BOMBEO MECANICO

BOMBEO MECANICOMETODOS DE PRODUCCINUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICO QUIMICASESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS2014

Oscar Mauricio Martnez RodrguezCdigo 2070620Fernando Garca GmezCdigo 2093526

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2AGENDAINTRODUCCION

PRINCIPIO FISICO

MODELAMIENTO MATEMATICO

DISEO

ESPECIFICACIONES Y DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS

PRACTICAS OPERACIONALES

EVALUACIN FINANCIERA

PROBLEMAS Y SOLUCIONES

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3INTRODUCCIONEl bombeo mecnico convencional naci prcticamente a la par con la industria petrolera, cuando el Coronel Drake; perforo un pozo que era de su perteneca ubicado en Pennsylvania aproximadamente en 1859.

El bombeo mecnico es el sistema mas utilizado a nivel mundial, debido a su simplicidad y el rango de aplicacin a diferentes tipos de pozos petroleros, aunque presenta algunas limitaciones como la profundidad, caudales de gas y produccin de solidos.

Elbombeo mecnicoes un procedimiento de succin y transferencia casi continua delpetrleohasta la superficie.

Fuente, www.ecopetrol.com.co3

4PRINCIPIO FISICOFuente, Weatherford. Rod lift pump.

http://www.portaldelpetroleo.com/2009/06/bombeo-mecanico-diseno.html4

5MODELAMIENTO MATEMATICO

Ecuacin balance de fuerzas de la sartaW : peso sumergido de la sartaFx : Fuerza de tensin del elemento hacia arribaFx+Dx : Fuerza de tensin de empuje del elementoFd : Fuerza opuesta de amortiguamientoU : Desplazamientom : Masa

Ecuacin de onda, Gibbs

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6METODOLOGIA NORMA API RP-11L

Suposiciones:Geometra dada por la unidad convencional de bombeoLa bomba se asume completamente llena de liquido en cada ciclo.Unidad de bombeo perfectamente balanceada.Tubera de produccin anclada a la bomba.Varillas de acero.Poco deslizamiento del motor.Friccin de pozo normal.

Constante del resorte

MODELAMIENTO MATEMATICO6

7METODOLOGIA NORMA API RP-11L

MODELAMIENTO MATEMATICO7

8DISEOCARACTERSTICAS DEL POZO Presin del yacimiento .1200 psiPresin de fondo. 191 psiCaudal de produccin de petrleo.8 BPDCaudal de produccin de gas. 18 MscfDCaudal de produccin de agua. 0 BPDPresin de burbuja del yacimiento. 2078 psiGrados API del crudo.40Temperatura del yacimiento. 174 FViscosidad a presin de burbuja.O,423 CpBo a presin de burbuja. 1,401 Rb/StbGOR648 Scf/StbProfundidad del pozo. 5656 ftBloque. VZona productora. CFormacin. Mugrosa

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9DISEOSELECCIN DE POZO

Parmetros operacionalesRango normal Rango mximo Colorado 75Profundidad de operacin. 100-5000 TVD(ft)9000 TVD(ft)5656 ftVolumen de operacin. 5-1000 BPD2000 BPD 20 BPDTemperatura de operacin.100-350 F550 F174 FDesviacin del pozo.Poco0(vertical)Manejo de caudal de gas.Bueno 18 MscfdManejo de arenas.Malo -Gravedad del fluido.API mayor a 840 APIServicios de limpieza. Workover-Tipo de motor.Gas o elctricoElctricoAplicacin.Limitada en costa afuera Continental Eficiencia del sistema. 40% al 60%-9

10IPRPwf(psi)Qo(BPD)1200,000,001100,004,091000,007,37900,0010,28800,0012,80700,0014,95600,0016,72500,0018,11400,0019,11300,0019,74200,0020,00100,0020,180,0020,30Mtodo de sukarno10

11DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L Nivel de Fluido (H)1613 ftProfundidad de la bomba (L)4521 ftVelocidad de bombeo(N)8 SPMLongitud de stroke (S)23 inDimetro del pistn (D)1,25 inGravedad del fluido (G)0,825Fc1,104Er1,127E-6 in/Lb-ftEt5 E-7 in/Lb-ftmr1,321 Lb/ftPARMETROS DEL POZO COL-7511

12DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L CLCULO DE LAS VARIABLES ADIMENSIONALES1.Carga diferencial del fluido sobre el rea total del embolo. 2. Constante elstica para el total de la sarta de varillas.

3. Carga necesaria para alargar el total de la sarta de varillas.

4. Relacin del alargamiento de las varillas a la carrera de la varilla pulida.

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13DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L

CLCULO DE LAS VARIABLES ADIMENSIONALES

5. Relacin de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas de un solo dimetro. 6. Relacin de la velocidad de bombeo a la frecuencia natural de la sarta de varillas combinadas.7. Constante elstica para la tubera de produccin no anclada.13

14DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L Por medio del siguiente grafico obtenemos el valor para el factor de la carrera del mbolo, teniendo en cuenta N/No y Fo/SKr.

Sp/S = 0,57Fuente: Juan Adolfo Raga Martnez tesis Manual de seleccin de bombeo mecnico del activo de produccin Poza rica regin norte.

Sp/S0,57Sp13,11 inPD19,11 BPD14

15DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L Fuente: Juan Adolfo Raga Martnez tesis Manual de seleccin de bombeo mecnico del activo de produccin Poza rica regin norte. F1/SKr0,24F2/SKr0,0562T/S2Kr0,17F3/SKr0,172Ta1,671. Peso de la varilla en el aire. CLCULOS DE LOS PARMETROS ADIMENSIONALES

2. Peso de la varilla con fluidos.

3. Clculo de la torsin.

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16DISEODISEO DE LAS UNIDADES DE BOMBEO MECNICO MTODO API RP-11L RESULTADOSFo2192 Lbs1/Kr5,095E-3 in/LbsSKr4510 LbsFo/SKr0,48N/No0,14N/No0,131/Kt2,26E-3 in/LbsSp/S0,57Sp13,11 inPD19,11 BPDWr5973 LbsWrf5348 LbsWrf/SKr1,186F1/SKr0,57F2/SKr0,0672T/S2Kr0,312F3/SKr0,275Ta1,165PPRL7918,7 LbsMPRL5045,83 LbsPT18852 Lbs-inPRHP0,577 hpCBE6830,6 LbsCLCULO DE LAS CARACTERSTICAS DE OPERACIN1. Carga mxima en la varilla pulida.

2. Carga mnima en la varilla pulida.

3. Torsin mxima

4. Potencia en la varilla pulida

5. Contrabalanceo

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17DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTO QRODFuente: Juan Adolfo Raga Martnez tesis Manual de seleccin de bombeo mecnico del activo de produccin Poza rica regin norte.

C-18D-79-2317

18DISEO

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19DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOSeleccionamos un modelo del catalogo Lufkin. El cual se ajustara a nuestras necesidades, segnsean su capacidad operacional.

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20DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOSeleccin del motorSeleccionando el manual de motores elctricos SIEMENS nema, estos motores trifsicos, poseen altos troque y deslizamientos, los cuales se necesitan en el balancn y el sistema de bombeo mecnico.

Fuente: http://www.continenteferretero.com

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21DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTODimetro del pistn

Caudal al 80% de eficiencia de la bomba = 15 BPDFuente: Juan Adolfo Raga Martnez tesis Manual de seleccin de bombeo mecnico del activo de produccin Poza rica regin norte. 21

22DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOLongitud del pistn

Fuente: Juan Adolfo Raga Martnez tesis Manual de seleccin de bombeo mecnico del activo de produccin Poza rica regin norte. 22

23DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOSeleccin de bomba.

La seleccin de la bomba se hace teniendo encuenta los siguientes parmetros del diseo:longitud de pistn y carrera. As comoalgunas propiedades del pozo.

25-125-RHBC-11-323

24DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOTeniendo en cuenta el estado mecnico del pozo y la bomba seleccionada, seleccionaremos el tipo de varilla adecuada. Tamao de varillaNumero de varilla1 1/4-1 1/8-1-7/8-3/41815/4-1/2-Varilla (API)GradoBaja cargas en pozos no corrosivosCBajas y medianas cargas en pozos corrosivosKCargas moderadas en pozos no corrosivosDSeleccin de varillas24

25DISEODISEO DEL SISTEMA DE LEVANTAMIENTOSeleccin del ancla de gasHaciendo uso de la herramienta gas separator calculator de la empresa echometer, seleccionaremos el tipo de ancla de gas. Mxima produccin del liquido20 BPD Mxima produccin del gas18 Mscf/diaPresin a la entrada de la bomba144,2 psiTamao del tubing2,875 inTamao del casing5,5 in

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26DISEOANLISIS NODAL Gravedad especifica del gas0,112Densidad del gas 51,48 lb/ft3Densidad del aceite4,248 lb/ft3Bo1,401 resbl/STBBg0,002244 resft3/ScftT174 FPr1200 psiTeniendo los datos de operacin podemos calcular las perdidas en fondo de pozo y lnea de superficie, a travs del mtodo de Azis podemos calcular la perdidas de presin en fondo de pozo y para la perdidas en superficie lo haremos por el mtodo de beggs. Dimetro de la tubera de fondo0,201 ftLongitud de la tubera de fondo5630 ftDimetro de la tubera de superficie0,167 ftLongitud de la tubera de superficie6234 ftGOR648 Scft/StbViscosidad del aceite 0,423 CpViscosidad del gas0,012 CpTensin superficial del aceite 3,2 Dynas/cmGravedad especifica del aceite 0,82526

27DISEOANLISIS NODAL

Qo (BPD)Qg(scft/d)Vsl(ft/s)Vsg(ft/s)NxNydPtbg(psi)18,488548,170,0443,0321,980,091172,7419,388963,810,0463,1823,050,095186,2119,969233,430,0473,2723,740,098194,9320,209343,040,0483,3124,020,100198,43

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28DISEOANLISIS NODAL

Qo (BPD)Qg(scft/d)ql(ft3/s)qg(ft3/s)lambdaVm(ft/s)NfrdPlf(psi)11,735425,380,00090,0620,0142,911,5753,2313,896425,110,00110,0740,0143,442,2182,0915,747278,820,00120,0830,0143,912,8493,62

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29DISEOANLISIS NODAL DE FONDO DE POZO INFLOW:

OUTFLOW:

Perdidas en el medio poroso en psi.Perdidas en la tubera de produccin en psi.Perdidas por el choke en psi. Perdidas en la lnea de superficie en psi.fo es la carga del fluido en Lb.Ap es la seccin transversal del pistn en pulgadas cuadradas.

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30DISEOANLISIS NODAL DE FONDO DE POZO Solucionando la ecuaciones anteriores obtendremos los siguientes resultados.

InflowPwf (psi)Qo (Stb/day)1200,000,001100,003,351000,006,46900,009,25800,0011,73700,0013,89600,0015,74500,0017,27400,0018,48300,0019,38200,0019,96100,0020,200,0020,21OutflowQwf (BPD)Psep(psi)dplf(psi)Pwh(psi)dPchoke(psi)dptbg(psi)Fo/Ap(psi)Pwf(psi)11,7320,0053,23146,460,4271,18230,4112,3613,8920,0082,09204,190,50103,84230,4178,1115,7420,0093,62227,240,56131,62230,41129,0117,2720,00107,91255,820,62154,55230,41180,5718,4820,00119,65279,300,66172,75230,41222,2919,3820,00127,73295,460,69186,21230,41251,9519,9620,00131,69303,380,71194,93230,41268,6120,2020,00131,03302,060,72198,43230,41270,8030

31DISEOANLISIS NODAL DE FONDO DE POZO 31

32DISEOANLISIS NODAL EN CABEZA DE POZO INFLOW:

OUTFLOW:Perdidas en el medio poroso en psi.Perdidas en la tubera de produccin en psi.Perdidas por el choke en psi. Perdidas en la lnea de superficie en psi.fo es la carga del fluido en Lb.Ap es la seccin transversal del pistn en pulgadas cuadradas.

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33DISEOANLISIS NODAL EN CABEZA DE POZO InflowQo(BPD)Pwf(psi)dPtbg(psi)Fo/Ap(psi)Pwh(psi)11,73800,0071,18230,41498,4113,89700,00103,84230,41365,7515,74600,00131,62230,41237,9717,27500,00154,55230,41115,0318,48400,00172,75230,41-3,16OutflowQo(BPD)Psep(psi)dPck(psi)dPlf(psi)Pwh(psi)11,73200,4253,2373,6513,89200,5082,09102,5915,74200,5693,62114,1817,27200,62107,91128,5218,48200,66119,65140,31Solucionando la ecuaciones anteriores obtendremos los siguientes resultados.

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34DISEOANLISIS NODAL EN CABEZA DE POZO 34

35DISEOANLISIS NODAL DEL SEPARADOR INFLOW:

OUTFLOW: Psep = 20 psi Perdidas en el medio poroso en psi.Perdidas en la tubera de produccin en psi.Perdidas por el choke en psi. Perdidas en la lnea de superficie en psi.fo es la carga del fluido en Lb.Ap es la seccin transversal del pistn en pulgadas cuadradas.

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36DISEOANLISIS NODAL DEL SEPARADOR Solucionando la ecuaciones anteriores obtendremos los siguientes resultados.

InflowQo(Stb/day)Pwf(psi)dPtbg(psi)Pwh(psi)dPlf(psi)dPchoke(psi)Fo/Ap(psi)Psep(psi)11,73800,0071,18657,6553,230,42230,41373,5913,89700,00103,84492,3382,090,50230,41179,3215,74600,00131,62336,7693,620,56230,4112,17OutflowPsep(psi)20202036

37DISEOANLISIS NODAL DEL SEPARADOR 3738

PRACTICAS OPERACIONALES

MONTAJE DE UNIDAD DE BOMBEO MECNICO CONVECIONAL:

Cimientos.Ubicar y alinear la base.Instalacin y alineacin de la caja reductora de velocidad.Instalacin de contrapesos.Ensamble del poste samson.Instalacin poste samson a la base.Instalacin de la escalera.Instalacin de los brazos pitman al ecualizador.Instalacin de la viga viajera al ecualizador.Instalacin y alineacin del cojinete central al balancn.Instalacin del ensamble del balancn a la estructura.Instalacin wireline al cabeza de caballo.Instalacin de cabeza de caballo al balancn.Instalacin protector de correa.Instalacin de paneles y guardas de manivela.Conexin a la barra pulida.FUENTE. Seminario bombeo mecnico 2013 UIS Autores:Bottet, J.;Ortiz, J. ;Roa, O.38

39EVALUACIN FINANCIERAPRODUCCION COL-75 2012MesQo(STB/Mes)Enero178,00Febrero226,97Marzo212,75Abril 174,92Mayo237,99Junio 269,40Julio258,56Agosto243,59Septiembre260,05Octubre281,28Noviembre168,87Diciembre144,813FUENTE: Datos de produccin campo escuela coloradoFUENTE: Autores.39

40ANALISIS FINANCIERO

4041

ANALISIS FINANCIERO

CAPEX & OPEX BOMBEO MECNICO42

PERIODOQo(Bbl/mes)INVERSIN (US$/MES)LIFTING COST (US$/MES)VENTAS NETAS(US$/MES)RENTABILIDAD (US$/MES)Inicio0$ 155000,00$ 0,00$ 0,00-$ 155000,001-Mes480$ 0,00$ 7308,00$ 28800,00$ 21492,002-Mes463,78$ 0,00$ 7064,67$ 27826,68$ 20762,013-Mes448,10$ 0,00$ 6829,57$ 26886,26$ 20056,704-Mes432,96$ 0,00$ 6602,40$ 25977,62$ 19375,215-Mes418,33$ 0,00$ 6382,92$ 25099,69$ 18716,776-Mes404,19$ 0,00$ 6170,86$ 24251,43$ 18080,577-Mes390,53$ 0,00$ 5965,96$ 23431,83$ 17465,878-Mes377,33$ 0,00$ 5767,98$ 22639,94$ 16871,959-Mes364,58$ 0,00$ 5576,70$ 21874,80$ 16298,1010-Mes352,26$ 0,00$ 5391,88$ 21135,53$ 15743,6511-Mes340,35$ 0,00$ 5213,31$ 20421,24$ 15207,9312-Mes328,85$ 0,00$ 5040,77$ 19731,09$ 14690,31Rentabilidad$ 59761,07ANALISIS FINANCIERO43

ANALISIS FINANCIERO44

INDICADORES ECONMICOSTiempo de evaluacin 1 aoTIO(tasa de oportunidad)12%

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PROBLEMAS Y SOLUCIONESProblemaCausaSolucinBomba superficial deformada.Se origina por agentes corrosivos o por abrasin que provoca el roce del mbolo con el cilindro.Inyeccin de inhibidores de corrosin.Implementacin de un equipo extra para evitar la entrada de sedimentos.Sarta de varillas rotas.Se detecta con una carta dinagrfica.Recuperar la sarta de varillas y luego cambiar la sarta con el equipo RTPTubera de produccin rota.El motor fuerza su carrera ascendiente sin que haya produccin.Cambiar la tubera con la intervencin del equipo RTP.46

ProblemaCausaSolucinProblemas en el motor.Prdida de fase en las lneas de energa que alimentan el motor.Cambiar el motor para evitar que se funda.Unidad de bombeo desbalanceada.Se percibe con el sonido de la unidad o en la velocidad de la manivela.Estabilizar el equipo para mejorar la eficiencia.Fugas en los empaques.La varilla pulida queda sin lubricacin y en movimiento.Cambiar los empaques para evitar fugas.PROBLEMAS Y SOLUCIONES47

ProblemaCausaSolucinFuga en las vlvulas Asentamiento inadecuado de la vlvula por desgaste del mbolo.Extraccin de la bomba para reponer las piezas daadas.Interferencia de gas.Presencia de gas junto con el hidrocarburo.Provoca decremento en la carrera del mbolo.Separar en gas antes de que entre a la bomba.Golpe de fluidoLa vlvula viajera entre en contacto con el liquido en el barril.Golpe hidrulico muy fuerte.Suficiente incremento de presin se sobrepone a la carga hidrosttica sobre la vlvula viajera,Aumentar la profundidad de la bomba hasta obtener una buena sumergencia.PROBLEMAS Y SOLUCIONES48

BIBLIOGRAFAMANUAL DE SELECCIN DEL BOMBEO MECNICO DEL ACTIVO DE PRODUCCIN POZO RICA SECCIN NORTE, TESIS JUAN A. RAGA.

BOMBEO MECNICO, OPTIMIZACIN DIAGNOSTICO Y OPERACIN. ING. OSCAR PARTIDAS.

DETERMINACIN DEL UMBRAL DE CRISTALIZACIN DE LAS PARAFINAS EN EL CRUDO DEL CAMPO COLORADO. ING. EMILIANO ARIZA.

SOFWARE ECHOMETER Q 3.0 DISPONIBLE EN LA WEB.

ANLISIS NODAL Y FLUJO MULTIFSICO, RICARDO MAGGIOLO, VENEZUELA 2005.

OIL FIELD PRODUCT GROUP, CATALOGO LUFKIN 2006-2007. Hoja1Qa16STB/D480STB/mesQg18MSCF/DQant8STB/D240STB/mesQw0.02BBL/Db0.01719MENSUALPRODUCCION COL-75 2012ba0.034380MesQo(STB/Mes)1Enero178.002Febrero226.97Tiempo(mes)Produccin (STB/mes)3Marzo212.7514804Abril 174.922463.785Mayo237.993448.106Junio 269.404432.96PERIODOQo(Bbl/mes)INVERSIN (US$/MES)LIFTING COST (US$/MES)VENTAS NETAS(US$/MES)RENTABILIDAD (US$/MES)7Julio258.565418.33COSTO DEL SISTEMA (US$)COSTOS OPERACIONALESACUMULADO8Agosto243.596404.19TUBERIAS$ 60000.00LIFTING COST CRUDO (US$/BBL)$ 15.000Inicio0$ 155000.00$ 0.00$ 0.00-$ 155000.00-$ 155000.00Tiempo de evaluacin 1 ao9Septiembre260.057390.53EQUIPOS$ 50000.00LIFTING COST GAS (US$/MSCF)$ 0.2011-Mes480$ 0.00$ 7308.00$ 28800.00$ 21492.00-$ 133508.00TIO(tasa de oportunidad)12%10Octubre281.288377.33COSTO DE INSTALACION(US$)LIFTING COST AGUA(US$/BBL)$ 0.6022-Mes463.78$ 0.00$ 7064.67$ 27826.68$ 20762.01-$ 112745.99$ 155000.0011Noviembre168.879364.58OBRAS CIVILES$ 25000.00PRECIO DEL PETRLEO Y REGALAS33-Mes448.10$ 0.00$ 6829.57$ 26886.26$ 20056.70-$ 92689.29Valor presente neto (VPN)$ 36750.9612Diciembre144.8134.827110352.26TRABAJO WORKOVER$ 20000.00PRECIO VENTA BARRIL (US$/BBL)$ 75.0044-Mes432.96$ 0.00$ 6602.40$ 25977.62$ 19375.21-$ 73314.08PAY BACK8 meses221.43297.381096666711340.35INVERSIN NETA$ 155000.00REGALAS20%55-Mes418.33$ 0.00$ 6382.92$ 25099.69$ 18716.77-$ 54597.31Tasa interna de retorno (TIR)38.55%12328.8566-Mes404.19$ 0.00$ 6170.86$ 24251.43$ 18080.57-$ 36516.74Relacin Beneficio/Costo$ 1.3977-Mes390.53$ 0.00$ 5965.96$ 23431.83$ 17465.87-$ 19050.87Retorno de inversin (ROI)39%619.800788-Mes377.33$ 0.00$ 5767.98$ 22639.94$ 16871.95-$ 2178.92794.579399-Mes364.58$ 0.00$ 5576.70$ 21874.80$ 16298.10$ 14119.18ROI0.39727.80091010-Mes352.26$ 0.00$ 5391.88$ 21135.53$ 15743.65$ 29862.83619.56671111-Mes340.35$ 0.00$ 5213.31$ 20421.24$ 15207.93$ 45070.76475.21531212-Mes328.85$ 0.00$ 5040.77$ 19731.09$ 14690.31$ 59761.07831.4669Rentabilidad$ 59761.07775.1894EGRESOSIngresos$ 214761.07731.1556Inicio-$ 155000.00$ 0.00728.1871-Mes-$ 7308.00$ 28800.00756.91972-Mes-$ 7064.67$ 27826.68655.94353-Mes-$ 6829.57$ 26886.26589.09924-Mes-$ 6602.40$ 25977.625-Mes-$ 6382.92$ 25099.696-Mes-$ 6170.86$ 24251.437-Mes-$ 5965.96$ 23431.838-Mes-$ 5767.98$ 22639.949-Mes-$ 5576.70$ 21874.8010-Mes-$ 5391.88$ 21135.5311-Mes-$ 5213.31$ 20421.2412-Mes-$ 5040.77$ 19731.09