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.