El NPSH es un concepto conocido como la altura mínima neta positiva de succión. A continuación, se explica para qué sirve y cómo influye sobre la cavitación en una instalación de bombeo.
El NPSH es un concepto usado en aplicaciones hidráulicas para el bombeo de fluidos y corresponde con el valor de una presión absoluta mínima necesaria en la aspiración de un equipo de bombeo.
Vivimos en el planeta tierra y, por tanto, estamos sometidos a las leyes físicas que lo gobiernan. Los fluidos bombeados en los procesos industriales no siempre se encuentran en las condiciones idóneas para ser vehiculados por un equipo de bombeo. Hay factores externos o físicos del propio fluido que pueden provocar el efecto llamado de cavitación a la entrada del equipo de bombeo al tratar de aspirarlos.
Algunos de estos factores son:
Altura de aspiración elevada.
Fluido con una tensión de vapor muy alta.
Circuito de aspiración excesivamente largo o con demasiados accesorios intermedios.
Temperatura de bombeo inadecuada.
Todos estos factores indican las circunstancias en las que una estación de bombeo puede entrar en cavitación.
Para evitarlo hay que determinar un parámetro que garantice que ese efecto de cavitación no se va a producir. Ese parámetro es el NPSH (Net Positive Suction Head).
¿Qué es la Cavitación?
Básicamente, la cavitación se produce en un equipo de bombeo cuando en la aspiración se forman burbujas de gas del fluido que se trata de aspirar.
Esto ocurre cuando la presión de aspiración a la que está sometido el fluido que se quiere bombear es inferior a la tensión de vapor que tiene dicho fluido. En ese momento empieza a transformarse el fluido en vapor, es decir, se produce una evaporación parcial del fluido, generándose burbujas de gas justo en la boca de entrada al impulsor del equipo de bombeo.
Estas burbujas son arrastradas por los álabes del impulsor o rotor junto con el fluido a una zona en el perfil de salida, donde implosionan generando un punto de energía tan elevado que llega a destrozar el material constructivo de los rotores del equipo de bombeo y su voluta.
La cavitación tiene unos efectos muy significativos. Se detecta por un ruido típico acompañado de vibraciones y una pérdida de presión en la impulsión del equipo.
La cavitación provoca graves averías en los equipos de bombeo. También es difícil de resolver una vez terminada la instalación. Por esa razón es muy importante determinar los valores de NPSH correctos en la fase de estudio y así evitar una situación difícil de resolver, una vez terminada la construcción del sistema.
Cómo calcular el NPSH
Lo primero que hay que tener en cuenta es que existen dos valores de NPSH que hay que comparar:
NPSH requerido. Es un valor que depende de las características del equipo de bombeo que se va a utilizar en la instalación. Este valor no es fijo, varía en función de la bomba, de sus características, rpm, etc. Este valor refleja la capacidad de aspiración que tiene un equipo de bombeo para un punto de caudal determinado. Es un valor que los fabricantes incluyen en sus curvas de funcionamiento.
NPSH disponible. Es un valor que depende de las características de la instalación y corresponde con la presión disponible en la instalación por encima de la tensión de vapor del fluido. Este valor de presión positiva sería medible en la brida de aspiración del equipo de bombeo.
El cálculo del valor del NPSH requerido es el que hace el fabricante y solo tendremos que tomarlo de la curva de funcionamiento del equipo de bombeo que se ha seleccionado para la aplicación objeto del estudio.
El valor que sí hay que calcular es el correspondiente al NPSH disponible. Existen muchos calculadores en internet y los propios fabricantes facilitan los suyos, por lo que esta labor es relativamente sencilla. En este artículo explicaremos una fórmula que puede ser muy útil para obtener un valor aproximado.
La fórmula está basada en los cuatro factores que componen el NPSH disponible:
La altura estática existente desde el nivel del fluido hasta el eje del equipo de bombeo.
La presión que existe sobre el fluido (Habitualmente la atmosférica).
La tensión de vapor del fluido a la temperatura de bombeo.
La pérdida de carga en la línea de aspiración del sistema, incluyendo tubería, codos, tes, válvulas, etc.
Con esta consideración, la fórmula aplicable es:
NPSHdisp. = 105 * ((Pl-Pv) / (ρ * g)) ± Hs - Pc
Pl. Presión sobre el fluido en bar.
Pv. Tensión de vapor del fluido a la temperatura de bombeo en bar. 1 bar = 10,33 mca
ρ. Peso específico del fluido en kg/dm3
g. Gravedad 9,81 m/s2
Hs.Altura de aspiración en metros. Se pone positiva si el fluido está por encima del equipo de bombeo y negativa si está por debajo.
Pc. Pérdida de carga en la aspiración.
Conocidos estos dos valores, hay que asegurarse de que el NPSH disponible es mayor que el NPSH requerido para evitar el efecto de cavitación.
NPSH disp. ≥ NPSH req. + Coef.
Esta sería la relación básica que aseguraría que el sistema de bombeo que estamos calculando no entrará en cavitación. Habitualmente, los técnicos recomiendan añadir un coeficiente de seguridad (Coef. en la fórmula) para asegurar que una pequeña variación de las condiciones de aspiración no provoque el efecto de cavitación que se está tratando de evitar. Se suele recomendar 0,5 a 1 metro.
Fenómeno del límite de aspiración
Este fenómeno, también conocido como límite en la capacidad de aspiración de un equipo de bombeo, está totalmente relacionado con los conceptos de NPSH vistos en los puntos anteriores.
Se produce cuando la altura estática del fluido a bombear se encuentra por debajo del equipo de bombeo, es decir, se trata de un valor negativo.
Por ejemplo, para aspirar agua de un pozo, la profundidad de éste será la que determine el valor de altura estática negativa.
En teoría se podría aspirar desde una profundidad de 10,33 metros, pero en la realidad eso no es posible y el culpable de esta situación es nuevamente el valor de NPSH disponible. Habrá que realizar los cálculos descritos anteriormente para ver si un equipo centrífugo situado en el brocal del pozo del ejemplo es capaz de aspirar el fluido.
En el caso de que los cálculos realizados indiquen que no se puede realizar la aspiración deseada, habrá que cambiar de sistema de bombeo. En el mercado existen varias alternativas y muchas de ellas son ejecuciones estandarizadas por los fabricantes. Se podrían usar equipos sumergibles, tipo lapicero o pozo profundo, con ejes de transmisión o equipos instalados en serie donde uno de ellos hace de booster del otro.
¿Cómo solucionar los problemas de NPSH?
Por lo general no es una tarea fácil y siempre implica una inversión económica. Cuando aparecen problemas de cavitación en un equipo de bombeo que ya está funcionando, será necesario hacer un análisis previo de las causas que lo producen, antes de comenzar a realizar cambios costosos.
Hay que considerar que los problemas que está causando esa cavitación están producidos habitualmente por los mismos factores utilizados para realizar los cálculos, pero también pueden existir otros.
Lo primero que hay que analizar es si la cavitación es un efecto nuevo o si se produjo desde el principio.
Cavitación a posteriori. Cuando se trata de un bombeo que funcionaba correctamente pero que de repente ha empezado a cavitar. En este caso, habrá que identificar los cambios que se han podido producir. Por ejemplo, un cambio en la temperatura del fluido o un cambio en su densidad. En el caso de una instalación por debajo del equipo de bombeo, es muy frecuente la bajada brusca del nivel del fluido, lo que provoca un aumento de la altura estática negativa.
Cavitación a priori. Cuando la cavitación aparece desde el primer momento de la puesta en marcha. En este caso, habrá que revisar los cálculos del NPSH disponible para localizar el error y ver qué solución se puede aportar.
Las soluciones a los problemas de cavitación de los sistemas de bombeo no son cosa fácil de encontrar. Estas soluciones se pueden dividir en dos grupos: acciones sobre el NPSH requerido, es decir, sobre el equipo de bombeo, o acciones sobre el NPSH disponible, es decir, sobre la instalación de aspiración. En cualquier caso, y aunque suene a broma, antes de realizar cualquier modificación, es aconsejable revisar que no esté obstruida la aspiración (trapos, lodos, palos, válvulas a medio cerrar…)
Acciones sobre el NPSH requerido. Suelen ser las más complicadas. Implican realizar modificación en el equipo instalado y no siempre los fabricantes tienen una solución a este problema.
Instalación de un inducer sobre la entrada del rotor.
Modificación de la entrada del rotor de primera etapa.
Cambio de la bomba a otro modelo con un NPSH requerido menor. Algunos fabricantes disponen de un tipo de bombas que admiten el paso de una cierta cantidad de gas, lo que reduce considerablemente el NPSH requerido.
Estrangulamiento del caudal de bombeo para reducir el NPSH. Esta suele ser un arma de doble filo porque se puede mejorar el NPSH requerido y al mismo tiempo empeorar el disponible, persistiendo el mismo problema.
Colocación de un equipo de bombeo booster.
Acciones sobre el NPSH disponible. En este caso hay que revisar la instalación de aspiración del sistema de bombeo y ver si se puede aplicar alguna de las ideas que se indican a continuación:
Enfriar el fluido.
Aumentar la altura estática en aspiración, si es positiva o reducirla, si es negativa.
Reducir el trazado de tubería en la aspiración.
Reducir el número de accesorios, válvulas curvas…
Aumentar el diámetro de la tubería de aspiración.
Comprimir el fluido en aspiración para conseguir una presión positiva mayor en la entrada del equipo de bombeo.
Muchas instalaciones que se encuentran funcionando correctamente pueden tener ocasionalmente pequeños episodios de cavitación. En la mayoría de los casos estos episodios son inapreciables y no revisten problemas para el equipo de bombeo.
Martes, 8 de octubre de 2024 
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