Presión requerida (NPSHr) y disponible (NPSHd) de una bomba

Para que una bomba pueda aspirar el líquido de un depósito, es necesario que exista una diferencia de presión entre el depósito y la boca de aspiración de la bomba

Aplicando la ecuación de Bernoulli entre el punto 1(Nivel superior del depósito de aspiración) y el punto 2 o S de entrada de la bomba, se tiene lo siguiente:

P2 = P1 – [C²/2g + Z + H]*γ

Dónde:

P2 = Presión en la entrada de la bomba

P1 = Presión en el nivel del depósito de aspiración

C = Velocidad del líquido en la tubería de succión

Z = Diferencia de elevación entre el punto 1 y 2

H = Perdida de energía en la tubería. (Perdida por la tubería y accesorios)

G = Gravedad

γ = Peso específico del liquido

Cuando el líquido entra a la bomba a través de eje de giro, este sufre una pérdida de carga por la fricción y un cambio en la velocidad, con lo cual habría una diferencia de presión entre la entrada de la bomba y el impulsor.

Si la presión en el impulsor es menor que la presión de vapor del líquido a temperatura de funcionamiento se produce una evaporación súbita, la densidad de líquido disminuye y se origina el fenómeno conocido como CAVITACION o CANCER DE LAS BOMBAS.

Consecuencias de la Cavitación

La cavitación debe de evitarse a toda costa, puesto que acelera considerablemente el desgaste de los impulsores y genera ruidos y vibraciones que acortan la vida útil de la bomba.

Cada bomba en función de su velocidad, caudal y características constructivas requiere de una presión mínima a la entrada para evitar la aparición de este fenómeno

Cálculo de la NPSH

Habitualmente esta presión se conoce como NPSH (Cabeza de Succión Positiva Neta), que es la mínima presión absoluta requerida a la entrada de la bomba, expresada en columna de líquido, por encima de la presión de vapor, para que la bomba funcione sin que se produzca la cavitación.

Para las condiciones de succión se define un parámetro de semejanza, llamado velocidad especifica de succión:

Ns= [NQ^1/2] / [NPSH^3/4]

Dónde:

Ns = Velocidad especifica

N = Velocidad del impulsor

Q = Caudal de la bomba

NPSH = Cabeza de succión positiva neta

Es también posible determinar la presión requeridas en unas condiciones con otras distintas:

[NPSH1 / NPSH2] = [N1/N2]^4/3 * [Q1/Q2]^2/3

Esta relación es muy útil pues permite conocer cómo debe de modificarse la velocidad de giro de una bomba que cavita.

Funcionamiento correcto de una bomba

Para que una bomba funcione correctamente, como ya se ha mencionado anteriormente, es necesario que la presión el punto de succión de la bomba sea mayor que la presión de vapor del líquido a la temperatura de funcionamiento, es decir, sea mayor o igual a la NPSHr.  Esta presión se conoce como NPSHd, y se calcula como:

NPSHd = P1/γ – [C²/2g + Z + H] – Pvs/γ

Dónde:

Pvs = Presión de vapor saturado a la temperatura de trabajo.

Despreciando la velocidad de circulación la ecuación anterior se convierte en:

NPSHd = Hsp + Hs – Hf - Hvp

Se define margen de NPSH (M) = NPSHd - NPSHr

Donde

NPSHd = Presión requerida para que la bomba no cavite

Hsp = Carga de presión absoluta en la superficie del depósito de succión Hsp = P1/γ

Hs = Carga de elevación entre el nivel del depósito en la succión y eje de entrada de la bomba.

·         Hs (+) cuando el nivel del depósito se encuentra por encima del eje de la bomba. (Tinaco)

·         Hs (-) cuando el nivel del depósito se encuentra por debajo del eje de la bomba. (Cisterna)

Hf = Carga por energía de pérdida en la línea de succión.

Hvp = Carga por la presión de vapor saturado a la temperatura de trabajo

Como evitar que una bomba cavite

Cuando un sistema de bombeo tiene un NPSHd < NPSHr, existe cavitación y la bomba no operará en forma óptima, por lo cual se debe resolver ese problema. Se pueden encontrar medios para aumentar la NPSH disponible, o bien reducir la NPSH requerido, o ambas cosas.

Para aumentar la NPHSd se pueden realizar las siguientes recomendaciones, las cuales dependerán como es lógico de las características del sistema:

·         Elevar el nivel de líquido, para que Hs se haga positivo

·         Bajar la bomba.

·         Reducir los accesorios y la longitud de la tubería de succión, para disminuir Hf.

·         Aumentar el diámetro en la succión, ya que existe una proporcionalidad inversa  ente las perdidas y el diámetro.

·         Si el líquido está caliente, se puede enfriar intercalando un intercambiador de calor, con lo que la presión de vapor del líquido disminuye.

Fuente:

Jutglar, L. Bombas, Ventiladores y Compresores. Ceac. Barcelona, 2005.

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