Npsh - Alemansistem

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
BOMBAS
PDVSA N°
MDP–02–P–04
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NOV.97
REV.
FECHA
APROB.
E1994
TITULO
NPSH
APROBADA
16
DESCRIPCION
FECHA NOV.97
L.R.
PAG. REV.
APROB.
L.R.
APROB. APROB.
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1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 CAVITACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
5 NPSH DISPONIBLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
6 REQUERIMIENTOS DE NPSH, NPSHR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
7 EVITANDO LA INSUFICIENCIA DE NPSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
8 NPSH EN LA TERMINOLOGÍA DE BOMBAS DE
DESPLAZAMIENTO POSITIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
9 VELOCIDAD ESPECIFICA DE SUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
10 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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ALCANCE
Este Documento consolida la mayor parte de los antecedentes acerca del cabezal
neto de succión positiva (NPSH) necesario para diseñar servicios de bombeo. Se
incluye, por conveniencia, datos para la estimación de los requerimientos de
NPSH de bombas centrífugas y de desplazamiento positivo en los Documentos
MDP–02–P–02, MDP–05–P–06 y MDP–02–P–08.
2
REFERENCIAS
Manual de Ingeniería de Diseño
90616.1.023
3
Vol.14 Guía de Ingeniería “Determinación de la Altura de Succión
Neta Positiva.
ANTECEDENTES
El NPSH ha sido objeto de confusión entre los diseñadores de servicios de
bombeo debido a la proliferación de terminología relacionada y a la mala
interpretación de la diferencia entre los requerimientos de NPSH de una bomba
y el NPSH disponible para la misma en un diseño de servicio de bombeo dado.
Se recomienda por lo tanto, ser cuidadoso no solamente en el cálculo de valores
específicos, sino también en los términos seleccionados para ser usados en el
texto de la especificación de diseño.
4
CAVITACION
¿Qué es Cavitación?
La cavitación es un término estrechamente relacionado y casi sinónimo de
ebullición. El término “ebullición” normalmente describe la formación de burbujas
de vapor que ocurre cuando la presión de vapor de un líquido aumenta (con un
incremento de temperatura) hasta un punto en el que iguala o excede la presión
estática a la cual el líquido está expuesto. La “Cavitación” ocurre cuando la presión
estática del líquido cae hasta o por debajo de la presión de vapor en un sistema
de líquido en movimiento. Las burbujas de vapor formadas en la cavitación son
subsecuentemente implotadas con el incremento de presión estática. La
cavitación comúnmente ocurre en y alrededor del impulsor de una bomba
centrífuga y la propela de un barco. El término “cavitación” se aplica muy
específicamente a la formación y subsecuente implosión de las burbujas de vapor,
pero también es usado para referirse a alguna de las manifestaciones de actividad
de burbujas, tales como:
1.
Picadura y erosión de la superficie del metal.
2.
La capacidad del cabezal se reduce debido a turbulencia y bloqueo del
pasaje del flujo.
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3.
Limitación de flujo debido al bloqueo del pasaje del flujo.
4.
Ruido de crepitación o golpeteo, como si la bomba estuviese llena de sólidos,
causados por la implosión de las burbujas.
La fuerza tendiente a eliminar la cavitación es el margen por el que la presión
estática local del líquido excede la presión de vapor del líquido a la temperatura
en cuestión. Cuando es convertido en términos de cabezal de líquido, este
margen de presión es definido como el cabezal neto de succión positiva,
comúnmente denominado NPSH.
Salida de Gases Disueltos
Estrechamente relacionado con la cavitación está la separación de gases
disueltos en el líquido, tal como el bióxido de carbono en una solución de aminas
o el aire en agua. Una porción de gases disueltos se libera de la solución cuando
la presión del líquido disminuye en la línea de succión de la bomba y la velocidad
aumenta cuando el líquido se aproxima al ojo del impulsor. Las burbujas de gas
arrastradas crecerán en tamaño y se pueden aglomerar cuando la presión
disminuye. Las burbujas de gas formadas pasan a través de la bomba como si
fuera una mezcla de dos fases, en vez de implotar y condensar, como en la
cavitación.
Los efectos de la separación del gas son más suaves que los de la cavitación
debido a la mayor compresibilidad de las mezclas de líquido / gas. Donde la
cavitación ocurre simultáneamente con la separación de gas, los efectos de ruido
y daño del metal por la cavitación tienden a disminuir. Con la presencia de
burbujas de gas separadas, las ondas de choque producidas por la implosión en
la cavitación son amortiguadas. Por ejemplo, el aire inyectado o mezclado en la
succión de una bomba de agua operando con cavitación, tiende a reducir el ruido
causado por la cavitación.
Mecanismo de Cavitación
El margen entre el NPSH disponible a la succión de la bomba y el requerido por
la bomba para una buena operación tiende a disminuir con el aumento del caudal
de flujo en dirección al punto de la cavitación inicial debido a lo siguiente:
1.
El NPSH disponible en la succión de la bomba tiende a disminuir con el
aumento del caudal de flujo a medida que la caída de presión en la línea de
succión incrementa. Esto se puede notar particularmente cuando las
bombas son operadas en paralelo, pero con la línea de succión
dimensionada para la operación de una sola bomba.
2.
El NPSH requerido incrementa a medida que el caudal de flujo aumenta
debido al incremento en la caída de presión causada por el incremento de
velocidad a medida que el líquido fluye al ojo del impulsor.
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Esta tendencia se ilustra en la Figura 1.
A medida que el margen entre el NPSH disponible y requerido se aproxima a cero,
las burbujas de vapor y los “espacios” de la cavitación inicial comienzan a formarse
en las áreas de presión baja de los pasajes del impulsor, especialmente en el lado
trasero de los álabes cerca de los bordes de entrada. Las burbujas crecen a
medida que el margen de NPSH alcanza cero y se convierte en negativo. Mientras
las burbujas son llevadas del espacio de vapor hacia la zona de presión más alta
del impulsor (la periferia en las bombas centrífugas) ellas colapsan, causando
esfuerzos locales de compresión altos en la superficie del impulsor. El ruido se
genera por la actividad implosiva de la burbuja.
Cuando los espacios de vapor se hacen lo suficientemente grandes como para
bloquear una porción significativa del pasaje de flujo entre álabes, no se puede
obtener un aumento del flujo y la bomba opera en un segmento vertical de su curva
de cabezal–capacidad. Se dice que opera “en el punto de ruptura”.
Severidad de los Daños Mecánicos
La severidad del deterioro del metal (por formación de hoyuelos) que resulta de
la cavitación tiende a incrementar a medida que aumentan los requerimientos de
NPSH debido al aumento en la fuerza de implosión de las burbujas. Las bombas
que operan con cavitación a caudales de flujo correspondientes a requerimientos
de NPSH entre 5 y 6 m (15 a 20 pie) experimentarán un rápido deterioro del metal,
mientras que las bombas operadas con cavitación a niveles de requerimiento de
NPSH de 1m experimentan una larga vida de servicio entre las reparaciones del
cuerpo.
5
NPSH DISPONIBLE
Cálculos
NPSHD es el termino comúnmente usado para designar al Cabezal Neto de
Succión Positivo disponible, y se define como el margen entre la presión actual al
nivel de referencia de la bomba y la presión de vapor a la temperatura de bombeo
del líquido, convertido a cabezal del líquido bombeado. El NPSHD resulta de las
condiciones existentes en la fuente de donde proviene el líquido y de los cambios
de presión y temperatura a lo largo de la línea de succión. Cuando se selecciona
un modelo específico de bomba y se diseña su base, el NPSH disponible se puede
corregir al valor existente según la ubicación real de la línea central de la bomba
o de la brida de succión, para establecer la comparación con los requerimientos
de NPSH de la bomba particular.
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El cálculo de NPSHD requiere la determinación de la presión de vapor del líquido
a la temperatura de bombeo, y una cuidadosa estimación de la presión de succión
existente al nivel de referencia de la bomba. El nivel de referencia de la bomba
se discute en MDP–02–P–02. El procedimiento de calculo de NPSHD se presenta
en MDP–05–P–06.
Influencia de la Estabilidad de Servicio en el NPSHD
Los servicios que tienen condiciones de succión estables y bien controladas
necesitan sólo un pequeño factor de seguridad en la determinación de NPSHD
para ser reportado en la especificación de diseño, es decir, 1.10, para asegurar un
funcionamiento de bomba sin cavitación. Los servicios que tienden a tener
cambios rápidos, frecuentes o severos en las condiciones de succión (flujo,
temperatura, presión, nivel) necesitan factores de seguridad mayores para cubrir
la mayoría de las variaciones. El servicio de agua de alimentación a calderas es
un ejemplo de este tipo de servicios, por lo que se recomienda un factor de
seguridad de 1.25.
No es necesario cubrir el 100% de todos los cambios de proceso posibles
mediante el factor de seguridad, ya que las consecuencias de la cavitación:
limitación de flujo, ruido y daño del metal a largo plazo son normalmente tolerables
por períodos cortos e intermitentes.
Convención de 7.6 m (25 pie) de NPSHD
El NPSH disponible pocas veces excede 7.6 m (25 pie) en el diseño práctico y
económico. Y aún cuando así sea, el valor final pocas veces influencia la selección
de la bomba. Como una convención, cuando el NPSH disponible que se calcula
es mayor de 7.6 m (25 pie), un valor de 7.6 m (25 pie) “mínimo” se especifica, en
vez del valor real. Además de simplificar el proceso de ingeniería, esto asegura
que las bombas no serán seleccionadas por rutina con requerimientos de NPSH
cercanos a los disponibles por encima del nivel de 7.6 m (25 pie). Esto es deseable
debido a que los efectos de cavitación en el funcionamiento y los deterioros
mecánicos son severos a niveles altos de NPSHR.
Esta convención puede ser obviada cuando las circunstancias justifican ingeniería
especial en los aspectos del servicio relacionados con NPSH, tal como cuando es
económicamente factible, y cuando el tamaño óptimo individual de bomba se
puede esperar que tenga un NPSHR por encima de 7.6 m (25 pie). En este caso,
los datos del suplidor se deben obtener para corroborar los datos estimados de
NPSHR a partir del MDP–02–P–02, y el NPSHD real se debe especificar, junto con
la información sobre los modelos disponibles de bombas.
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Impacto en la Selección de Bombas
La disponibilidad de NPSH tiene un impacto significativo en la selección de
modelos de bombas y, por lo tanto, en el costo de las mismas. Las siguientes guías
aproximadas resumen lo que se requiere para ajustar el NPSH disponible
especificado.
NPSHD, a 0.6 m (2 pie)
encima del suelo
m
0–0.3
pie
0–1
0.3–2
1–7
2–3.7
7–12
3.7
12
5.5
18
7.6
25
Impacto en la selección de bomba
NPSH insuficiente para cualquier bomba comercial
debido a pérdidas de entrada de la boquilla de
succión.
La selección de la bomba está limitada a bombas
verticales instaladas con el elemento de bombeo por
debajo del nivel de la menor elevación del impulsor
de la primera etapa a bombas horizontales reducidas
en capacidad operando a velocidades y flujos
menores que los de mayor eficiencia, y a ciertas
bombas en línea.
Se requiere de cautela en la selección de la bomba;
la elección del modelo es a veces limitada; a veces
se requiere una prueba de demostración del
funcionamiento.
Amplia selección de modelos hasta 160 dm3/s* (2500
gpm).
Amplia selección de modelos hasta 440 dm3/s* (7000
gpm).
Amplia selección de modelos hasta 690 dm3/s*
(11000 gpm).
* Estos valores varían con el cabezal
6
REQUERIMIENTOS DE NPSH, NPSHR
Generalidades
El NPSH “requerido” se refiere al NPSH que se requiere en la brida de entrada de
la bomba, o en la línea central del impulsor, según haya sido señalado por el
constructor, para una operación satisfactoria a las condiciones nominales
especificadas. Este representa el cabezal necesario para que el líquido fluya sin
vaporizarse desde la entrada de la bomba a un punto en el ojo del impulsor donde
los álabes comienzan a impartir energía al líquido. Esta es una característica
individual de cada bomba y está determinada por la prueba del suplidor. Es una
función del diseño del impulsor, el cuerpo de la bomba y la velocidad empleada.
Los valores mínimos promedio de NPSH “requerido” para la mayoría de las
aplicaciones de bombas centrífugas se muestran en las Figuras de documento
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MDP–02–P–02. Estos valores pueden normalmente ser satisfechos por todos los
suplidores sin involucrar los costos extras para la bomba o selecciones de baja
eficiencia. A capacidades grandes que requieren bombas grandes, los
requerimientos de NPSH pueden incrementar rápidamente, particularmente
cuando el cabezal alto o la temperatura alta limita el número de diseños
disponibles.
La Guía de Ingeniería90616.1.023 del MID Vol.14 presenta un procedimiento para
estimar el NPSHR para bombas de una etapa a dos velocidades distintas.
En aquellas circunstancias donde los costos u otras consideraciones resultan en
NPSH disponible por debajo de los requerimientos normales de una bomba, es
necesario suministrar una bomba especialmente calculada, usualmente con
penalización en costo, o en eficiencia, o en ambos.
Cuando el NPSH disponible es bajo (0.3–2 m (1 a 7 pie)), es muy importante que
se especifique con exactitud (con precisión dentro de 0.15 m (0.5 pie)), ya que el
tipo de bomba, la selección del modelo, y el costo son muy sensibles al valor de
NPSH disponible.
Donde se deban especificar valores bajos de NPSH disponible para bombas
centrífugas, se puede esperar costos extras de equipos. Por lo tanto, se debe
prestar especial atención a la elevación de equipos y su distribución con respecto
a la longitud y tamaño de tubería de succión y al número de accesorios utilizados.
El flujo máximo que se desea durante la operación se debe considerar cuando se
determinan las condiciones de NPSH para cualquiera de las siguientes
situaciones que puedan aplicar:
1.
Bombas que operan intermitentemente por debajo del caudal de flujo
nominal debido a cambios por control de nivel u otro cambio en el rango de
control.
2.
Dos (o más) bombas que a veces operarán con una línea de succión
dimensionada para la operación con una sola bomba.
3.
Operación a la máxima capacidad posible de la bomba tal como ocurre
cuando dos (o más) bombas operan normalmente en paralelo y una de ellas
se detiene repentinamente.
Si el uso de las Figuras de MDP–02–P–02 indican que el requerimiento de NPSH
de modelos normales de bombas puede exceder los 7.6 m (25 pie), el diseñador
debe:
1.
Confirmar la precisión de sus cálculos de NPSHD y la base para el factor de
seguridad empleado.
2.
Reconsiderar la multiplicidad seleccionada para el servicio.
3.
Obtener datos actualizados del suplidor para complementar los datos
generalizados y típicos presentados en las Figuras de MDP–02–P–02.
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Se debe reconocer que la inclusión de algunos ejemplos de diseño de bombas con
requerimientos de NPSH altos en la Figura 5 de MDP–02–P–02 no implica que los
diseños óptimos de servicios de bombeo hayan sido desarrollados realmente con
esas bombas. En la práctica, raramente resulta económico aumentar la elevación
del recipiente de succión para lograr un NPSHD mayor de 7.6 m (25 pie).
Las figuras del MDP–02–P–07 incluyen una curva que presenta el cambio en
porcentaje promedio en el NPSH requerido para bombas centrífugas frente al
cambio de flujo.
Influencia de las Características del Líquido
Los requerimientos reales de NPSH de una bomba están influenciados por las
características del líquido que se bombea. Los líquidos puros tienden a causar un
requerimiento alto de NPSH para la bomba porque todo el líquido tiende a
vaporizarse a la misma condición de presión y temperatura, es decir, el líquido
tiene un punto de ebullición único. Flujos de mezclas líquidas tales como las
corrientes típicas de refinería causan una reducción en el NPSHR real con
respecto al de las corrientes puras, porque sólo una porción de la corriente ebulle
inicialmente.
La proximidad de un fluido a su punto crítico afecta el valor real de NPSHR, ya que
la violencia y las consecuencias de la cavitación se relacionan con el cociente de
la densidad del líquido y del vapor a las mismas condiciones. Cerca del punto
crítico del fluido las diferencias de densidad son pequeñas y el funcionamiento y
los efectos mecánicos se reducen correspondientemente. Por lo tanto, el NPSHR
se reduce. Por ejemplo, el requerimiento real de NPSH de una bomba que maneja
agua disminuye con el incremento de la temperatura y se vuelve cero a la
temperatura crítica del agua, 374.1°C (705.4°F).
La inclinación de la curva de presión de vapor del líquido (presión de vapor vs.
temperatura) a las condiciones de bombeo afecta la sensibilidad del NPSHR de la
bomba, ya que con una curva inclinada, un pequeño incremento de temperatura
por un deslizamiento interno de flujo puede causar un incremento grande en la
presión de vapor, reduciendo así el margen del NPSH.
El requerimiento real de NPSH para hidrocarburos tiende a ser menor que para
el agua fría, y menor que para agua a la misma temperatura. Entre los
hidrocarburos, el requerimiento de NPSH tiende a disminuir con el incremento de
la densidad absoluta (a la temperatura de bombeo), a disminuir con el incremento
de presión de vapor, y a disminuir con el incremento en la diversidad de la mezcla.
Desafortunadamente, sin embargo, la diferencia en requerimientos de NPSH
entre el agua fría y algún otro servicio líquido no se considera preciso,
acertadamente predecible, o lo suficientemente consistente como para uso
práctico en diseño ingenieril. El estimado de la cantidad de la reducción esperada
involucra cálculos largos, extrapolaciones y especulaciones. Cuando se trata de
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mezclas de líquidos, tales como las corrientes típicas de hidrocarburos en
refinerías, las complejidades y las incertidumbres del comportamiento del líquido
se multiplican. Por esta razón, las bombas se deben seleccionar en base a valores
de NPSHR probados con agua sin el uso de un factor de corrección.
El hecho de que el valor de NPSHR de la bomba está basado en datos del agua
y gravedad específica de 1.00 no debe ser confundido con el hecho de que el valor
de NPSHD se calcula y especifica en términos de cabezal de líquido bombeado,
con su densidad absoluta a las condiciones de bombeo. El valor de NPSHR puede
ser usado para calcular el margen de presión suficiente para suprimir la
vaporización de un líquido de servicio, y por ende, la presión mínima de succión
para que no haya cavitación tal como se indica a continuación:
ǒP1 * PVǓ líquido de servicio + NPSH R valor para el agua X ò g
F 3 gc
Ec. (1)
Todos los términos tal como se definen en MDP–02–P–02.
Ventajas y Desventajas de Bombas con Requerimientos Bajos de NPSH
Las bombas centrífugas con requerimientos bajos de NPSH tienden a permitir
ahorros en costos en la instalación de recipientes de succión y a ser afectados
menos severamente por la insuficiencia de NPSH, pero tienen ciertas desventajas
también, que frecuentemente superan las ventajas. Por conveniencia, las
principales ventajas y desventajas de las bombas bajo requerimiento de NPSH se
resumen aquí:
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Ventajas
Desventajas
Permite una elevación baja del recipiente de
succión.
La curva de cabezal–capacidad puede
probablemente
caer
y
requerir
controles especiales.
La eficiencia tiende a optimizarse a
flujo normal y bajo.
Permite el uso de una sola bomba en
operación en servicio de flujo alto, que
usualmente minimiza el costo total de
instalación de servicio de bombeo.
Los efectos de cavitación tienden a ser
moderados, relativos a las bombas con
NPSHR alto.
Las bombas verticales tienden a tener
requerimientos de mantenimiento alto,
debido a la multitud de espacios libres
de movimiento. Las fuentes de
suplidores y los modelos son limitados,
por lo tanto, la procura requiere
esfuerzo de ingeniería extra.
La
prueba
de
funcionamiento
frecuentemente resulta conveniente
para
verificar
las
ofertas
de
funcionamiento del suplidor.
Establecimiento de Datos de Requerimientos de NPSH
El caudal de flujo al cual comienza un deterioro significativo, debido a la cavitación,
no puede siempre ser observado en el campo como un claro cambio en el cabezal.
La transición de cavitación incipiente a cavitación parcial y hacia la “ruptura” es
relativamente suave dentro de un intervalo pequeño de flujo.
A pesar de que el grado de deterioro del cabezal que de muestra el requerimiento
del NPSH de las bombas no está definido en forma precisa, una reducción de 3%
en cabezal debido a cavitación es un valor guía en la industria.
Los suplidores de bombas establecen los datos de requerimientos de NPSH
realizando pruebas con agua en sus instalaciones de prueba para encontrar un
cambio brusco en el cabezal y en la eficiencia mientras producen un decremento
gradual en el “coeficiente de cavitación”, (sigma), mientras se ajusta la velocidad
de rotación para mantener constante la velocidad específica de la bomba. El
“coeficiente de cavitación” se define como:
s +
NPSH D
Cabezal por etapa
Ec. (2)
Estimación de Cambios en los Requerimientos de NPSH
Si los requerimientos de NPSH de una bomba en particular se conocen a alguna
capacidad particular, el requerimiento de NPSH a otras capacidades se puede
estimar con el uso de las curvas características promedio para requerimiento de
NPSH dadas en MDP–02–P–07.
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Cuando la velocidad de la bomba se cambia, el requerimiento de NPSH cambia,
y para un flujo dado, el nuevo requerimiento de NPSH se puede estimar usando
la definición del parámetro de velocidad específica de succión, que es constante
para un diseño de bomba dado. Resolviendo la fórmula de Sss Ec. (4) para NPSH
se obtiene:
4ń3
ǒNPSH R Ǔ
ȱF 7 N (Q)1ń2 ȳ
+ȧ
ȧ
Ȳ SSS ȴ
Ec. (2)
donde:
En
unidades
métricas
NPSHR
=
N
Q
Sss
F7
=
=
=
=
Cabezal neto de succión positiva
requerido
Velocidad de rotación de la bomba
Caudal de flujo volumétrico
Velocidad específica a la succión
Factor que depende de las
unidades usadas
m
rev/s
dm3/s
rev/s
1.63
En
unidades
inglesas
pie
rpm
gpm
rpm
1
Si sólo se cambia el diámetro del impulsor, se puede usar la curva original de
requerimientos de NPSH, que muestra NPSHR vs. Q.
7
EVITANDO LA INSUFICIENCIA DE NPSH
Los problemas de insuficiencia de NPSH son tan comunes y suficientemente
serios como para justificar consideraciones especiales acerca de como se pueden
evitar durante las etapas de diseño del servicio y diseño de la instalación. Los
métodos para evitar insuficiencia de NPSH obviamente caen en dos categorías
generales:
1.
Métodos de asegurar e incrementar el NPSHD suministrado en el sistema
2.
Métodos de obtención de NPSHR bajo.
La segunda categoría se explora durante las actividades de procura de la bomba.
A continuación se presentan algunos métodos específicos de la primera categoría
que son dignos de consideración cuando se diseñan servicios que son propensos
a sufrir problemas de cavitación (circulación de solución de catacarb,
hidrocarburos de baja temperatura, agua de alimentación a calderas, fondo de
torres de vacío, etc.):
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2.
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Durante la preparación de las especificaciones de diseño
a.
Use un factor de seguridad conservador en la determinación del valor de
NPSHD especificado.
b.
Aumente la altura del recipiente de succión.
c.
Coloque la bomba lo más cerca posible del recipiente de succión.
d.
Seleccione la salida del recipiente de succión donde hay menor
posibilidad de arrastre de vapor y coloque un rompe vértice en el
recipiente.
e.
Use un tamaño de línea de succión sobredimensionado para baja
velocidad.
f.
Coloque un enfriador en la línea de succión de la bomba para reducir la
presión de vapor del líquido.
g.
Coloque una bomba reformadora (”booster”) de bajo cabezal que puede
operar a velocidad baja y requerimiento bajo de NPSH para presurizar
la succión de la bomba principal. La coordinación de la operación de las
dos bombas se puede simplificar con el uso de un accionador común.
h.
Especifique una bomba vertical.
Durante el diseño de la instalación.
a.
Coloque el tope de la fundación tan cerca del suelo como sea posible
para bajar la línea media de la bomba.
b.
Minimice el número de codos en la línea de succión.
c.
Dele una disposición a la tubería de succión para que tenga una
pendiente descendente constante, evitando cualquier punto alto
(pendiente mínima 0.02 mm/mm (1/4 pulg por pie) ó el 2%).
d.
Use reductores excéntricos donde sea necesario un cambio en el
tamaño de línea y oriente el reductor con la línea central del extremo
pequeño por encima de la línea central del extremo grande (para evitar
un punto alto que pueda recolectar una burbuja de vapor).
e.
Aísle la tubería de succión del calor de la atmósfera cuando se manejen
líquidos volátiles a bajas temperaturas.
f.
Si el cuerpo de la bomba no es auto–ventilante, coloque un venteo en
el recipiente de succión.
g.
Recalcule el NPSHD después que los arreglos de la tubería de succión
han sido detallados para establecer la comparación con el NPSHR de la
bomba.
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NPSH EN LA TERMINOLOGÍA DE BOMBAS DE
DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Los suplidores de bombas de desplazamiento positivo comúnmente usan el
término “esfuerzo de succión máximo permisible” (ESMP), que se expresa en kPa
(pulg de mercurio al vacío), en lugar del término NPSHR, el cual se expresa en m
(pie) líquido bombeado. El ESMP define el vacío máximo permisible que la bomba
puede tolerar en su brida de entrada antes de que comience la cavitación. ESMP
y NPSHR están directamente relacionados, ya que ellos expresan el mismo
concepto pero en unidades y marcos de referencia diferentes. Note que el NPSHR
es en valor absoluto, mientras que ESMP tiene como referencia la presión
atmosférica.
La conversión de ESMP a NPSHR se obtiene así:
CNSP R +
F 8 ǒF9 – ESMPǓ gc
ò
g
Ec. (3)
donde:
En unidades
métricas
ESMP
=
F8
=
F9
=
Esfuerzo
de
succión
máximo
permisible
Factor que depende de las unidades
usadas
Factor que depende de las unidades
usadas
kPa man.
1
101
En unidades
inglesas
pulg de Hg
70.726
29.9
Las demás variables tal y como fueron definidas anteriormente.
Las especificaciones de diseño no deberían usar la terminología de ESMP para
diseños de servicios de bombas de desplazamiento positivo. Las conversiones las
pueden hacer los suplidores cuando así lo requieran.
9
VELOCIDAD ESPECIFICA DE SUCCIÓN
El parámetro “velocidad específica de succión” caracteriza el requerimiento de
NPSH de una bomba. Una bomba con velocidad específica de succión alta tiene
baja tendencia a cavitar, aún a velocidades altas, y se requiere un diseño detallado
del pasaje de flujo para lograr esta calidad. Una bomba con velocidad específica
de succión baja tiende a requerir más NPSH para evitar la cavitación, pero
probablemente es más barata y resulta más fácil de conseguir en el mercado
comercial.
Los diseñadores de proceso pueden hacer uso de este parámetro en el cálculo de
una nueva aplicación para bombas existentes y en el establecimiento de la
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funcionalidad y precisión de las propuestas de selección de la bomba.
velocidad específica de succión se define como:
S SS + F 7 N X
Q 1ń2
La
Ec. (5)
ǒNPSH R Ǔ3ń4
La factibilidad y la sofisticación de diseño de las bombas centrífugas se puede
juzgar usando la velocidad específica de succión y las siguientes guías:
Velocidad Específica de Succión
Sss
rev/s
rpm
Hasta 140
hasta 8500
140–170
8500–10000
170–215
10000–13000
215–315
13000–19000
Por encima
de 315
Por encima
de 19000
Comentarios
Fácil de diseñar: modelos ampliamente
disponibles
Diseño de ingeniería más preciso; suficientes
fuentes para procura competitiva.
Diseño de alta ingeniería; fuentes comerciales
limitadas a las que poseen experiencia extensa y
facilidades de pruebas: usualmente se justifica
una prueba de funcionamiento.
Diseño muy especial; factible, pero raramente
práctico para aplicación comercial. Caudal de
flujo de operación limitada a un rango pequeño
cerca de PME.
No factible.
La comparación del Sss para la selección de una bomba propuesta según el
criterio anterior permite una indicación aproximada de la sofisticación del diseño
hidráulico de la bomba, e indica la necesidad de verificar con pruebas el
funcionamiento predicho. Si la velocidad específica de succión de una bomba
propuesta es alta, se puede lograr un valor más bajo: incrementando el NPSH
disponible, usando una bomba de doble succión (para doble succión, use 1/2 de
Q en el cálculo), reduciendo la velocidad de la bomba (y por ende, su curva de
cabezal–capacidad) e incrementando el número de etapas.
Si el NPSH disponible es conocido, la velocidad máxima permisible de la bomba
se puede calcular sustituyendo NPSHR por NPSHD en la fórmula anterior. Con esta
velocidad, se puede estimar la máxima curva de cabezal–capacidad).
10 NOMENCLATURA
(MDP–02–P–02).
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Fig 1. RELACION DE CNSPD Y CNSPR CON EL CAUDAL DE FLUJO.