Introducción a los estoperos para bombas centrifugas

El estopero es una de las partes más importantes de una bomba centrífuga. Aun pequeños defectos en su arreglo o condición pueden evitar la operación correcta de la bomba. Los estoperos tienen la función principal de proteger la bomba contra escurrimiento en el punto en el que la flecha atraviesa la cubierta de la bomba centrifuga. Sin embargo, esta función varía tanto en sí misma como en la forma en que se ejecuta. Por ejemplo, si la bomba maneja una elevación de succión y si la presión en el interior del estopero es inferior a la atmosférica, la función del estopero será evitar que entre aire a la bomba. Si esta presión es superior a la atmosférica, la función es evitar el escurrimiento de líquido fuera de la bomba.
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Prensaestopas de estopero para bombas centrifugas

Los prensaestopas de estopero pueden tener varias formas, pero básicamente se puede clasificar en dos formas:

1. Prensaestopas sólidos
2. Prensaestopas divididos.

Los prensaestopas divididos están hechos en mitades de modo que se pueden sacar de la flecha sin desmantelar la bomba centrifuga, dejando así más espacio libre cuando se están reempacando los estoperos. Los prensaestopas divididos son convenientes para bombas que se tienen que reempacar con frecuencia, especialmente si el espacio entre la caja y el cojinetete es restringido. Las dos mitades se mantienen juntas generalmente con tornillos, aunque también se usan otros métodos. Los prensaestopas divididos son, por lo general, un refinamiento de construcción más que una necesidad y raras veces se usan en bombas pequeñas. Generalmente se suministran para bombas centrifugas grandes de un sólo paso, para algunas bombas de varios pasos y para bombas centrifugas de refinería. Otro refinamiento común es el uso de tornillos de gozne en los prensaestopas de los estoperos. Estos tornillos pueden girarse a un lado, fuera del campo, cuando el estopero se está reempacando.

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Jaula de sellos para bombas centrifugas

Cuando una bomba opera con altura de succión negativa, el extremo interior del estopero está sujeto al vacío y el aire tiende a meterse dentro de la bomba centrifuga. Para este tipo de servicio, la empaquetadura generalmente está dividida en dos secciones por un farol o jaula de sello hidráulico. Se introduce a presión agua o algún otro líquido de sello en el espacio, originando flujo del líquido obturador en ambas direcciones axiales. Esta construcción es útil para bombas centrifugas que manejan líquidos inflamables o químicamente activos y peligrosos ya que evita el flujo hacia el exterior del líquido bombeado. Las jaulas de sello, por lo general, están divididas axialmente para facilitar su ensamble.

Algunas instalaciones están sujetas a condiciones de succión variables, operando la bomba una parte del tiempo con carga en la succión y otra parte del tiempo con elevación de succión. Cuando la presión de operación dentro de la bomba excede a la atmosférica, la jaula de sello líquido deja de operar (excepto para lubricación). Sin embargo, se mantiene en servicio de modo que cuando la bomba se ceba al arrancar, se pueda excluir todo el aire.
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Estoperos enfriados con agua en bombas centrifugas

Las altas temperaturas o presiones complican el problema de mantener la empaquetadura de los estoperos. Las bombas centrifugas en estos servicios más difíciles generalmente están provistas con estoperos enchaquetados enfriados con agua. El agua de enfriamienmiento quita calor al líquido que escurre por el estopero y el calor generado por la fricción en la caja mejorando así las condiciones de servicio de la empaquetadura.
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Empaquetadura del estopero para bombas centrifugas

Básicamente, la empaquetadura del estopero es un dispositivo de abatimiento de presión. La empaquetadura debe ser algo plástica de modo que pueda ajustarse para la operación adecuada. También debe absorber energía sin dañar la flecha o el manguito o inutilizarlos. En un abatimiento de esta naturaleza se libera energía de fricción. Esta genera calor que debe disiparse en el líquido que fluye por el abatimiento o por medio de agua de enfriamiento en chaquetas o por ambos.

Hay muchos materiales para empaquetadura de estoperos, cada uno adaptable a alguna clase especial de servicio. Algunos de los tipos principales son los siguientes:
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Condiciones de presión y temperatura en los estoperos para bombas centrifugas

En los últimos años, un conocimiento más completo de la interrelación de las presiones de los estoperos, velocidades de frotación y temperaturas de escurrimiento, ha conducido a un diseño mejorado de enfriado con agua. Las cajas ahora se han construido para temperaturas hasta de 204,4ºC y presiones en el estopero hasta de 35 kg/cm2, sin secciones reductoras de presión ni laberintos. Para mayor eficiencia de enfriamiento, la diferencia de temperatura entre el líquido enfriador y el escurrimiento por la caja debe mantenerse a un máximo en todos los puntos. En este diseño, el agua de enfriamiento se introduce más cerca del exterior del estopero. Antes de moverse axialmente hacia el interior de la bomba centrifuga, el agua de enfriamiento se circula completamente alrededor de esa porción del estopero que rodea la empaquetadura. Se provee un conjunto taladrado de esta cámara anular hacia el interior de la bomba. El agua de enfriamiento circula luego en una cámara anular secundaria que se prolonga dentro de la bomba más allá de la empaquetadura. Esto permite el preenfriamiento del escurrimiento del estopero antes de que llegue a la empaquetadura. El agua de enfriamiento escapa entonces a través de un segundo conducto taladrado a la salida de la cámara de enfriamiento. En este diseño el agua de enfriamiento más fría está adyacente al escurrimiento más frío. Habiendo recogido algo de calor, el agua de enfriamiento fluye al interior de la bomba a una temperatura más alta y enfría un escurrimiento de temperatura también mas alta. Una de esas unidades ha operado continuamente durante más de un año sin renovar la empaquetadura, en una condición de operación del estopero de 22,75 kg/cm2 y 204,4ºC. El diámetro de la flecha en el estopero era 10,16 cm y la velocidad de operación 3600 r.p.m.
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Mantenimiento de estoperos para bombas centrifugas

El mantenimiento de los estoperos consiste principalmente en reponer las empaquetaduras. Aunque esto parece sencillo, deberá hacerse correctamente, o la operación de la bomba centrifuga no será satisfactoria. Se debe seguir el siguiente procedimiento para reemplazar un estopero:

1.-Nunca traté de agregar uno o dos anillos al empaque viejo. Esto es falsa economía. Saque el empaque viejo completamente, usando un extractor de empaquetaduras, si se tiene a mano, y límpiese perfectamente la caja. Revise el manguito para asegurarse que está en condiciones aceptables. Si se pone empaquetadura nueva en una caja contra un manguito áspero o bastante desgastado no se obtendrá un servicio satisfactorio.
2. Asegúrese de que la empaquetadura nueva es de tipo adecuado para el líquido, presión y temperatura de operación. A menos que el empaque venga preformado en juegos, asegúrese de que cada anillo se corte a escuadra en un mandril de tamaño correcto.
3. Inserte cada anillo de empaquetadura por separados, empujándolo derecho dentro de la caja y asentándolo firmemente, usando anillos divididos de empuje de tamaño apropiado, que se ajusten bien a la caja. Los anillos de empaque sucesivos deberán girarse para que sus juntas queden separadas 120 o 180 grados.
4. Cuando se usa una jaula de sello, asegúrese de que se instala entre los dos anillos de empaque apropiados para que maneje correctamente el suministro de líquido obturador cuando el estopero está totalmente empacado y ajustado.
5. Después de que se han insertado todos los anillos de empaquetadura requeridos, instale el prensaestopas y apriete firmemente las tuercas del mismo. Asegúrese de que el casquillo penetra en el estopero derecho sin ladearse, para toda la periferia de la empaquetadura tenga una presión uniforme.
6. Después del primer apriete del prensaestopas, retrocédanse las tuercas hasta que sólo estén apretadas con los dedos. Arranque la bomba centrifuga con el estopero flojo, de modo que haya un escurrimiento inicial excesivo. Apriétense ligeramente y parejas las tuercas del prensaestopas, a intervalos de quince a veiente minutos, de modo que el escurrimiento se reduzca a lo normal después de varias horas.
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