NPSH en Bombas: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones Prácticas
- Pavel Gonzalez
- 18 abr
- 8 Min. de lectura
La carga neta positiva de succión (NPSH) es de vital importancia para la vida útil de las bombas, ya que un NPSH insuficiente provoca fenómeno conocido como cavitación.
La cavitación produce ruido, vibración y un desgaste o rotura prematura del impulsor y otras partes internas de la bomba, reduciendo significativamente su eficiencia y acortando su vida útil. Por lo tanto, asegurar que se tiene el NPSH requerido por la bomba es fundamental para garantizar un funcionamiento confiable, de forma segura y una mayor durabilidad de la bomba, por esto queremos en este articulo hablar sobre el
NPSH en Bombas: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones Prácticas.
¿Que es la Cavitación?
El proceso de cavitación en una bomba ocurre cuando la presión absoluta del líquido en algún punto dentro de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Cuando esto sucede, el líquido se vaporiza parcialmente, formando burbujas de vapor.
Este descenso de presión puede ocurrir en la entrada del impulsor (ojo del impulsor) debido a la aceleración del fluido al ingresar a los álabes. También puede darse en otras partes de la bomba donde la velocidad del flujo aumenta localmente, generando una caída de presión.
Una vez que las burbujas de vapor se forman, son arrastradas por el flujo hacia regiones de mayor presión dentro de la bomba. Al entrar en estas zonas de alta presión, las burbujas de vapor se condensan o colapsan (implosionan) repentinamente. Este colapso es un proceso violento que genera ondas de choque locales y picos de presión intensos
¿Qué es el NPSH?
El NPSH (Net Positive Suction Head), o Carga Neta Positiva de Succión, es un concepto crucial para el funcionamiento confiable de las bombas. Se define fundamentalmente como la diferencia entre la presión de succión absoluta en la boca de entrada de la bomba y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Esta diferencia se mide generalmente en unidades de longitud (pies o metros de líquido) o en unidades de presión (psi).
En términos más sencillos, el NPSH representa la energía disponible en el líquido en el lado de succión de la bomba por encima de la presión a la cual el líquido comenzaría a vaporizarse. Es esencial para asegurar que el líquido llegue al impulsor de la bomba en estado líquido, evitando así el fenómeno de la cavitación.
NPSH Disponible (NPSHA)
El NPSH Disponible (NPSHA), o Altura Neta Positiva de Succión Disponible, es una característica del sistema de bombeo. Representa la energía total disponible en el líquido en la conexión de succión de la bomba, por encima de la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. El diseñador del sistema es el responsable de establecer el NPSHA.
El NPSHA se calcula considerando las condiciones del sistema de succión, incluyendo:
Presión absoluta en la superficie del líquido en la fuente de succión.
Altura estática o carga estática (la diferencia de elevación entre la superficie del líquido y la línea central de la entrada de la bomba, que puede ser positiva o negativa según la ubicación relativa).
Pérdidas por fricción en la tubería de succión.
Presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo.
Ocasionalmente, se considera la carga de velocidad en la boquilla de succión, aunque las normas de EE. UU. generalmente no la incluyen en los diagramas de NPSH.
La fórmula general para calcular el NPSHA puede expresarse como:
Donde:
P_liq = presión absoluta en la superficie del líquido de succión
P_vap = presión de vapor del líquido a la temperatura de la bomba
Densidad = la del líquido a la temperatura de operación
hs = carga estática (positiva si el nivel del líquido está por encima de la bomba, negativa si está por debajo)
hf = pérdida por fricción en la tubería de succión
En unidades imperiales suele usarse:
NPSHA = [(Ps - Pvp) * 2.31 / densidad relativa] + hs - hf
Otra forma de expresar el NPSHA (en metros) es:
NPSHA = A + hs - hf - vp
Donde las siguentes variables de expresan en metros de columna de líquido:
A = presión absoluta en la fuente
hs = diferencia de elevación entre la fuente y la brida de succión de la bomba
hf = pérdidas por fricción en la tubería de succión
vp = presión de vapor del fluido a la temperatura de entrada de la bomba
Es crucial que el NPSHA siempre sea mayor que el NPSH Requerido (NPSHR) por la bomba para asegurar una operación sin cavitación.
Factores que influyen en el NPSHA
Varios factores pueden afectar el valor del NPSHA disponible en el sistema:
Presión en la fuente de succión: Una mayor presión absoluta en el tanque de succión aumentará el NPSHA.
Presión de vapor del líquido: La presión de vapor depende de la temperatura del líquido. A mayor temperatura, mayor presión de vapor y, por lo tanto, menor NPSHA.
Altura estática (hs): Elevar el nivel del líquido o bajar la bomba aumentará la carga estática positiva y, por ende, el NPSHA. Si la bomba está ubicada por encima del nivel del líquido (altura de aspiración negativa), el NPSHA disminuirá.
Pérdidas por fricción en la tubería de succión (hf): Las pérdidas por fricción reducen la presión disponible en la entrada de la bomba, disminuyendo el NPSHA. Estas pérdidas dependen del caudal, la longitud y el diámetro de la tubería, la rugosidad de la pared y los accesorios. Reducir estas pérdidas (por ejemplo, usando tuberías más cortas o de mayor diámetro) aumentará el NPSHA.
Pérdidas por aceleración (ha): En bombas reciprocantes, la carga de aceleración del líquido en la succión también influye en el NPSHA.
NPSH Requerido (NPSHR)
El NPSH Requerido (NPSHR), o Altura Neta Positiva de Succión Requerida, es una característica propia de la bomba, determinada por su diseño y construcción. Representa la presión mínima absoluta que el líquido debe tener en la entrada de la bomba (por encima de su presión de vapor) para evitar la cavitación dentro de la bomba y asegurar un rendimiento satisfactorio y una larga vida útil.
El NPSHR es función de varios factores relacionados con el diseño de la bomba, como:
Velocidad de rotación del impulsor.
Geometría de la entrada del impulsor (diámetro del ojo, área de succión).
Tipo y número de álabes del impulsor.
Configuración de los conductos de succión dentro de la bomba.
Velocidades del fluido dentro de la bomba.
El fabricante de la bomba determina el NPSHR a través de pruebas y lo presenta en las curvas de rendimiento de la bomba como una función del caudal.
El NPSHR generalmente aumenta con el caudal.
Transición de NPSH3 a NPSHR
El concepto de NPSH3 se utiliza comúnmente como un criterio para definir el NPSHR. Durante las pruebas de NPSH, se reduce gradualmente la presión de succión a un caudal y velocidad constantes hasta que se observa una caída del 3% en la carga total (o presión diferencial) desarrollada por la bomba. El valor de NPSH en ese punto se define como el NPSH requerido (NPSHR) para ese caudal y velocidad.
Sin embargo, es importante distinguir entre el punto donde se inicia la cavitación (NPSHi o Inception NPSH) y el punto donde ocurre una caída significativa en el rendimiento (NPSHR basado en el 3% de caída de carga). La cavitación puede comenzar mucho antes de que se note una caída del 3% en la carga. De hecho, el NPSHi puede ser dos a cinco veces mayor que el NPSHR (al 3% de caída de carga).
Por lo tanto, el NPSHR basado en el 3% de caída de carga se considera un valor práctico y reproducible para la selección de bombas, aunque no representa el punto de inicio de la cavitación. Algunos usuarios, especialmente en aplicaciones críticas, pueden requerir márgenes de NPSH mayores para evitar cualquier forma de cavitación y asegurar una operación más silenciosa y una mayor vida útil de la bomba.
El Margen de NPSH y su Importancia
Mantener un margen adecuado entre el NPSHA y el NPSHR es fundamental para garantizar una operación confiable y sin problemas de la bomba.
El margen de NPSH se define como la diferencia entre el NPSHA y el NPSHR:
Margen de NPSH = NPSHA - NPSHR
Un margen positivo suficiente asegura que la presión en el interior de la bomba se mantenga por encima de la presión de vapor del líquido, evitando la formación y colapso de burbujas de vapor (cavitación).
Margen de NPSHA Recomendable
Las recomendaciones para el margen mínimo varían según la aplicación, el tipo de bomba, las propiedades del líquido y el nivel de criticidad del sistema. Una guía general sugiere que el NPSHA debe ser al menos un 10% superior al NPSHR o 3 pies (0.9 metros) superior, lo que sea mayor. Algunas fuentes recomiendan incluso un 50% de margen para evitar la cavitación incipiente.
Márgenes NPSH seleccionados de la Guía ANSI/HI 9.6.1-2012
Industria | Solicitud | Margen NPSH (utilice el valor mayor) |
|---|---|---|
Proceso de petróleo/hidrocarburos | Típico, excepto bombas tipo barril verticales | Relación 1,1 o 1,0 m (3,3 pies) |
Proceso químico | Típico | Relación de 1,1 a 1,2 o de 0,6 m (2,0 pies) a 1,0 m (3,3 pies) |
Generación de energía eléctrica | Agua circulante/de refrigeración | 1,0 m (3,3 pies) |
Alimentación de caldera < 250 kW/etapa | Relación 1,3 | |
Agua | Impulsor típico de acero inoxidable o bronce-aluminio, < 75 kW/etapa | Relación 1,1 o 1,5 m (4,9 pies) mínimo |
Servicios de construcción | Típico de bombas en sistemas abiertos (no presurizados) | Relación de 1,0 hasta una relación de 1,1 o 0,6 m (2,0 pies) |
General | A menudo, una bomba de catálogo estándar | Relación 1,1 o 1,0 m (3,3 pies) |
La tabla muestra informacion referencial que debe ser corroborada en la norma que rige al proceso productivo donde se instale la bomba.
Consecuencias de un bajo margen de NPSH
Un margen inadecuado puede resultar en cavitación, lo que lleva a:
Ruido y vibración excesivos.
Caída en la capacidad, carga y eficiencia de la bomba.
Daño por picadura y erosión en el impulsor y otras partes internas de la bomba.
Reducción de la vida útil de la bomba.
Normas que rigen el cálculo de NPSH
El cálculo y la definición del NPSHR se rigen principalmente por las normas del Hydraulic Institute (HI). Estas normas establecen los procedimientos de prueba para determinar el NPSHR, definen el criterio del 3% de caída de carga y proporcionan guías para la aplicación y el margen de NPSH.
Otras normas y organizaciones también pueden influir, como:
ANSI/HI 9.6.1: Esta norma específica del Hydraulic Institute se centra en las guías para el margen de NPSH en bombas rotodinámicas.
API 610: Para bombas centrífugas utilizadas en la industria del petróleo y el gas, esta norma establece requisitos para el diseño y las pruebas, incluyendo consideraciones de NPSH.
API 675: Para bombas de desplazamiento positivo (como bombas reciprocantes), esta norma también incluye consideraciones de NPSH.
Es importante consultar la edición más reciente de las normas relevantes de la industria para obtener la información más actualizada sobre los procedimientos de cálculo y las recomendaciones de NPSHR.
Esperamos que este artículo sea valioso para ti y puedas sacar provecho sobre el NPSH en Bombas: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones Prácticas.
Muy buen articulo, gracias por compartir los conocimientos 🏆