NPSH de bomba vertical versus horizontal: cuál funciona mejor

Por qué NPSH decide el destino de su bomba centrífuga

¿La bomba centrífuga vertical tiene mejor NPSH que la horizontal? Esa pregunta surge en casi todas las reuniones de selección de bombas donde el lado de succión está hermético, el líquido está caliente o el nivel del tanque es bajo. La respuesta corta es sí: en la mayoría de las instalaciones, una bomba vertical entrega un NPSH disponible más alto que una bomba horizontal montada sobre el nivel del líquido, razón por la cual las bombas verticales cavitan menos en aplicaciones de baja altura de succión. La respuesta más larga, que es más útil para su trabajo de diseño, depende de si está comparando NPSHa o NPSHr.

NPSH significa altura de succión neta positiva. Es el margen entre la presión a la entrada de succión de la bomba y la presión de vapor del líquido. Cuando la presión local cae a la presión de vapor, el líquido se convierte en burbujas de vapor. Esas burbujas viajan hacia el impulsor y colapsan violentamente, generando ondas de choque que erosionan el impulsor y las superficies de la carcasa. La cavitación de este tipo reduce el rendimiento hidráulico, aumenta la vibración y el ruido y acorta la vida útil de las juntas y los cojinetes.

Dos números diferentes llevan la etiqueta NPSH. NPSHr (requerido) es una propiedad de la bomba: la energía de succión que el impulsor necesita para evitar una cavitación significativa a un flujo y velocidad determinados, según lo publicado por el fabricante. NPSHa (disponible) es una propiedad del sistema: la energía de succión que el nivel del tanque, las tuberías y la elevación de la bomba realmente suministran a la brida de succión. La práctica de la ingeniería mantiene NPSHa cómodamente por encima de NPSHr, con un margen de al menos 0,5 m (1,6 pies) y, a menudo, 1,0 mo más cuando el líquido está cerca de su punto de ebullición, el flujo varía o el nivel fluctúa.

Una simple analogía ayuda. Un batido con una pajita corta es fácil porque la superficie del líquido se encuentra cerca de la boca. Con una pajita larga, se cuela más fuerte y la baja presión en la entrada de la pajita hace que el líquido burbujee más rápido si está a punto de hervir. La bomba es su boca, la línea de succión es la pajita y el NPSH mide cuánto esfuerzo de succión queda antes de que el líquido comience a evaporarse.

NPSH en bombas centrífugas verticales y horizontales: lo que realmente difiere

Una vez que se separa NPSHa de NPSHr, las contradicciones en las discusiones en línea desaparecen. Los ingenieros que dicen que "no hay diferencia perceptible entre las versiones vertical y horizontal" se refieren a NPSHr: dos bombas construidas con el mismo diseño hidráulico tienen una altura de succión requerida casi idéntica. Los ingenieros que dicen que las bombas verticales tienen mejor NPSH están hablando de NPSHa, que depende mucho más de la geometría de la instalación que de la orientación del eje.

NPSHa proviene de tres variables del sistema: altura de succión estática (la distancia vertical desde la superficie del líquido hasta la entrada de succión de la bomba), pérdida por fricción de la tubería de succión y la presión sobre la superficie del líquido. En términos métricos, NPSHa es igual a la presión absoluta sobre el líquido, más la altura de succión estática, menos la presión de vapor, menos la pérdida por fricción, todo en metros de columna de líquido.

La tabla explica la conclusión principal: una bomba vertical mejora NPSHa porque su entrada de succión se encuentra debajo de la superficie del líquido y el camino de succión es corto. Una bomba horizontal debe elevar el líquido a través de una tubería más larga, y cada metro de elevación de succión o pérdida por fricción reduce directamente el NPSHa.

NPSHr es una propiedad hidráulica, no una propiedad de orientación

¿Por qué el NPSHr permanece más o menos igual independientemente de la orientación? Porque lo establece la geometría de entrada del impulsor, la velocidad de rotación y el caudal. El impulsor no sabe si el eje corre vertical u horizontalmente; solo responde a las condiciones de flujo que ingresan a su ojo. Por lo tanto, dos bombas que comparten el mismo diseño hidráulico tendrán valores de NPSHr casi idénticos.

Un matiz es importante para las bombas verticales multietapa: el impulsor de la primera etapa se encuentra en la parte inferior de la columna, cerca de la entrada de succión, lo que mantiene el flujo de entrada corto y directo. Pero éste es un detalle de diseño, no una ley general. La orientación por sí sola no reduce la NPSHr; el diseño hidráulico sí.

Tres formas prácticas en que las bombas verticales mejoran el NPSH disponible

Las bombas verticales obtienen su reputación NPSH gracias a su disposición mecánica. Tres mecanismos explican la ventaja.

1. Entrada de succión baja

Una bomba sumergible vertical o una bomba vertical de eje largo coloca la entrada de succión en la parte inferior de la máquina, por debajo del nivel mínimo de líquido. La distancia vertical desde la superficie del líquido hasta la entrada se convierte en una carga estática positiva que se suma directamente a NPSHa. Esto es lo que los ingenieros quieren decir cuando dicen que la instalación "enterra" la bomba: el extremo de succión se encuentra lo suficientemente profundo como para disfrutar de la columna de líquido completa que se encuentra encima. Bombas sumergibles verticales serie SCY , por ejemplo, se basan en este principio para sumideros y fosos industriales.

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2. Tubería de succión corta

Debido a que la entrada de succión es integral con la carcasa o columna de la bomba, no hay una línea de succión horizontal larga. Las pérdidas por fricción debidas a la longitud de las tuberías, los codos y las válvulas de pie desaparecen en gran medida. En el servicio de pozo profundo y pozo colector, la bomba se ubica directamente en el pozo y el único camino entre el líquido y el impulsor es la campana de entrada corta. Cada metro de pérdida por fricción evitado es un metro agregado a NPSHa.

3. La operación sumergida elimina las preocupaciones sobre el cebado

Cuando la entrada de succión permanece por debajo del nivel del líquido, la bomba se ceba sola según su diseño. No hay bolsas de aire para purgar ni una línea de succión larga para sellar contra fugas de vacío. El aire que ingresa a una línea de succión horizontal es una fuente común de síntomas similares a los de la cavitación; una bomba vertical sumergida elimina ese modo de falla por completo.

Cuando una bomba horizontal todavía tiene sentido y cómo solucionar su problema de NPSH

La ventaja NPSH de las bombas verticales no hace que las bombas horizontales queden obsoletas. La mayoría de las estaciones de bombeo todavía dependen de bombas horizontales de succión final, de carcasa dividida o de proceso químico, y por buenas razones:

• Acceso de mantenimiento más fácil al sello mecánico, el impulsor y los cojinetes sin retirar una columna larga.
• Altura total más baja para edificios con espacio libre limitado.
• Amplia selección de diseños estándar, incluidas disposiciones de respaldo extraíbles.
• Eficiencia ligeramente mayor en algunos diseños debido a disposiciones más simples de rodamientos y sellos.

Las bombas horizontales son la elección natural cuando el lado de succión es favorable: un tanque encima del piso de la bomba, un nivel de líquido controlado y una tubería de succión corta. En el servicio químico, donde el medio es corrosivo y el acceso para mantenimiento es crítico, los ingenieros a menudo se quedan con Bombas centrífugas químicas horizontales serie IH cuando esas condiciones se cumplan. Para circuitos generales de suministro de agua industrial, de refuerzo y de refrigeración, Bombas centrífugas horizontales serie SLW cubren la mayoría de las tareas sin necesidad de un hoyo profundo.

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Si su aplicación se inclina horizontalmente pero el NPSHa calculado es demasiado bajo, arregle el sistema en lugar de abandonar la orientación de la bomba:

1. Baje la bomba. Móntelo lo más cerca posible del nivel del líquido; Bajar la línea central aumenta directamente la altura de succión estática.
2. Agrandar el tubo de succión. Un tamaño nominal mayor puede reducir sustancialmente la pérdida por fricción con el mismo caudal.
3. Acorte y enderece el recorrido de aspiración. Elimine curvas, reductores y válvulas de estrangulación innecesarios.
4. Eleve el nivel de líquido del tanque o agregue un pequeño recipiente de succión para aumentar la carga estática positiva.
5. Enfriar el líquido si la presión de vapor es alta. Una temperatura más baja aumenta NPSHa para la misma presión absoluta.
6. Agregue una pequeña bomba de refuerzo delante de la bomba principal cuando la presión de succión siga siendo insuficiente después de cambiar las tuberías.

Paso a paso: verificar NPSH antes de comprar

Cualquiera que sea la orientación que elija, verifique los números antes de realizar un pedido. Utilice esta lista de verificación de cinco pasos:

1. Identifique el líquido y la temperatura de funcionamiento en el peor de los casos. Obtener la presión de vapor a esa temperatura; las condiciones más cálidas reducen el NPSHa.
2. Determine la altura de succión estática. Mida la distancia vertical desde la superficie del líquido hasta la entrada de succión de la bomba; es positivo para una bomba vertical sumergida y negativo para una bomba horizontal sobre el líquido.
3. Calcule la pérdida por fricción de la tubería de succión. Tenga en cuenta el diámetro de la tubería, la longitud equivalente, las curvas, una válvula de pie si está presente y el filtro.
4. Calcule NPSHa con unidades consistentes. Utilice metros de columna de líquido para la presión superficial del tanque, la altura de succión estática, la presión de vapor y la pérdida por fricción.
5. Compare con la curva NPSHr del fabricante en la intersección de su flujo operativo y velocidad. Confirme que NPSHa menos NPSHr esté al menos 0,5 m por debajo del nivel de líquido más bajo esperado.

Solicite al fabricante la curva NPSHr completa, no solo un punto mínimo, porque la curva muestra cómo se comporta la bomba en todo su rango de operación. La plataforma de prueba en nuestras instalaciones cubre diámetros de bomba de 32 mm a 1200 mm y potencias de motor de 1,1 kW a 1200 kW, por lo que el rendimiento hidráulico y el comportamiento de succión se pueden verificar antes de que una unidad salga de fábrica. Si sus condiciones de succión son inusuales, póngase en contacto con nuestro equipo de ingeniería de bombas con el punto de operación y un croquis de la tubería para su verificación.

¿Qué orientación de bomba debería elegir para aplicaciones con bajo NPSH? — Veredicto final

La selección se deriva directamente de la distinción NPSHa/NPSHr.

Elija una bomba vertical (una bomba sumergible vertical, una bomba vertical de eje largo o una bomba de líquido vertical) cuando el nivel del líquido es bajo, el pozo es profundo, la altura de succión es marginal o el líquido debe extraerse de un sumidero. La entrada de succión sumergida y la ruta de succión corta brindan un NPSHa naturalmente más alto y el margen contra la cavitación es más indulgente cuando los niveles fluctúan.

Elija una bomba horizontal cuando la altura de instalación sea limitada, el acceso para mantenimiento sea una prioridad y el lado de succión pueda controlarse (por ejemplo, una sala de bombas donde el tanque de suministro se encuentra sobre el piso de la bomba). Con el tamaño correcto de la tubería de succión, las bombas horizontales manejan la mayoría de los servicios químicos y de agua limpia de manera confiable.

Mantenga los dos números separados cuando lea consejos contradictorios en línea. Si alguien dice que las bombas verticales tienen mejor NPSH, se refiere a NPSHa. Si alguien dice que no hay diferencia, se refiere a NPSHr. Ambas afirmaciones pueden ser ciertas a la vez. Cubrimos las compensaciones mecánicas más amplias en nuestra comparación anterior de bombas horizontales y verticales .

Antes de finalizar cualquier especificación de la bomba, verifique NPSHa con la curva NPSHr del fabricante en cada punto de flujo operativo y confirme el margen en el nivel de líquido más bajo esperado. Unos pocos minutos de cálculo ahora pueden evitar años de impulsores dañados por cavitación y tiempos de inactividad no planificados.