NPSH: INFLUENCIA DE LA ALTURA Y TEMPERATURA DEL AGUA

NPSH: INFLUENCIA DE LA ALTURA Y TEMPERATURA DEL AGUA EN LA
ASPIRACION DE LAS BOMBAS
Se denomina NPSH (Net Positive Suction Head) o ANPA (Altura Neta Positiva de
Aspiración) a la diferencia entre la presión del líquido a bombear referida al eje del
impulsor y la tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. El NPSH está
relacionado con el fenómeno de la cavitación. Al igual que la altura geométrica, el
caudal de impulsión y la potencia absorbida, representa una de las características más
importantes para una bomba. Debemos, por tanto, conocer y combinar en cada caso el
NPSH disponible en la instalación y el NPSH requerido por la bomba.
NPSH disponible (m): es función de la instalación e independiente del tipo de bomba.
Para el cálculo del NPSH disponible de una instalación, debemos distinguir entre:
•
Funcionamiento en carga:
Hac
Cuya fórmula es la siguiente:
NPSHdisponible = 105 * (( P’ – Tv ) / ( ρ * g )) + Hac – Z
•
Funcionamiento en aspiración:
Has
Cuya fórmula es la siguiente:
NPSHdisponible = 105 * (( P’ – Tv ) / ( ρ * g )) - Has - Z
Donde,
Has = Altura geométrica de aspiración en m. Es la distancia vertical comprendida entre
el nivel de aspiración del líquido y el eje de la bomba. A de tenerse en cuenta que
un trabajo de aspiración sólo es posible si se utilizan bombas autoaspirantes. Si se
utilizan bombas no-autoaspirantes, debemos asegurarnos qué la bomba y línea de
aspiración no se queden nunca vacías, mediante la utilización de dispositivos
adecuados, como por ejemplo válvulas de retención o válvulas de pie.
Hac = es la distancia vertical comprendida entre el nivel del líquido en el recipiente de
acometida (depósito, balsa, etc.) y el eje de la bomba.
Zas = Pérdidas de carga en la aspiración, en m.
Tv = Tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en bar. Equivale a la
presión bajo la cual el líquido empieza a hervir. Ver tabla 1.
P’= Presión del gas ejercida sobre el nivel del líquido en la aspiración. Si el recipiente
donde se alberga el líquido de aspiración o acometida está sometido a la presión
atmosférica, esta presión del gas equivaldrá a 1 bar.
ρ= densidad del líquido a bombear, en Kg/m3. La del agua = 1.000 Kg/m3.
g = aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2.
Tabla 1
T (ºC)
-10
-5
0
5
10
15
10
25
30
35
40
Tv (mmHg)
2,149
3,163
4,579
6,543
9,209
12,788
17,535
23,756
31,824
42,175
55,324
Tv (bar)
0,00287
0,00422
0,00610
0,00872
0,01228
0,01705
0,02338
0,03167
0,04243
0,05623
0,07376
NPSH requerido (m): dato básico y característico de cada tipo de bomba, variable
según modelo, tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato a facilitar por el
fabricante y no de la instalación. Además es independiente de la naturaleza del fluido
bombeado.
Los valores NPPSH requerido indicados en las curvas características de cada bomba,
son resultado de mediciones efectuadas con agua fría como fluido trasegado. Se
obtienen en bancos de pruebas especialmente diseñados para mediciones de los
valores NPSH y pueden ser verificados en cualquier momento. El valor NPSH requerido
da una indicación acerca de la capacidad de aspiración de una bomba en un punto
determinado de la curva característica:
Cuanto menor es el valor NPSH requerido, tanto mayor es su capacidad de aspiración.
Unos valores reducidos de NPSH requerido pueden ser conseguidos gracias a
adecuadas medidas constructivas. Son de una gran importancia, especialmente en el
caso del trasiego de líquidos cerca del punto de ebullición (gases licuados).
Cavitación
Para un correcto funcionamiento de la bomba, es necesario disponer de una presión
mínima a la entrada del rodete, por tanto debe cumplirse:
NPSHdisponible ≥ NPSHrequerido
En caso de no ser así, se producirá cavitación, un proceso que generará averías serias
en las bombas.
Esta condición debe cumplirse en la totalidad del margen de funcionamiento admisible
de una instalación de bombeo. Es el caso, si el valor NPSH disponible es superior en un
margen de seguridad (normalmente 0,5 m) al valor NPSH requerido.
Si la condición no se cumple, es decir, si NPSHdisponible < NPSHrequerido, la bomba funciona
en cavitación, es decir, el líquido se evapora en el interior de la bomba. Las
consecuencias son las siguientes:
a) Caída del caudal y de la presión de impulsión,
b) Fuerte formación de ruidos y vibraciones, aparición de efectos de abrasión en
los impulsores y posiblemente destrucción de los mismos,
c) Caída del caudal parcial derivado a través del motor, con una disminución de la
lubricación de los cojinetes,
d) Insuficiente evacuación del calor generado por el motor, así como una
perturbación del equilibrio hidráulico del empuje axial.
Una cavitación persistente desemboca inevitablemente en la destrucción de la bomba.
Ejemplos
•
Funcionamiento en carga:
NPSHdisponible = 105 * (( P’ – Tv ) / ( ρ * g )) + Hac - Z
Se debe bombear agua a una temperatura de 5 ºC desde un depósito abierto (a
presión atmosférica), donde Hac = 2 m y Z = 0,5 m. Por lo tanto, en la tabla 1 podremos
ver que TV a 5 ºC es 0,00422 bar.
Así:
NPSHdisponible = 105 * ((1 – 0,00422 ) / (1.000 * 9,81 )) + 2 - 0,5 = 11,65 m
Por lo tanto, cualquier bomba con un valor NPSHrequerido < 11,15 (con un margen de
seguridad de 0,5 m), puede ser utilizada en esta instalación.
•
Funcionamiento en aspiración:
NPSHdisponible = 105 * (( P’ – Tv ) / ( ρ * g )) - Has - Z
Se debe bombear agua a una temperatura de 25 ºC desde un pozo cuyo nivel se
encuentra a Has = 1 m (a presión atmosférica), donde Z se estima en 1 m. Por lo tanto,
en la tabla 1 podremos ver que la Tv a 25 ºC es 0,03167 bar.
Así:
NPSHdisponible = 105 * ((1 – 0,03167 ) / (1.000 * 9,81 )) - 1 - 1 = 7,87 m
Por lo tanto, cualquier bomba autoaspirante o no autoaspirante, con un valor
NPSHrequerido < 7,37 (con un margen de seguridad de 0,5 m), puede ser utilizada en esta
instalación.