¿Cómo determinar los tiempos entre servicios técnicos de mantenimiento preventivo a los pozos, para evitar o prevenir la aparición de desgastes acelerados en los diferentes elementos constructivos de las bombas centrífugas? Para responder a esta pregunta se hace necesario establecer un sistema de Mantenimiento Preventivo por estado de condición de los pozos profundos del estado de Cojedes, que permita establecer cuándo realizar la limpieza general del pozo y evite el desgaste acelerado de los diferentes elementos constructivos de las bombas centrifugas.
En un análisis de fiabilidad, la selección de un intervalo de tiempo entre dos servicios técnicos (Ts) a efectuar a un pozo (limpieza y restablecimiento de algunos parámetros estructurales) se calcula teniendo en cuenta determinadas condiciones climáticas y de operación. Al cambiar dichas condiciones no es válido el Ts preestablecido, provocando que el pozo se opere en condiciones técnicas que afectan el estado técnico del sistema de bombeo, por lo que los trabajos preventivos cíclicos en muchas ocasiones no son económicamente efectivos.
Para disponer de un efectivo sistema de mantenimiento del pozo y que a su vez su estado técnico no afecte al sistema de bombeo, es necesario controlar algunos parámetros funcionales de forma sistemática. Para lograr lo anterior se ha desarrollado una rama de la Ciencia que se dedica al estudio y determinación del estado técnico de cada artículo en explotación con un enfoque individual para restablecer sus requisitos de funcionamiento, que se ha denominado Diagnóstico Técnico.
La base del Diagnóstico Técnico consiste en saber medir (de forma continua o discreta) los parámetros (directos o indirectos) que caracterizan el estado técnico del artículo; parámetros que permiten establecer el estado real de un artículo en particular y determinar su posible tiempo de explotación, hasta el momento en que alcance su estado límite.
Durante la explotación de los pozos ocurren diferentes procesos que reflejan la calidad funcional del mismo y pueden ser parámetros generales o particulares. Los parámetros de procesos de salida pueden ser medidos mientras se opera el pozo y ser utilizados para evaluar su estado técnico, a dichos parámetros se les denomina síntomas o señales de diagnóstico.
En el Diagnóstico Técnico una cuestión básica es determinar los valores límites de los síntomas de diagnóstico. En la actualidad, la evaluación del estado técnico de un sistema cualquiera se realiza dándole seguimiento y analizando los diferentes valores de las variables globales que cuantifican los síntomas de diagnóstico. Dichas evaluaciones habitualmente se pueden realizar por tres métodos:
- Estado comparativo de los valores de las variables con respecto a los niveles de aviso o alarma y disparo que se hayan establecido, según recomendaciones del fabricante, normas conocidas y estudiadas que se ajustan a las condiciones de operación del sistema evaluado o según normas propias establecidas para cada uno de los sistema a partir de sus condiciones particulares de explotación [EASA 1994].
- A través del ratio de crecimiento del valor de la variable [ISO 2372-1974 (E)].
- Por el Método de Rapidez de Cambio del valor de la variable [Batista, 2005].
A partir de la problemática existente en la explotación de los pozos del Estado de Cojedes, que provoca la ocurrencia de fallos funcionales prematuros en las bombas, acarreando altos costos para su reparación o cambio, y conociendo de la existencia de procedimientos para establecer un sistema de Mantenimiento por estado de condición, se ha desarrollado el trabajo que a continuación se expone.
Desarrollo
La tarea de investigación consiste: en poder establecer cual es el límite de concentración de sólidos disueltos en el agua del pozo que provocan el desgaste acelerado de los elementos de máquinas de las bombas y al darle un seguimiento a dicha variable poder determinar cuál es el momento oportuno en que se debe acometer el mantenimiento del pozo, minimizando los gastos por mantenimiento del sistema de bombeo.
Antes de proceder a diseñar y establecer el procedimiento se realizaron un grupo de tareas concernientes a conocer y profundizar respecto a:
- Sistemas de bombeos
- Tipos de acuíferos y sus características.
- Perforación de pozos profundos para fines de riego. Sus características, funcionamiento y mantenimiento.
- Bombas centrifugas para pozos profundos con sus características y funcionamiento, según la figura 2
- Metodologías para evaluar la concentración de sólidos disueltos en el interior de los pozos.
- Técnicas de Mantenimiento Predictivo posibles de aplicar.
Realizado el estudio anterior se procedió a diseñar y establecer un procedimiento que permita resolver la tarea propuesta.
Fig. 2. Análisis conjunto del sistema de bombeo
Procedimiento para establecer un Sistema de Mantenimiento Preventivo por condición que minimice los costos de mantenimiento conjunto del sistema de bombeo.
La recolección de las muestras se hará teniendo en cuenta los requisitos necesarios de la misma para ser procesada en laboratorio y poder determinar la cantidad de sólidos por unidad de agua (g/Lts). La periodicidad de la toma de la muestra se hará en correspondencia con la Rapidez de Cambio del valor de la concentración y del cambio de factores climatológicos que puedan afectar los parámetros funcionales del pozo, es decir:
- Se recolecta una muestra inicial y se determina la concentración media (C1), al término de un pequeño período (1 mes) se toma la siguiente muestra y se calcula C2.
- Se calcula la Rapidez de Cambio del Valor de la Concentración (RCVC) por la ecuación (1). Si RCVC ú 0 el período para la toma de la siguiente muestra se puede alargar (t > 1 mes). En caso contrario, si el RCVC es pequeño se mantendrá el período de muestreo, si el RCVC es grande debe disminuirse el período de muestreo (t < 1 mes).
Las muestras a tomar en cada período se realizarán a tiempo fijo después del arranque de la bomba, es decir, 30 minutos, para con ello lograr que exista una buena disolución de los sólidos depositados en el pozo en el agua extraída.
La expresión para el cálculo de la Rapidez de Cambio del Valor de la Concentración será:
(1)
Donde:
C1- Concentración de sólidos en el agua del pozo en el instante de tiempo t1
C2- Concentración de sólidos en el agua del pozo en el instante de tiempo t2
2. Establecer el valor de Caudal Mínimo (Qm) en el que se considera que comienza el desgaste acelerado de los elementos de máquina que provocan su disminución, manteniendo constante la altura de bombeo (h) y la potencia suministrada en el rotor de la bomba (Tw).
Para establecer el valor del Caudal Mínimo (Qm) en que comienza el desgaste acelerado de los de los elementos de máquinas es necesario consultar a los diseñadores y fabricantes de bombas que establecen los requisitos de funcionamiento. Si no es posible encontrar dichos valores, los mismos deben ser estimados a partir de estudios anteriores realizados o establecerlos a través de consulta de expertos.
3. Realizar el muestreo del Caudal (Q) que suministra la bomba en el mismo período que se toman los valores de concentración de los sólidos en el agua (C).
Estas muestras son de extrema importancia para establecer la correlación existente entre el Caudal que suministra la bomba y la concentración de sólidos en el agua en un período dado de tiempo. Se considera que la pérdida de caudal está dada por el desgaste excesivo de los elementos de máquinas, como pueden ser el impulsor, la voluta u otros.
4. Determinar la función o modelo de dependencia del Caudal (Q) de la bomba respecto a la Concentración de sólidos en el agua del pozo (C).
Se propone determinar dicha función a través del ajuste de curvas, utilizando el método de los mínimos cuadrados y como criterio del mejor ajuste el coeficiente de determinación R2.
- Construcción de un diagrama (C-Q) de coordenadas cartesianas en el cual se represente la función de dependencia del caudal de la bomba respecto a la concentración de sólidos en el agua.
Para la construcción del gráfico se colocarán por el eje de las X las posibles concentraciones de sólidos y por el eje de las Y el caudal que debe suministrar la bomba. Además, se representará la función continua a través de la cual se podrá determinar el caudal que debe suministrar la bomba, conocido C y se representará el valor del Caudal Mínimo establecido como se muestra en la Figura 3.
- Uso del gráfico: Concentración de sólidos en agua del pozo visita Caudal suministrado por la bomba en los adelante denominado diagrama C-Q
Conocido el diagrama C-Q, el operador del sistema de bombeo recolectará la muestra de sólidos en el agua del pozo (según el punto 1) y determinará la concentración C, entrará dicho valor en el eje de las abcisas X y determinará el Caudal (Q), el cual será comparado con el valor mínimo establecido (Qm). Si el valor de Q es mucho mayor que Qm, el próximo muestreo de concentración de sólidos se realizará a mayores intervalos de tiempo. A medida que Q se vaya acercando a la Qm, el muestreo se realizará con menores intervalos de tiempo para poder estimar correctamente cuándo es el momento adecuado para proceder a realizar el mantenimiento al pozo (limpieza y otras tareas)
Fig. 3. Diagrama C-Q
Conclusiones
Calcular y disponer del diagrama C-Q es una herramienta de trabajo para el usuario de sistemas de bombeo de pozos profundos que le permite establecer de forma razonable cuál es el mejor momento para acometer las tareas de mantenimiento del pozo para con ello evitar el desgaste acelerado de los elementos de máquinas de las bombas y de esa forma minimizar los gastos de operación y mantenimiento del sistema conjunto pozo – bomba.
Recomendaciones
Se recomienda utilizar el procedimiento propuesto para construir los diagramas C-Q para diferentes pozos y ser utilizados por los agricultores, para con ello poder minimizar los gastos de operación y mantenimiento del sistema conjunto pozo- bomba.
Bibliografía
1. Álvarez M. et alter [2004] Matemática Numérica. Álvarez Blanco M. Guerra Hernández A. Lau Fernández R. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba. 296 pp.
2. Anilovich B. R. [1974]. Fiabilidad de la explotación de las máquinas agrícolas. Editora Cosecha. Minsk. 255 pp.
3. Batista Rodríguez Carlos [2005]. Diagnóstico Técnico de máquinas rotatorias. Monografía. Holguín, Cuba. 102 pp.
4. Creus Solé Antonio [1991]. Seguridad y Fiabilidad de procesos industriales. MARCOMBO S.A. Barcelona, España. 123 pp.
5. EASA [1994]. Manual de Mantenimiento Predictivo en grupos hidroeléctricos. Programa de investigación electrotécnica. Proyecto PIE No. 121.046. 151 pp.
Autor:
Reny Morales
Universidad Nacional Experimental de los Llanos Occidentales Ezequiel Zamora (UNELLEZ), San Carlos Cojedes, República Bolivariana de Venezuela.
Carlos Batista Rodríguez
Universidad de Holguín, Avenida XX Aniversario s/n, Rpto. Piedra Blanca, Holguín, Cuba.
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