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NPSH disponible y requerido: por qué cavita la bomba
El NPSH disponible es la energía que sobra en la entrada de la bomba por encima de la presión de vapor: NPSHd = p_atm/(rho*g) - p_v/(rho*g) + dz - hf_suc. La bomba trabaja sin cavitar solo mientras el NPSHd quede por encima del NPSHr de la curva, con margen.
Baja el tanque de succión respecto a la bomba. La presión en la entrada cae hasta que el agua hierve dentro del impulsor.
Prueba rápida
Tres preguntas sobre esta lección. ¿Fallaste? La explicación aparece al instante.
1. Con más caudal, el NPSH disponible y el requerido…
2. Una señal típica de cavitación en la bomba es…
3. ¿Qué reduce el NPSH disponible?
Por qué sucede
Las flechas comparan con el nivel de succión a la altura del eje de la bomba (Δz = 0).
NPSH disponible
Es la energía que sobra en la entrada de la bomba por encima de la presión de vapor. La atmósfera empuja el agua hacia adentro; el desnivel ayuda o perjudica; la pérdida en la succión siempre perjudica.
Criterio de cavitación
El NPSHr de catálogo suele ser el NPSH3: en ese punto la bomba ya perdió 3 % de altura por cavitación. Por eso no basta una razón mayor que 1; la calculadora de LOGOS exige razón de al menos 1,1 y 0,5 m de margen como piso para servicio general, en línea con la HI 9.6.1.
Presión en la succión (PIT-02)
Con el tanque por debajo de la bomba, la presión en la succión queda por debajo de la atmosférica y el PIT-02 marca vacío. Cuando se acerca a la presión de vapor, el agua hierve en la entrada del impulsor y las burbujas implosionan en los álabes.
Más caudal, menos margen
En el gráfico el NPSHd cae con el caudal y el NPSHr sube. Bajar el tanque desplaza toda la curva de NPSHd hacia abajo, hasta cruzar la del NPSHr cerca del punto de operación.
Curva de NPSHr ilustrativa de la bomba didáctica.
Fórmulas en texto
- NPSH disponible
NPSHd = p_atm / (rho * g) - p_v / (rho * g) + dz - hf_suc- NPSHd = NPSH disponible (m) · p_atm = presión absoluta en la superficie del tanque de succión (Pa) · p_v = presión de vapor a la temperatura de bombeo (Pa) · rho = densidad (kg/m3) · g = 9,81 m/s2 · dz = nivel de succión menos la cota del eje de la bomba (m, negativo en succión negativa) · hf_suc = pérdida de carga en la succión (m)
- Criterio de cavitación
NPSHd >= NPSHr razon = NPSHd / NPSHr- NPSHr = NPSH requerido por la bomba, normalmente el NPSH3 (m) · razon = razón de margen de NPSH (-)
- Presión absoluta en la succión
p_s,abs = p_atm + rho * g * (dz - hf_suc - v^2 / (2 * g))- p_s,abs = presión absoluta en la succión de la bomba (Pa) · v = velocidad en la tubería de succión (m/s)
- Efecto del caudal
hf_suc ~ Q^2 y NPSHr sube con Q- Q = caudal de la bomba (m3/h)
Preguntas frecuentes
¿Por qué el NPSH disponible debe ser mayor que el requerido?
Por debajo del NPSHr la presión en la entrada del impulsor llega a la presión de vapor y el agua hierve. Las burbujas implosionan en los álabes: pérdida de altura, ruido de grava y erosión.
¿Qué margen de NPSH es suficiente?
El NPSHr de catálogo suele ser el NPSH3, punto en que la bomba ya perdió 3 % de altura, así que una razón de 1 no es segura. La ANSI/HI 9.6.1 recomienda razones de alrededor de 1,1 hasta 2,5 según el servicio; la calculadora de LOGOS exige al menos 1,1 y 0,5 m para servicio general.
¿La succión negativa reduce el NPSH disponible?
Sí. Cada metro que el nivel queda por debajo del eje de la bomba resta un metro al NPSHd, y la pérdida en la succión resta más. Con succión ahogada, el tanque por encima de la bomba, el desnivel suma a favor.
¿La temperatura del agua cambia el NPSH disponible?
Sí, y mucho: la presión de vapor crece rápido con la temperatura, el término p_v/(rho*g) aumenta y el NPSHd cae. A 25 C la presión de vapor del agua es de unos 3,2 kPa; a 100 C iguala la presión atmosférica a nivel del mar.