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6.2.- Como se Determina el NPSHR

El NPSHR de la bomba es una propiedad del diseño y se determina mediante una prueba estructurada y diseñada por el Instituto de Hidráulica de los Estados Unidos (AHI), donde el Cabezal Total (H) de la bomba es medido a una velocidad determinada y a una capacidad (Caudal Q) preestablecida, con estos valores fijos se varía el NPSHA del sistema para determinar el NPSHR.

La metodología para calcular el NPSHR de la bomba centrífuga es la siguiente, se fija y mantiene constante el Cabezal Total (H)de la bomba, suministrando a la bomba valores altos de NPSHA. El NPSHA del sistema se va reduciendo hasta que se produce una ruptura de la estabilidad del Cabezal de Descarga, el cual cae afectando el rendimiento de la bomba

De acuerdo con el Instituto de Hidráulica existen tres arreglos de bancos de pruebas para verificar el NPSHR por las bombas centrífugas. Él más usado de estos arreglos es el de Nivel Constante fundamentalmente por su sencillez y economía (Baja inversión relativa para generar la infraestructura necesaria), respecto a los otros sistemas.

En este arreglo de banco de pruebas se mantiene un nivel de líquido a la succión de la bomba (es decir se mantiene la presión estática a la succión) y se hace variar la presión de succión mediante una válvula de estrangulamiento, hasta que el Cabezal Total (H) de descarga sea afectado en su desempeño. 

El segundo arreglo usado para verificar el NPSHR por las bombas es el que posee un Tanque de Agua de Nivel Variable; donde es posible variar el nivel de líquido y de esta forma sé varía el NPSHAen el sistema y por acción directa la presión a la succión de la bomba. En este sistema se varía el nivel de líquido hasta que el Cabezal de Descarga caiga a los niveles establecidos.

El último arreglo es el constituido por un Tanque o Recipiente Cerrado, con un circuito cerrado para el movimiento del agua de prueba, posee bombas de vacío y sistemas para el ajuste de la temperatura del agua. La figura Nº 6-3 muestra un diagrama típico de los tanques usados para evaluar el NPSHR de las bombas centrífugas.

Figura N° 6-3.- Circuito presurizado para evaluación del NPSHR por las bombas.
Fuente: ASMEPTC-8.2-1990

El método de prueba de NPSHR acordado por el Instituto de Hidráulica de los Estados Unidos, el cual esta validado para los diferentes arreglos de bancos de pruebas y configuraciones de bombas es el que sigue a continuación.

Para la realización de las pruebas se fija un caudal (Q) y un Cabezal Total (H) sobre las curvas de rendimiento de la bomba que se quiere evaluar, se estabiliza el sistema suministrando un valor alto de NPSHA, luego se hace variar la presión de succión hasta que se logra generar la caída de presión de descarga o Cabezal Total de Descarga (H) hasta que se inicie la cavitación en el área de succión de la bomba.

El punto exacto donde comienza la cavitación no es sencillo de determinar por métodos tradicionales, sin embargo, por convención se ha establecido que una caída del 3 % del Cabezal de descarga fijado para la prueba es el indicativo que la cavitación está en desarrollo.

La figura Nº 6-4 muestra una curva típica de Cabezal Total de Descarga vs. NPSHA, donde para diferentes caudales Q1, Q2, Q3, Q4 se reduce el NPSHA hasta observar una caída del 3% en magnitud en el Cabezal fijado, en este punto se considera que se ha iniciado la cavitación.

Generalmente para servicios de agua de calderas y para equipos de alta energía, sometidos a condiciones exigentes de operación se utiliza el criterio del 1% de caída de Cabezal Total de Descarga, para determinar el NPSHR por las bombas que se aplicaran en estos servicios

En pruebas realizadas en laboratorios y en experiencias de campo relatadas por personas de gran prestigio en el área, como Igor Karassik, muestran altas tasas de cavitación – erosión (evidenciada con incremento de ruido y vibraciones en las bombas) en bombas trabajando próximas al NPSHR correspondiente al 3%, a caudales cercanos al BEP. Esta tasa de erosión disminuye cuando el punto de funcionamiento se aleja del BEP tanto a la derecha como la izquierda.

Figura N° 6-4.- Curvas de Cabezal vs NPSH mostrando la caída del 3% en Cabezal.
Figura N° 6-4.- Curvas de Cabezal vs NPSH mostrando la caída del 3% en Cabezal.
Fuente: Pump and System Troubleshooting Handbook_ Cavitation and NPSH in Centrifugal Pumps_By Paul T. Lahr

Las pruebas para determinar el NPSHR por una bomba son desarrolladas con agua a temperatura ambiente, debidamente desaireada y los resultados son usados indiferentemente para el fluido que bombea el equipo, solamente en algunos casos especiales se realizan pruebas de cavitación para fluidos específicos, como pueden ser hidrocarburos o aceite, o con agua a temperaturas mayores a la temperatura ambiente.

Con esto se asume que la presión de vapor del fluido (HVP) bombeado no tiene influencia en el NPSHR por la bomba, lo cual no es cierto, ya que se han realizado pruebas con hidrocarburos livianos y se han logrado NPSHR más bajos que los medidos con agua. No se realiza ninguna corrección al usar un fluido distinto al agua, tal como lo presenta en algunas tablas el AHI, ya que podría causar confusión y posibles errores de apreciación.

La norma ISO/TR 17766 “Centrifugal pumps handling viscous liquids performance corrections”. Es un Reporte Técnico (Technical Report) que establece como deben ser hechas las correcciones en rendimiento de las bombas cuando se está bombeando liquido viscoso. Las ecuaciones presentadas en este reporte técnico aplican para bombas horizontales y verticales de diseño convencional cuando bombean líquidos con viscosidades mayores a la del agua, equipadas con impulsores cerrados o abiertos, de succión simple o doble, bombeando líquidos Newtonianos en el rango de operación normal.

En la sección 7.3 “Method for estimating net positive suction head required (NPSHR)”, este reporte técnico explica que la viscosidad tiene una influencia dual en el desempeño del NPSHR primero que con el incremento de la viscosidad aumenta la fricción y por ende el NPSHR, pero al mismo tiempo la alta viscosidad limita la difusión del aire y el vapor en el líquido con lo cual decrece el NPSHR

En la norma se establece una metodología empírica para la corrección del NPSHR que no vamos a describir en este libro. Lo importante de resaltar de la metodología, que es un método general no está basado en pruebas de NPSHR, por lo cual debe ser usado con cautela debido a que pudiese tener limitaciones y la precisión de los resultados puede ser afectada por las características propias del fluido.

Lo más recomendable es no hacer corrección alguna del NPSHR, sin embargo, si se tienen dudas lo mejor es consultar al fabricante para esa aplicación en particular evitando de esta forma las posibles complicaciones de utilizar el Reporte Técnico de la ISO.

En la actualidad los fabricantes e institutos de investigación poseen modelos matemáticos que predicen el fenómeno de cavitación o disponen de impulsores con materiales trasparentes donde miden el tamaño de burbuja en las caras de los alabes a la succión, determinando el momento exacto cuando se inicia la cavitación, o cuando la cavitación empieza a afectar la metalurgia de la bomba y el rendimiento.

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