Funcionamiento de una bomba centrífuga al vacío

Un poco de teoría para empezar.

NPSH, “Net Positive Suction Head” (Cabeza Neta Positiva de Succión) o reserva de cavitación, es el parámetro más importante para evaluar la capacidad de succión de una bomba. El NPSH determina la presión mínima en la entrada de la bomba necesaria para operar sin cavitación.

Existen dos valores de NPSH: NPSHr (“required” o requerido) — la reserva de cavitación necesaria, es decir, la presión mínima que debe existir en la entrada de la bomba. El NPSHr se determina mediante pruebas de fábrica para cada bomba y se indica en gráficos y tablas (ver Fig. 1). Cabe destacar que estos datos se proporcionan para una temperatura del líquido de +20 °C.

Fig. 1

Comparación de los valores NPSH de bombas a 1500 y 3000 rpm.

NPSHa (“available” o disponible) — la presión disponible en el sistema donde se instala la bomba. Dado que la bomba se utiliza dentro de un sistema (calefacción, suministro de agua, aguas residuales, producción de alcohol, alimentos, etc.), el rendimiento de la bomba depende en gran medida de la tubería, la configuración del sistema, las válvulas de cierre, la automatización, y no solo del diseño o fabricante de la bomba.

NPSHa (sistema) siempre debe ser mayor que NPSHr (bomba)

NPSHa > NPSHr

Esta condición debe cumplirse para el funcionamiento normal y libre de cavitación de la bomba.

Tomemos como ejemplo el funcionamiento de una bomba al extraer líquido de un recipiente bajo vacío. Esto puede ser, por ejemplo, un reactor químico o una columna de fermentación de la cual se extrae el vinazo.

El esquema básico de este proceso se muestra en la Fig. 2.

La solución técnica se muestra en la Fig. 3.

Fig. 2

Fig. 3

El NPSHa de un sistema que opera bajo vacío se calcula con la fórmula:

NPSHa = P + Lh − (Vp + Hf)

P — presión sobre la superficie del líquido en un recipiente cerrado (presión absoluta);

Dado que el recipiente está bajo vacío, se asume P = 0 (vacío absoluto, aunque en sistemas reales la presión absoluta nunca será cero).

Lh — altura máxima del líquido (altura estática sobre la bomba);

Vp — presión de vapor del líquido a la temperatura máxima de operación;

Hf — pérdidas por fricción en la línea de succión a la capacidad requerida de la bomba;

De la fórmula se deduce que para aumentar la capacidad de succión de la bomba, se debe aumentar la altura del líquido (Lh), reducir la presión de vapor del líquido (Vp) — ya que depende de la temperatura, es recomendable bombear líquidos más fríos — y reducir las pérdidas por fricción en la tubería (aumentar el diámetro de la línea de succión, instalar válvulas de mayor diámetro).

Como se ve en la Fig. 1, se recomienda priorizar el uso de bombas a 1500 rpm en lugar de 3000 rpm.