Seno bFactor de torque
Conceptos
Norma API 11E rev 94
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TORQUE IDEAL
• Pico Torque neto Upstroke = Pico Torque neto Downstroke
• Variable a ajustar: Contrapesos– Torque contrapeso ideal: Posición sale de
tabla– Efecto de contrapeso: Posición obtenida
mediante dyna (ensayo CBE)
Curso de Bombeo Mecánico
TABLAS DE CONTRAPESADO
Curso de Bombeo Mecánico
Cargas Permisibles
El diagrama de cargas permisibles muestrael límite de torque representado en cargasen la carta de superficie, mostrando:• Detectar si la caja reductora está
sobrecargada en torque• Indicar en qué porción de la carta se
produce el sobretorque, si este ocurre• Corroborar si el análisis de torque de 15°
no excluye ningún pico de carga
Curso de Bombeo Mecánico
Cargas Permisibles – SPE 5149
Curso de Bombeo Mecánico
CONSIERACION DE INERCIA• SPE5149, Dr Sam Gibbs (1975)
– Efectos de inercia producto de contrapesos, caja y motor pueden introducir errores altos especialmenteen motores de alto resvalamiento
– Debe minimizarse la inercia usando motores y AIB bien dimensionados
– Es necesario computar torque en forma másprecisa que cada 15°
– La inercia de las articulaciones incrementan el torque neto en la caja. Es conveniente usar AIB de estructura ligera
Curso de Bombeo Mecánico
CONSIERACION DE INERCIA• SPE12201, J. Svinos (1983)
– Analiza los efectos cinemáticos en AIB– Efectos de torque diferencial respecto al
sentido de giro– Analisis cinemático del torque para obtener
el AIB ideal para el pozo que cumpla con:• Baja aceleración de la carrera ascendente• Bajo Factor de Torque• Alta carrera para mejorar el llenado de bomba
Curso de Bombeo Mecánico
CONSIERACION DE INERCIA
C-320-256-100● Fabricante “A”, ○ Fabricante “B”
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Indice de Eficiencia Torcional (ITE)
ITE = TM / TP x 100Es la relación entre el torque promedio en la caja reductoradel aparato de bombeo en un ciclo y el máximo torque encontrado. De alguna manera califique los diferentesequipos
ITE < 30% � inadecuadoITE ≈ 30% � buenoITE > 30% � muy buenoITE > 40% � excelente
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Factor de Carga Cíclica
CLF = √(∑ i2) / ∑ i
Carrera ascendente Carrera descendente
TORQ
UE
CLF = 1.25
Corriente eficazCorriente promedion
I...II 2n
22
21 ++
n
III n...21 ++
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Potencia MotorPMHP = PRHP x CLF / UE
Donde• PMHP = Mínima Potencia requerida al
Motor• PRHP = Potencia barra pulida (función de
área carta y SPM)• CLF = Factor Carga Cíclica• UE = Eficiencia Unidad ≈ 0,93
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Potencia en carta (superf o fondo)
min/33000][
)(−−
×−=
hplbsft
SPMlbsftAHPPP
Donde• PP = Potencia mecánica promedio en HP• A = Area de la carta (superficie o fondo)• SPM = Velocidad de bombeo en ciclos por
minuto
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Velocidad Motor
RPM (sincrónica) = Hz . 120 / NDonde• RPM = Revoluciones x minuto motor• Hz = Frecuencia de red (50 o 60 Hz)• N = Número de polos motor
Para motores Asincrónicos (Nema D por ejemplo) las RPM máx serán inferiores (5% aprox) a las sincrónicas de la red
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Torque en motor Nema B
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Torque en motor Nema D
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Torque en motor alto deslizamiento
d = ??
D = 44”Relación = 30.12:1
Diámetro de la polea del motor
d = R *D *GPM
RPM
Donde:
R = Relación de engranajes D = Diámetro de la polea GPM = Golpes por minuto RPM = Velocidad del motor
d = ??
D = 44”Gear Ratio = 30.12:1
Que polea necesito si tenemos 8 GPM?
d = R *D *GPMRPM
Motor speed = 1170 RPM
d = 30.12(44)(8)
1170
d = 9.06” Elejir polea de 9”
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DINAMOMETRIA
Obtención de las cargas continuas en el vástago pulido durante el ciclo de bombeoConocer el funcionamiento de la instalación( AIB, varillas y bomba ) y programar las medidas correctivas
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Parámetros mas representativos
• Torque aplicado al reductor del AIB• Cargas máximas y mínimas sobre las varillas• Caudal desplazado• Llenado de la bomba• Perdida en las válvulas( Viajera y fija)• Nivel dinámico• Esfuerzos en varillas• Potencia requerida
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DINAMOMETRO
Es un equipo que mide fuerzas, se lo utiliza para registrar la cargay esfuerzo en el vástago y valorizar los parámetros característicos
Celda de carga
Celda de carga Horseshoe
Celda de carga Clamp-on
Posicinador
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SAM QUICK DYNO
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A
B C
D
DINAMOMETRO IDEAL
Cierra la válvula móvil
Carrera ascendente
Abre la válvula móvil
Carga
(kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Carrera descendente
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Carga
( kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Carrera del A.I.B.Estiramiento
Peso del fluido
Carrera Efectiva
Carrera Bruta
0
DINAMOMETRO REAL
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Análisis de carta de fondo
S tS le a kS g a s @ P a
F l
S g a s @ P i
v w a t e r
v w a t e r v o il + s o lu t io n g a s
v d e a d o il
N e t P u m p D i s c h a r g e L i q u i d V o l u m e
N e t S to c k T a n k L i q u i d V o l u m e
S g
S n
S l
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Ejemplos de cartas dinamométricas
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Llenado completo
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ópulg.)
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Tubing sin anclar
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
Golpe de fluido
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento (cm ó pulg.)Golpe de bomba
Golpe de bomba
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Interferencia de gas
0
Carga ( kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
Válvula viajera ó barril y pistón dañados
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
Válvula fija dañada
0
Carga (kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
- Fricción de fluido
0
Carga ( kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Curso de Bombeo Mecánico
Pozo semisurgente o pesca de varillas
0
Carga ( kgs ó lbs)
Desplazamiento ( cm ó pulg.)
Inercia Fluído� Somero + Bomba grande
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Cartas de fondo
Curso de Bombeo Mecánico
Ejemplos de cartas dinamométricas y
contrapesados de unidades de bombeo
Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y bien contrapesado
Carta dinamométrica con diagrama de bomba lleno y mal contrapesado
Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y bien contrapesado
Carta dinamométrica con diagrama de bomba con golpe de fluido y mal contrapesado
Carta dinamométrica con diagrama de bomba con compresión de gas
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Comparativa de curvasde torque de
Unidades de Bombeo
Curso de Bombeo Mecánico
Ejemplo determinación AIB
AIB : ? ( M 640D-305-168”C 640D-305-168”
A 640D-305-168” ) GPM : 8
Carrera: MáximaBomba: 1.75”Sarta: API 76
Profundidad : 8500 pies (2590 m)Llenado completo
Tubing: 2 7/8”PIP : 250 psi
Mark II
Air Balanced
Convencional
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Características Técnicasde las unidades de bombeo
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MATERIALES
NODULAR : _ Rueda de engranajes.
FUNDICIÓN
GRIS : _ Tambor de freno._ Tapas de cajas de rodamientos._ Cajas de rodamientos ( Temple y revenido )_ Manivelas._ Contrapesos._ Carcazas._Tapas de inspección.
ACEROS : 41L45H LAMINADO: _ Piñones intermedio y de alta.( con agregado de Plomo ) _ Eje intermedio y de alta.
4145H LAMINADO: _ Eje de baja._ Perno de biela.
1020 LAMINADO: _ Eje de poste maestro._ Eje de travesaño igualador.
Acero estructural ASTM A36 _ Chapas
_ Angulos
_ Planchuelas
_ Hierro redondo
Perfiles Doble "T" ASTM A36 _ Base( Importados )
_ Viga Balancin
_ Poste Maestro
_ Travezaño Angular
ESTRUCTURAS
ENSAYOS :Dureza en aceros y ruedas.
Ultrasonido en ruedas, ejes y pernos.
Ensayo de compresión por probeta de colada.
Ensayo químico en fundición nodular.
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Caja Reductora
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VENTAJAS DEL ENGRANAJEDOBLE HELICOIDAL TIPO HERRINGBONE
- Homologación por AGMA – American Gear Manufacturing Association y especificación por API 11E
- Economía de espacio y menor peso por sus dimension es mas reducidas.
- Se contrarrestan las cargas axiales.
- Los rodamientos son simples, calculados para carga sradiales.
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- Menores dimensiones en las bancadas.
- Mayor capacidad de transmisión de carga.
- El diseño de geometría de diente, fabricado mediante el desarrollo de la envolvente, permite al proceso de fabricación absorver con discreta discrepancia las distancias entre centros, sin afectar la relación de engranaje.
Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)
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- Mayor cantidad de dientes en contacto por poder elegir en su diseño mayores ángulos de hélice
Simple 15º a 25º
Herringbone 20º a 45º
- En trenes de engranajes donde solo se requiere transmisión de velocidad es aceptado el uso de engranaje simple helicoidal; donde la solicitación de carga asume un rol importante es necesario doble helicoidal.
Engranaje doble Helicoidal Herringbone (continuación)
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MANTENIMIENTO
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MANTENIMIENTO PREVENTIVO
SEIS COMPONENTES CRITICOS:1. Caja reductora
2. Pernos de biela
3. Cojinetes de centro y de cola
4. Alineación del estrobo
5. Bulones
6. Alineación de la polea
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1. Caja Reductora
Curso de Bombeo Mecánico
Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatiga
Inspección de caja reductora
Curso de Bombeo Mecánico
Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructiva
Inspección de caja reductora
Pitting severo
Curso de Bombeo Mecánico
Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructivaDesgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivo
Inspección de caja reductora
Curso de Bombeo Mecánico
Verificación cada seis mesesRoturas: carga de choque, condiciones de sobrecarga y fatigaPicaduras: correctiva y destructivaDesgaste: lubricación inadecuada, desgaste abrasivoFluencia plástica (Deslizamiento)
Inspección de caja reductora
Curso de Bombeo Mecánico
Buen diseño de soportes
Soportes de bancada
Cojinetes Anti-friccionno soportan al ejeadecuadamente
Estres Natural
Carga
LUFKIN
Otras marcas
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2. Pernos de biela
Curso de Bombeo Mecánico
Perno de biela
- Proteger el alojamiento con grasa
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3. Cojinetes de centro y cola
CrankPins
Equalizer Bearing
CenterBearing
Curso de Bombeo Mecánico
Cojinete de cola - Convencional
Curso de Bombeo Mecánico
Cojinete de centro - Convencional
CrankPins
Cross Yoke Bearing
Samson PostBearing
Curso de Bombeo Mecánico
Cojinete de cola - Mark
Curso de Bombeo Mecánico
Cojinete de centro - Mark
Curso de Bombeo Mecánico
4. Alineación
Curso de Bombeo Mecánico
Fundación
Curso de Bombeo Mecánico
5. Bulones
Curso de Bombeo Mecánico
Uniones estructurales
Curso de Bombeo Mecánico
Uniones estructurales
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6. Polea
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Polea y correas
• Verificación de la ranura V en las poleas, roturas, desgaste
• Alineación• Correas rotas, desgastadas, agrietadas o
deshilachadas• Tensado, correas flojas, tensado excesivo,
correas nuevas
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Lubricación y engrase
Curso de Bombeo Mecánico
Aceite
• Alta calidad• Inhibidores de herrumbre y oxidación• Propiedades anti-espumantes• Viscosidad AGMA Nº 5• Aditivos: no pueden actuar como agentes
abrasivos• Nivel de aceite• Problemas: propiedades físicas, sedimentos,
agua• Análisis cada un año en laboratorio
Rodamientos
Bujes de bronce
Tapa intermedia
Sistema de lubricacion
Engranajes Herringbone
Lubricadores
Correcta lubricación
Curso de Bombeo Mecánico
Conductosde
lubricación
Lubricación
Curso de Bombeo Mecánico
Tapas de rodamientos
Curso de Bombeo Mecánico
Lubricación de cojinetes
estructurales
Curso de Bombeo Mecánico
Fallas en los cojinetes
Todos los cojinetes tienen una vidadeterminada
Fallan por:
• Falta de correcta lubricación
• Sobrecarga
• Desalineamiento
• Fin de la vida útil
Curso de Bombeo Mecánico
Puntos de lubricaciónTipo de
grasa y / o aceite
Frecuencia de
inspección
Frecuencia de engrase
Frecuencia cambio de
aceite
COJINETE CENTRALNLGI Nº 1
AGMA Nº 7 *Cada 6 meses
Cada 6 meses
COJINETE POSTERIORNLGI Nº 1
AGMA Nº 7 *Cada 6 meses
Cada 6 meses
COJINETE PERNO DE BIELA
NLGI Nº 1 AGMA Nº 7 *
Cada 6 meses
Cada 6 meses
CAJA REDUCTORA
AGMA Nº 5 EP
(ISO VG220) **
C/ 6 meses 1 año: análisis
De acuerdo a análisis
* Grasa de primera calidad a base de jabón de litio tipo NLGI Nº 1 con aditivo para alta presión y una viscosidad de aceite base equivalente a la Normal AGMA Nº 7 (414-506 cST A 40º C)
** Lubricante liviano de alta calidad apto para alta presión conforme a la normaAGMA Nº 5 EP (ISO VG220) (preferentemente tipo fosforoso sulfurado)con agentes antioxidantes y antiespumantes.
PLAN DE LUBRICACIÓN
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SEGURIDAD
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Sin energía
Instalación de la cabeza de mula
Paneles y cubrecorreas
Operaciones básicas
Seguridad
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Sin energia – Desenergización total
Aislar la fuente de energía
Curso de Bombeo Mecánico
Sin energia – Desenergizacion total
Aislar la fuente de energía
Control de energía potencialTraba de tambor de freno y cadena
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Cabeza de mula
Asegurar sucorrecta
instalación
Curso de Bombeo Mecánico
Colocar aro de seguridad
Curso de Bombeo Mecánico
Paneles y cubrecorreas
Asegurar su correctainstalación
NUNCADEJE LA UNIDAD DE
BOMBEO FUNCIONANDO O LISTA PARA
FUNCIONAR SIN TODOSLOS EMENTOS INSTALADOS
Curso de Bombeo Mecánico
Operaciones básicas
NuncaNuncaestacioneestacioneenfrenteenfrente
de la de la unidadunidad!!
Curso de Bombeo Mecánico
CONCLUSIONES PROGRAMA
MANTENIMIENTO
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MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Minimizar los Costos de la vida del AIBINSPECCION Y LUBRICACION REGULAR
RECOMENDANDO UN CRONOGRAMA SEMESTRAL
CORREGIR PROBLEMAS MENORES ANTES DE QUE SEAN GRANDE S PROBLEMAS
FRENOS, BULONES, JUNTAS, PERDIDAS, ETC.
PREVENIR FALLAS ( GENERAN COSTO ADICIONAL)
CARCAZAS, DAÑO ESTRUCTURAL, TIEMPO DE PARO, DAÑO COLATERAL
ESTAR ATENTOS DE COSTOS OCULTOS DE LOS DAÑOS CATASTROFICOS
MEDIO AMBIENTE, EQUIPO DE SUPERFICIE, EQUIPO DE FONDO
Curso de Bombeo Mecánico
REPORTEDE
INSPECCION
Curso de Bombeo Mecánico
REPORTE MANTENIMIENTO PREVENTIVO E INSPECCION Rodamientos & Retenes
COMPAÑIA : LUFKIN ARGENTINA S.A. B : Bueno R : Regular M : Malo (Reemplazar)
Area : Pozo : Neuquén - ArgentinaDESCRIPCION UNIDAD DE BOMBEO Y CAJA REDUCTORA MOTOR de ACCIONAMIENTO ContrabalanceoMarca : Tipo : Marca : Polea : Lado derecho : N º Serie de Caja Reductora : N º Serie : HP : Lado izquierdo : N º Serie de Estructura : RPM : Estado : Balanceo - Herramienta : Contrapeso :
ARTICULACIONES CAJA REDUCTORAARTICULACIONES de CENTRO : Polea Impulsora : Lado : Izq.: Der.:Retenes : Rodamientos : Rodamiento Alta : Intermedio : Baja :Grasa : Línea de Lubricación : Retenes Lado Derecho : Alta : Intermedio : Baja :
ARTICULACIONES de COLA : Retenes Lado Izquierdo : Alta : Intermedio : Baja :Retenes : Rodamientos : Juntas : Buena : Regular : Mala :Grasa : Línea de Lubricación : Nivel de Aceite : OK : Bajo : Alto : PERNO de BIELA - Derecho : Condición de Aceite : OK : Regular : Malo :Retenes : Rodamientos : Cinta de Freno : Cable de Freno : Traba seg :PERNO de BIELA - Izquierdo : Dentados Piñón Veloz :Retenes : Rodamientos : Conjunto Intermedio :
Eng. Baja Veloc. :CONDICIONES DE OTROS ITEMS
Alineación de la Unidad OK : Izquierda : Derecha : Escaleras OK : Reparar : Falta :Dist.B.Pozo : Hacia adelante : Hacia atrás : Canasto guarda hombre OK : Reparar : Falta :Luz Biela-manivela Izquierda : Derecha : Correas OK : Regular : Reemplazar :Nivelación OK : Bajo Der. : Bajo Izq. : Bulones Estructura OK : Falta :
Bajo hacia adelante : Bajo hacia atrás : Limpieza y Pintura de la Unidad OK : Reg. : Pintar :Carrera : GPM : Cáncamos OK: Falta : Cable de seg. : OK: Falta :Cubrecorreas OK : Reparar : Falta : Fundación : Condición :Cerco de Seguridad Frontal : Lateral : Posterior : Dist. Boca de Pozo a Base : Dist. entre dados :Switch de Vibración OK : Falta : Anclajes OK : Flojos : Cortados :Tanque de Aire Nivel de Aceite : Compresor Marca : Modelo :Articulación Tk. de Aire Correas : Motor :Retenes : Rodamientos : Nivel de Aceite :Grasa : Línea de Lubricación : Cónicos de Manivelas Derecha Max.: Int.: Mín.:Cabeza de mula Alineación : Traba : Aro : Izquierda Max.: Int.: Mín.:
Fecha : / / Inspeccionado por :................................................. Revisado por :....................................................