NPSH Visualizado

 

Si alguna vez se ha quedado dormido leyendo textos de bombas sobre NPSH, no es el único. Pero aquí tiene un método gráfico fácil de entender para asegurarse de que su NPSHa > NPSHr.

 

Para los principiantes, la altura de aspiración positiva neta disponible (NPSHa, una función del lado de aspiración del sistema de bombeo) debe superar la altura de aspiración positiva neta necesaria (NPSHr, una función de la bomba) para evitar la cavitación, que provoca daños en la bomba. También discutiremos distintas formas de ajustar las variables para maximizar la NPSHa tanto en instalaciones nuevas como existentes.

 

Tradicionalmente, utilizamos la ecuación NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp , donde

• Ha = presión absoluta de la superficie del líquido en el depósito de suministro (también denominada presión atmosférica a la altitud del emplazamiento sobre el nivel del mar).
• Hz = distancia vertical desde la superficie del líquido en el depósito de suministro hasta la línea central de la boca de aspiración de la bomba. Si el líquido está por debajo de la línea central de la bomba, Hz es negativo.
• Hf = pérdidas por fricción en la tubería de aspiración.
• Hvp = presión absoluta de vapor del líquido a la temperatura de bombeo.
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Recuerde Todos los valores de H (altura) deben expresarse en las mismas unidades, ya sea en pies o en metros de líquido bombeado.

 

Otra forma más visual de verlo es representar gráficamente la presión absoluta Ha frente a la suma de las otras cuatro variables, en las soluciones gráficas que se muestran a continuación en las Fig. 1 y 6. En el primer ejemplo, queremos cargar por arriba camiones cisterna de tolueno caliente con una bomba montada encima del camión, por lo que tratamos de determinar la altura de aspiración máxima admisible Hz. La misma solución gráfica puede utilizarse también para hallar los valores máximos de cualquiera de las otras variables: pérdidas por fricción en la aspiración Hf, presión de vapor Hvp o para seleccionar una bomba con un valor NPSHr permitido. Tómese un minuto para ver el gráfico y siga leyendo para obtener más información sobre el origen de los números.

 

En este caso, comenzamos por la izquierda con la variable que es más difícil de cambiar: Ha, o presión absoluta, porque la ubicación de la bomba es donde está. Otra forma de pensar en Ha es que es la altura máxima de agua que podría ser forzada a subir por una tubería vertical larga por la presión atmosférica en el depósito de origen, con un vacío perfecto en la parte superior de la tubería. Este proyecto se encuentra en un emplazamiento a 457 m (1500 pies) sobre el nivel del mar con un depósito de origen abierto a la atmósfera, lo que proporciona 9,78 m (32,1 pies) de altura de presión desde la presión atmosférica para forzar el líquido hacia la succión de la bomba cuando se ceba. Para su emplazamiento, consulte la tabla de la Fig. 2 para obtener los pies o metros de altura de presión para Ha.

 

Presión frente a altitud
Altitud		Presión barométrica		Cabezal
Pies	Metro	PSI	Bar	Pies	Metro
0	0	14.7	1.00	33.92	10.34
500	152	14.43	0.98	33.29	10.15
1,000	305	14.16	0.96	32.67	9.96
1,500	457	13.91	0.95	32.09	9.78
2,000	610	13.66	0.93	31.52	9.61
2,500	762	13.41	0.91	30.94	9.43
3,000	914	13.17	0.90	30.39	9.26
3,500	1,067	12.93	0.88	29.83	9.09
4,000	1,219	12.69	0.86	29.28	8.92
4,500	1,372	12.46	0.85	28.75	8.76
5,000	1,524	12.23	0.83	28.22	8.60
6,000	1,829	11.78	0.80	27.18	8.28
7,000	2,134	11.34	0.77	26.16	7.97
8,000	2,438	10.91	0.74	25.17	7.67
9,000	2,743	10.5	0.71	24.23	7.38
10,000	3,048	10.1	0.69	23.30	7.10
15,000	4,572	8.3	0.56	19.15	5.84
20,000	6,096	6.76	0.46	15.60	4.75

Fig. 2: Tabla de presión absoluta (y altura equivalente) frente a altitud

De vuelta a la Fig. 1, busque en la parte inferior derecha el NPSHr. Esto depende de la bomba que elija, a la velocidad deseada. Con las bombas Viking, puede encontrar el NPSHr en pies o metros de altura en el generador de curvas Viking, como se muestra en la Fig. 3. Para otras bombas, póngase en contacto con el fabricante de la bomba.

 

 

Fig. 3: Curva de rendimiento de Viking KK4124A que muestra 2,0 m (6,7 pies) de NPSHr para un caudal de 18 m3/h (80 GPM) a

Una ventaja única de las bombas Viking, y de las bombas de DP en general, es que en una situación de cavitación, se puede reducir el NPSHr de una bomba existente simplemente reduciendo la velocidad, ya sea mediante un variador de frecuencia (VFD) o cambiando la relación de transmisión del engranaje reductor. Los efectos de esta reducción de velocidad se muestran en la fig. 4, donde una reducción de velocidad de unos cientos de rpm puede reducir el NPSHr en varios metros. Por supuesto, esto reduce el caudal, que es proporcional a la velocidad, pero puede ser una buena solución temporal hasta que se puedan abordar otras variables.

 

Esto también apoya la práctica común de elegir una bomba más grande y hacerla funcionar más despacio para maximizar la vida útil. Para obtener los 18 m3/h (80 GPM) que queremos, podríamos haber elegido la siguiente bomba más grande, una L4124A a 390 RPM con un NPSHr de sólo 1,37 m (4,5'), o incluso el siguiente modelo más grande, una LL4124A a 313 RPM con 1,01 m (3,3') de NPSHr, ambas bastante más pequeñas que la KK.

 

Fig. 4: Tabla de NPSHr para bombas de engranaje interno Viking, que ilustra cómo la reducción de la velocidad puede reducir significativamente el NPSHr

 

En función del líquido bombeado, la presión de vapor Hvp puede parecer fija, pero para muchos líquidos volátiles Hvp puede reducirse bajando la temperatura. Esto puede verse en el gráfico de la Fig. 5 de presión de vapor frente a temperatura. Esto también ayuda a explicar por qué algunas bombas tienen cavitación en verano pero no en invierno, si su NPSHa y NPSHr son casi iguales.

 

Fig. 5: Curva de presión de vapor frente a temperatura para tolueno: 1,16 m a 40 ⁰C (104 ⁰F)

 

Las pérdidas por fricción en la línea de aspiración, Hf, pueden reducirse, incluso en sistemas existentes, aumentando el tamaño de la tubería de aspiración, sustituyendo los codos estándar por codos de barrido largo, aumentando el tamaño de malla en los filtros de aspiración o sustituyendo las válvulas por diseños con menores pérdidas por fricción (por ejemplo, de válvula de globo a válvula de compuerta). Trasladar la bomba más cerca del depósito de origen puede ser el último recurso.

 

Por último, Hz, la distancia vertical desde la superficie del líquido en el depósito de suministro hasta la línea central de la bomba, nos dirá cuánta altura de aspiración, si la hay, se permite para que una bomba pueda colocarse por encima del nivel del líquido en el depósito.

 

Como comprobación, podemos insertar nuestros valores de la solución gráfica en la ecuación NPSHa original NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp. Obtenemos NPSHa = 32,1' - 9,5' - 12,1' - 3,8' = 6,7', o 9,78m - 2,89m -3,69m - 1,16m = 2,04m, que resulta ser igual a los valores de NPSHr de la bomba que elegimos, por lo que en ambos casos NPSHa=NPSHr. Obsérvese que, al tratarse de una altura de aspiración, restamos Hz. Si fuera una altura de aspiración positiva, la sumaríamos.

La mayoría de los usuarios de bombas quieren que NPSHa sea superior a NPSHr con un amortiguador de al menos unos metros para permitir condiciones cambiantes, y aunque el amortiguador no aparece en estos gráficos o cálculos, es claramente la mejor práctica tenerlo en cuenta. Así pues, aunque podamos obtener una altura de aspiración Hz de hasta 2,93 m, lo óptimo es reducirla unos metros o un metro, o hacer otros ajustes para mejorar el NPSHa, como elegir una bomba más grande de tamaño L o LL.

 

¿Cómo saber si no es posible con la altura de aspiración? Si la suma de NPSHr + Hvp + Hf supera Ha, la diferencia, Hz, debe ser una altura de presión positiva en la aspiración de la bomba. Un ejemplo de cuándo puede ocurrir esto es si se quiere lavar el mismo sistema de bombeo con agua caliente entre lotes. Con agua a 82°C (180°F), la Hvp es de 5,43 m (17,8'). Míralo gráficamente a continuación.

 

 

 

 

En este caso, la elevada presión de vapor del agua caliente requiere una altura de aspiración positiva de al menos 1,38 m (4,5') en el lado de aspiración de la bomba para evitar la cavitación. En este caso, debe colocarse una fuente de agua caliente por encima de la bomba para el ciclo de lavado.

Dos advertencias finales 1) este breve análisis no tiene en cuenta las aplicaciones de aspiración de recipientes bajo presión o vacío, y 2) no tiene en cuenta Hv, la altura de velocidad en la boca de aspiración, ya que normalmente es despreciable. Los valores de Hv para las bombas Viking se pueden encontrar en la publicación de Viking AD-19 «Altura de aspiración positiva neta».

Como ha visto, visualizar la NPSH no es tan difícil y puede evitar o solucionar problemas de cavitación que provocarían paradas imprevistas y elevados costes de mantenimiento. Póngase en contacto con su distribuidor local autorizado de Viking Pump para obtener ayuda en la selección de nuevas bombas y estrategias para evitar la cavitación.