CAVITACIÓN Y NPSH

NPSH es la caída interna de presión que sufre un fluido cuando este ingresa al interior de una bomba centrífuga. Cuando el fluido ingresa a una bomba centrífuga, lo hace siempre por el centro del rodete impulsor, lugar en donde toma contacto con las paletas de dicho rodete para ser luego impulsado hacia la periferia de la bomba. Pero, al hacer contacto con dicha paletas, el fluido sufre lo que se denomina «Efecto de la Proa de Fuhrmann». Este efecto, establece que el fluido, que ya ha pasado por las pérdidas de fricción y de accesorios del sistema de tuberías, aún continúa perdiendo presión esta vez dentro de la bomba centrífuga, al reacomodarse al contorno de la paleta, en cuya punta el fluido choca contra el extremo, se reacomoda rápidamente, aumenta su velocidad, y por ende disminuye su presión. Otro factor que determina esta caída de presión es el hecho de que el flujo ingresa al centro del rodete de forma axial, y se debe reorientar para seguir el contorno de las paletas.

NPSH1

La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un circuito de bombeo: si la presión en el circuito es menor que la presión de vapor del líquido, éste entrará en algo parecido a la ebullición: se vaporiza, produciéndose el fenómeno de cavitación, que puede dificultar o impedir la circulación de líquido, y causar daños en los elementos del circuito.

En las instalaciones de bombeo se debe tener en cuenta la NPSH referida a la aspiración de la bomba, distinguiéndose dos tipos de NPSH:

NPSH requerida: es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante en sus curvas de operación.

NPSHrequerido = Hz + V2/2g

dónde

  • Hz es la Altura mínima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.a. (metros de columna de agua).
  • V2/2g es la presión cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la boca de aspiración, en m.c.a. (para Va en m/s).

NPSH disponible: depende de las características de la instalación y del líquido a bombear.

NPSH disponible =  Pa/Y – Ha – hf – Pv/Y

, siendo:

  • Y el peso específico del líquido (N/m3)
  • Pa, la presión en el nivel de aspiración, en Pa.
  • Ha, altura geométrica de aspiración, en mca.
  • Hf, pérdida de carga en la línea de aspiración, en mca.
  • Pv, presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en Pa.

NPSH2

El peso específico del agua, varía en función de temperatura de la misma:

Temperatura ºC Peso específico N/m3
0 9805
5

9806

10 9803
20 9786
40 9737
60 9658
80 9557
100 9438

La presión en el nivel de aspiración varía en función de la altitud, sabiendo que por cada 10 metros sobre el nivel del mar, desciende la presión en 1 mmHg (1 Torr).

Sabiendo que la presión al nivel del mar es de 760 mmHg, y que 1 mmHg = 133.32 Pa, se obtiene fácilmente la presión en Pa.

La relación presión de vapor peso específico, varía en función de la temperatura, según la siguiente tabla:

NPSH3

Las pérdidas de carga localizadas, la obtenemos de la siguiente fórmula:

hs= K* v2/2g

, siendo K un factor empírico que depende del tipo de la singularidad del elemento en la tubería,

En la práctica, se suelen adoptar los siguientes valores de K:

  • Válvula esférica (totalmente abierta)          10
  • Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5
  • Válvula de seguridad (totalmente abierta)     5
  • Válvula de retención (totalmente abierta)      2
  • Válvula de compuerta (totalmente abierta)    2
  • Válvula de compuerta (abierta ¾)               15
  • Válvula de compuerta (abierta ½)                 6
  • Válvula de compuerta (abierta ¼)                 0
  • Válvula de mariposa (totalmente abierta) –
  • “T” por la salida lateral                               80
  • Codo a 90º de radio corto (con bridas)         90
  • Codo a 90º de radio normal (con bridas)      75
  • Codo a 90º de radio grande (con bridas)      60
  • Codo a 45º de radio corto (con bridas)         45
  • Codo a 45º de radio normal (con bridas)      40
  • Codo a 45º de radio grande (con bridas)      35

La cavitación se evitará cuando el NPSH disponible sea mayor que el NPSH requerido