Puesta en marcha de una unidad de bombeo con motor lineal: sustituir el reductor y la manivela del balancín

La unidad de bombeo de balancín —esa cabeza de caballo que cabecea en todos los campos petroleros— convierte el movimiento rotativo en la carrera ascendente y descendente de una bomba de fondo. Un motor gira, un reductor baja la velocidad y un mecanismo de manivela y biela transforma la rotación en movimiento vertical de la cabeza. La cabeza iza y baja una varilla pulida y un tren de varillas, que a su vez acciona el émbolo de la bomba de fondo y eleva el crudo a la superficie. El movimiento es fiable y el mecanismo tiene décadas.

Sus debilidades son igualmente conocidas. Cada conversión de energía a través del reductor y de la biela cuesta algo, y el mecanismo está construido para el pozo más pesado del campo, de modo que un pozo que produce menos hace trabajar una máquina grande a carga parcial: el clásico castigo de máquina grande para carga pequeña. La eficiencia global típica de una unidad de balancín se cita en torno al 25 %. Hay una segunda pérdida menos evidente: en la carrera descendente la unidad arrastra al motor, que por tanto genera, y esa energía debe absorberla una resistencia de frenado donde se convierte en calor.

Un motor lineal cambia la arquitectura. Produce movimiento lineal directamente a partir de energía eléctrica, de modo que el reductor, la manivela y la biela desaparecen. La bomba de fondo se acciona directamente, las pérdidas de transmisión se van con la transmisión, y como el variador puede modular la potencia del motor según la carga real, el castigo de la carga parcial se aborda por control y no por dimensionado mecánico. Reconociendo la afirmación del propio fabricante, se indica que el sistema de motor lineal supera el 30 % de eficiencia donde la unidad de balancín se sitúa en torno al 25 %. Y como la energía no pasa por un ciclo de manivela, el problema de la regeneración desaparece en lugar de tener que disiparse.

El variador elegido para el motor lineal de 37 kW fue un YDS8045 T4 N. Dos condiciones de puesta en marcha marcaron el trabajo. La primera fue el cable: en esta instalación el variador y el motor están a 1500 m de distancia, muy por encima de la longitud a partir de la cual los pulsos de conmutación del variador empiezan a someter a esfuerzo el aislamiento del motor y a irradiar interferencias. Se requirió una reactancia de salida entre variador y motor, y los parámetros se ajustaron en consecuencia. La segunda fue la secuencia: primero se hizo funcionar el variador con la lógica automática y sin carga para confirmar que la secuencia de control se comportaba correctamente, y después con carga, donde la bomba alcanzó la presión que el cliente necesitaba.

Los oscilogramas de posición, velocidad y corriente registrados en la prueba con carga confirman que el variador controla el motor lineal según lo previsto. El plan del fabricante es probar en fábrica y después entregar unidades en pequeños lotes a usuarios finales de grandes campos petroleros, donde sensores de presión y caudal alimentarían al variador para que la potencia del motor y el perfil de movimiento se adapten pozo a pozo. Esa es la dirección que toma esta aplicación: no solo un motor distinto, sino la optimización por pozo de una máquina que antes funcionaba con un único ritmo mecánico fijo.