NPSH (Net Positive Suction Head) es la altura de succión por encima de la presión de vapor del líquido. El NPSHa, disponible, es de la instalación: NPSHa = (Pa − Pv)/(ρ·g) ± Hz − Hf, en metros de líquido bombeado. El NPSHr, requerido, es el mínimo medido por el fabricante en ensayo y publicado en la curva; crece con el caudal. El margen NPSHa − NPSHr sigue la ANSI/HI 9.6.1, por aplicación, en el menor NPSHa del rango de operación. Con agua al nivel del mar, Hz = +2,0 m y Hf = 1,0 m, el NPSHa es 11,11 m a 20 °C y 2,77 m a 95 °C.
En resumen
- El NPSHa es el NPSH disponible en la instalación; el NPSHr es el mínimo que el fabricante mide en ensayo y publica en la curva, creciendo con el caudal. El margen es NPSHa − NPSHr, verificado en el menor NPSHa del rango de operación.
- En agua a 20 °C, la presión atmosférica estándar equivale a 10,35 m al nivel del mar y a 9,18 m a 1.000 m; la presión de vapor sube de 0,24 m a 20 °C a 8,97 m a 95 °C (NIST).
- Con Hz = +2,0 m, Hf = 1,0 m y un NPSHr de 4,0 m, el NPSHa cae de 11,11 m a 20 °C a 6,66 m a 80 °C y a 2,77 m a 95 °C, con margen negativo.
- La ANSI/HI 9.6.1 de 2024 mide el margen sobre el NPSHr publicado, igual o mayor que el NPSH3, con recomendaciones por aplicación; la guía DOE/HI cita la regla común de NPSHa un 25% por encima del NPSHr.
- En las curvas FBCN para agua limpia a 20 °C, el NPSHr va de cerca de 2 m en la 150-500 a más de 20 m en la 300-340; un modelo de menor velocidad no garantiza un NPSHr menor en el mismo punto.
¿Qué son NPSHa y NPSHr?
NPSH es la sigla de Net Positive Suction Head, la altura de succión por encima de la presión de vapor del líquido. El NPSHa (disponible, o NPSHd) caracteriza la instalación: la altura total absoluta de succión en el plano de referencia del primer impulsor, menos la presión de vapor absoluta del líquido, ambas en columna. El NPSHr (requerido) caracteriza la bomba: el mínimo que indica el fabricante para el desempeño especificado a un caudal, velocidad y líquido.
La diferencia entre ambos es el margen de NPSH, y el NPSHa debe superar siempre al NPSHr (Hydraulic Institute). El NPSHr no se calcula en la instalación: sale del ensayo de la bomba, figura en la curva del modelo junto con altura, potencia y rendimiento, y crece con el caudal. En las curvas FBCN, la 50-160 a 3.500 rpm pide cerca de 1,7 m a 40 m³/h y cerca de 4,7 m a 100 m³/h.
| Criterio | NPSHa (disponible) | NPSHr (requerido) |
|---|---|---|
| Quién lo determina | La instalación (proyectista del sistema) | El fabricante, por ensayo de la bomba |
| Qué representa | Altura de succión absoluta por encima de la presión de vapor, en el plano de referencia de la bomba | NPSH mínimo para el desempeño especificado (≥ NPSH3 ensayado) |
| Cómo obtener | NPSHa = (Pa − Pv)/(ρ·g) ± Hz − Hf | Curva del modelo, al caudal y la velocidad del punto |
| Varía con | Nivel, presión del depósito, temperatura, altitud y pérdidas en la succión | Caudal, velocidad, impulsor y desgaste |
| Unidad | m de columna del líquido bombeado | m de columna del líquido bombeado |
| Criterio de selección | NPSHa ≥ NPSHr + margen, en el menor NPSHa del rango (ANSI/HI 9.6.1) | Margen insuficiente: ruido, vibración, caída de altura y erosión |
Concepto de NPSH en bombas centrífugas
En la bomba centrífuga, la presión cae en el ojo del impulsor, por donde entra el líquido. Si la presión local queda por debajo de la presión de vapor a la temperatura de operación, se forman burbujas de vapor, que colapsan al llegar a una región de mayor presión dentro del impulsor: es la cavitación. Según el Hydraulic Institute, el colapso libera energía suficiente para erosionar los pasajes del impulsor, y la vibración que genera daña también sellos y rodamientos.
El NPSH mide la holgura frente a este fenómeno: el NPSHa caracteriza la instalación, el NPSHr caracteriza la bomba, y el margen es la diferencia entre ambos. Un margen positivo no garantiza ausencia de cavitación. El HI registra que la cavitación visible, el aumento de ruido y vibración, el inicio de la caída de altura o de rendimiento y la erosión pueden ocurrir con margen por encima del NPSHr; por eso la ANSI/HI 9.6.1 recomienda márgenes por aplicación.
Cálculo del NPSHa — fórmula de la instalación
El NPSHa depende del depósito de succión, de la tubería, de la temperatura del líquido y de la altitud del lugar. El HI escribe NPSHa = h_atm + h_s − h_vp: presión atmosférica, altura total de succión y presión de vapor, todas en columna del líquido. En la forma de abajo, cada término se evalúa en las condiciones reales de operación, y la verificación usa el menor NPSHa de todo el rango (ANSI/HI 9.6.1, Apéndice A).
NPSHa = (Pa − Pv) / (ρ · g) ± Hz − Hf [m]NPSH disponible con depósito de succión; todos los términos en metros del líquido bombeado
Los cuatro términos del NPSHa en detalle
Pa es la presión absoluta en la superficie del líquido. En tanque abierto, es la presión atmosférica del lugar: la atmósfera estándar vale 101,325 kPa al nivel del mar (CGPM), y la U.S. Standard Atmosphere, 1976 da 89,88 kPa a 1.000 m y 79,50 kPa a 2.000 m. En agua a 20 °C (998,16 kg/m³, NIST), eso equivale a 10,35 m, 9,18 m y 8,12 m de columna. En tanque presurizado, Pa es la presión absoluta sobre el líquido.
Pv es la presión de vapor a la temperatura del líquido. Según el NIST, el agua saturada tiene 2,34 kPa a 20 °C, 47,41 kPa a 80 °C, 84,61 kPa a 95 °C y 101,42 kPa a 100 °C. Convierta Pa y Pv con la densidad a la misma temperatura, como en la tabla. A 100 °C, Pv ya supera la atmósfera estándar, y (Pa − Pv) es prácticamente nulo en tanque abierto al nivel del mar.
Hz es el desnivel entre el líquido y el plano de referencia de la bomba: positivo en succión inundada (nivel arriba) y negativo en aspiración (nivel abajo). Use el nivel mínimo de operación. Hf es la pérdida de carga de la línea de succión al caudal y la viscosidad reales, con tubos, codos, válvulas y filtros. Según la guía DOE/HI, bolsas de aire o incrustación de la tubería que estrangulan la succión también causan daño por cavitación.
| Temperatura | Pv (kPa) | ρ (kg/m³) | Pv (m) | Pa (m) | Pa − Pv (m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 °C | 2,34 | 998,2 | 0,24 | 10,35 | 10,11 |
| 80 °C | 47,41 | 971,8 | 4,98 | 10,63 | 5,66 |
| 95 °C | 84,61 | 961,9 | 8,97 | 10,74 | 1,77 |
| 100 °C | 101,42 | 958,4 | 10,79 | 10,78 | −0,01 |
Margen de seguridad — ANSI/HI 9.6.1
El NPSH3 es el NPSH en que la altura total de la primera etapa cae un 3% por cavitación; en ese punto ya hay cavitación. La edición 2024 de la ANSI/HI 9.6.1, que sustituye a la de 2017, mide el margen desde el NPSHr publicado, igual o mayor que el NPSH3 ensayado, ya que no todo fabricante publica el NPSH3. Los márgenes recomendados son por aplicación, en diez segmentos de mercado, y no un número único.
La directriz evalúa el margen por tres grupos de factores: el líquido (temperatura, abrasivos, gases disueltos o arrastrados, sólidos), la bomba (diseño, velocidad, desgaste y envejecimiento, que cambian el NPSHr con el tiempo) y el sistema (región de operación, condiciones de entrada, transitorios, líneas de recirculación y bombas en paralelo). Como la presión de succión rara vez se mide de forma continua, el margen también cubre la desviación entre el NPSHa estimado y el real.
La guía DOE/HI registra como regla común de diseño un NPSHa un 25% por encima del NPSHr en todos los caudales esperados, y recuerda que cerca del BEP basta un margen pequeño sobre el NPSH3, pero lejos de él el margen para suprimir toda cavitación es mucho mayor. La regla del 25% es una prueba rápida; para el servicio, vale el margen por aplicación de la ANSI/HI 9.6.1.
Para evaluar una FBCN, informe líquido, temperatura máxima, presión del depósito o altitud del lugar, nivel mínimo, pérdidas en la succión y rango de caudal. El margen se define para esas condiciones y se compara con la curva del modelo. Envíe los datos al equipo técnico: comercial@fbbombas.com.br.
¿Cómo calcular el margen de NPSH?
El margen es NPSHa − NPSHr en el punto de operación. Ejemplo ilustrativo, con un modelo hipotético de NPSHr 4,0 m al caudal de operación: tanque abierto, succión inundada con Hz = +2,0 m y Hf = 1,0 m, iguales en todos los casos. Con agua a 20 °C al nivel del mar, NPSHa = 10,35 − 0,24 + 2,0 − 1,0 = 11,11 m, y el margen es de 7,11 m.
A 80 °C, la presión de vapor llega a 4,98 m y, aun con la columna atmosférica mayor del agua caliente, menos densa, el término (Pa − Pv) cae a 5,66 m. El NPSHa queda en 6,66 m, todavía por encima de los 5,0 m que pide la regla del 25% (1,25 × 4,0 m), con margen de 2,66 m.
A 95 °C, el NPSHa cae a 2,77 m, por debajo del NPSHr de 4,0 m: el margen es negativo, y la selección se rechaza. Para volver a los 5,0 m de la regla del 25%, el nivel mínimo tendría que subir cerca de 2,2 m, o la instalación tendría que cambiar en otro término de la fórmula.
Rehaga el cálculo cuando cambie la temperatura: presión de vapor, densidad y pérdidas cambian juntas, y la verificación vale para la condición más exigente del rango. Las curvas publicadas de la FBCN valen para agua limpia a 20 °C, como indica el encabezado de cada curva; otro líquido u otra temperatura entran en el análisis de selección de ingeniería.
| Condición | Pa − Pv (m) | NPSHa (m) | Margen (m) | NPSHa/NPSHr |
|---|---|---|---|---|
| 20 °C, nivel del mar | 10,11 | 11,11 | 7,11 | 2,78 |
| 20 °C, 1.000 m | 8,94 | 9,94 | 5,94 | 2,49 |
| 80 °C, nivel del mar | 5,66 | 6,66 | 2,66 | 1,66 |
| 95 °C, nivel del mar | 1,77 | 2,77 | −1,23 | 0,69 |
¿Qué pasa cuando el NPSHa es menor que el NPSHr?
La bomba cavita. Las señales aparecen en cascada: ruido de chasquidos, que la guía DOE/HI compara con el de canicas pasando por la bomba; vibración; caída de la altura respecto a la curva, que en el NPSH3 llega al 3%; y, con exposición continuada, erosión del impulsor. La erosión puede desbalancear el impulsor y crear cargas alternas en los rodamientos, y la vibración solicita la cimentación y la tubería.
La guía registra que la cavitación suele ocurrir a caudal alto, a la derecha de la curva, donde el NPSHr crece, y que la provocan una temperatura superior a la de diseño o una presión de succión inferior. La corrección aumenta el NPSHa (nivel, pérdidas, temperatura o presión del depósito) o reduce el NPSHr con otra ejecución, comprobada en la curva. Si alguna cavitación es inevitable, la guía pide impulsor de alta resistencia a la tracción, compatible con el fluido.
Suction-specific speed (Nss) y recirculación interna
El suction specific speed (Nss) es un índice de la succión de la bomba, determinado en el BEP con el impulsor de diámetro máximo. En unidades US (HI), Nss = n × √Q′ / NPSH3^0,75, con n en rpm, Q′ en gpm por ojo del impulsor (mitad del caudal en doble succión) y NPSH3 en ft. Ejemplo: 1.750 rpm, 500 gpm y NPSH3 de 10 ft dan Nss ≈ 6.960. Con el índice métrico S, Nss = 51,6 × S.
El HI advierte que los métodos de cálculo varían entre fuentes: compare valores solo en la misma base. Como se determina en el BEP, el índice no describe el caudal parcial: a caudal bajo, la recirculación en la succión o en la descarga del impulsor causa daño parecido al de la cavitación (guía DOE/HI). En la FBCN, la Tabla 1 del manual MTEC-03/00 limita el caudal de 0,1 Qot o 0,15 Qot, según la ejecución, hasta 1,1 Qot.
NPSH en FBCN DN200+ — variable crítica de selección
En los 10 modelos FBCN de gran porte, con succión DN 200, 250 o 300 (de la 150-500 a la 300-340), las curvas a 1.750 rpm muestran por qué el diámetro nominal no resume el NPSHr. En la 150-500 (CC-0202.09), con impulsor de 504 mm, el NPSHr va de cerca de 2 m a caudal bajo a cerca de 12 m al final de la curva; en la 300-340 (CC-0211.09), de cerca de 13 m a más de 20 m.
Un modelo de menor velocidad no garantiza menor NPSHr en el mismo punto. A 60 m³/h, la 50-160 a 3.500 rpm (CC-158.07) pide cerca de 2,4 m; la 50-315 a 1.750 rpm (CC-119.07), con la misma succión de 80 mm, pide cerca de 2,7 m, cerca del final de su curva; y la 65-315 a 1.750 rpm (CC-124.07), con succión de 100 mm, pide cerca de 2,0 m. Compare las curvas al mismo caudal.
Con NPSHa bajo por tanque cerca de la saturación, altitud o succión larga, las salidas son elevar el nivel o inundar la succión, ampliar la línea de succión para reducir Hf, presurizar el depósito, instalar una bomba booster o elegir otra ejecución por la curva. Cada una exige análisis del sistema. Cuando se contrata, el ensayo en banco hidráulico en la fábrica de Cabreúva-SP, conforme a la ANSI/HI 14.6, entra en el plan de ensayos.