Equipo de Ingeniería FB Bombas15 min de lectura
Calcule el NPSH disponible (NPSHa) en las condiciones más exigentes de aspiración, incluido el arranque en frío, cuando el aceite está más viscoso, y compárelo con el requisito de entrada indicado para bomba, velocidad, líquido y viscosidad. En un depósito abierto con velocidad superficial despreciable: NPSHa = Patm/γ + Hs − Hf − Pv/γ.
Defina el margen para la aplicación; FB Bombas no publica un NPSHr único ni un margen universal para la FBE (MTEC-01/01).
Bomba de FB Bombas para este caso
Serie FBE
¿Es crítica la aspiración de su bomba de engranajes?
La FBE es la bomba de engranajes externos de FB Bombas para aceites, asfalto y químicos viscosos: la Tabla 2 del manual cubre desde 2.500 SSU (1/8″ a 1/4″) hasta 100.000 SSU (3″ a 6″), y hay modelos de 1/8″ a 4″ en stock, con la disponibilidad confirmada en la cotización.
Fuente: Manual FBE MTEC-01/01, Tabela 2
En resumen
- NPSHa describe la carga absoluta disponible en aspiración por encima de la presión de vapor.
- Compare NPSHa con el requisito de entrada de la configuración y el margen del proceso.
- Calcule pérdidas con la viscosidad y el régimen de operación y arranque.
- El ejemplo suma entradas hipotéticas y obtiene 9,7 m; no es un ensayo FBE.
- Envíe nivel del tanque, tubería de aspiración y propiedades del fluido para evaluar la selección FBE.
1. Qué es el NPSH y por qué importa
Este artículo trata del NPSH de la bomba de engranajes con líquido viscoso: el requisito de entrada es la NPIPR, la viscosidad pesa en el cálculo y el arranque en frío suele ser la peor condición.
Para la definición general de NPSH, el NPSHa × NPSHr y la lectura de la curva de una centrífuga, vea el artículo de NPSH en bombas centrífugas; para calcular el NPSHa de la instalación, use la calculadora de NPSH.
NPSH es la sigla de net positive suction head: la carga de aspiración absoluta, en metros del propio líquido, que queda por encima de la presión de vapor en el plano de referencia de la bomba.
El Hydraulic Institute (HI) define la cavitación como la formación de cavidades de vapor en un líquido en movimiento, donde la presión cae por debajo de la presión de vapor, seguida del colapso rápido de esas cavidades cuando la presión sube aguas abajo.
En la bomba de engranajes externos, el catálogo FBE 2026 (p.2) describe el principio: el engrane crea una depresión en la cámara de aspiración y el fluido llega del depósito para llenar las cavidades entre los dientes y la carcasa.
Es en esa cámara donde la presión absoluta debe mantenerse por encima de la presión de vapor del líquido en todas las condiciones de operación.
Las bombas de engranajes también requieren verificar la aspiración. Para líquidos viscosos, el Hydraulic Institute señala la influencia de la viscosidad en la presión neta positiva requerida en la entrada (NPIPR). Ruido, vibración y pérdida de caudal tienen varias causas posibles; compare las condiciones de entrada con datos de la configuración, sin suponer mayor tolerancia a la cavitación.
En el texto sobre viscosidad (How Viscosity Affects Pumping), el HI muestra el otro lado: en bombas de desplazamiento positivo, la mayor viscosidad reduce el deslizamiento interno y aumenta el rendimiento volumétrico, pero también eleva la potencia de entrada y la NPIPR.
El HI advierte que estas generalidades no son absolutas, que cada diseño cambia bastante las capacidades y que se debe consultar al fabricante para la recomendación específica.
| Pregunta | Bomba centrífuga (FBCN) | Bomba de engranajes (FBE y FBEI) |
|---|---|---|
| Qué término informa el fabricante | NPSHr, leído en la curva del modelo; el NPSH3 ensayado es la referencia | NPIPR, término del HI para desplazamiento positivo, dado en presión; FB Bombas no publica un NPSHr único para la FBE (MTEC-01/01) |
| Qué hace subir el requisito | El caudal: el NPSHr crece a lo largo de la curva | La viscosidad: el HI muestra que la NPIPR sube con ella |
| Condición crítica | Caudal alto, a la derecha de la curva, y temperatura superior a la de diseño (DOE/HI) | Arranque en frío, con el aceite más viscoso, nivel mínimo del tanque y filtro de aspiración |
| Dato de FB Bombas para comprobar | Curvas FBCN con NPSHr y manual MTEC-03/00 | Tabla 2 del manual MTEC-01/01 (velocidad por rango de viscosidad) y catálogo FBE 2026 |
Nota de ingeniería
El margen de aspiración debe considerar arranque en frío, nivel mínimo del tanque, temperatura máxima, filtros y variaciones del proceso. Solicite a ingeniería el requisito de entrada de la configuración propuesta. ANSI/HI 9.6.1 para bombas rotodinámicas no es una tabla de NPSHr de FBE.
2. NPSHa, NPSHr, NPSH3 y NPIPR: qué significa cada sigla
Las definiciones de NPSHa, NPSHr y NPSH3 siguen la tabla de definiciones del Hydraulic Institute; la NPIPR viene del texto del HI sobre viscosidad. La distinción importa porque el NPSHa pertenece a la instalación, mientras que el NPSHr pertenece a la bomba en una condición declarada, como muestra la tabla.
Un NPSHr declarado para otra velocidad, caudal o líquido no describe la nueva condición.
Para comparar un requisito dado en presión con el NPSHa en metros, convierta con p = ρ·g·h, usando la densidad del líquido en la condición evaluada. Con un aceite de 940 kg/m³, por ejemplo, 1 kgf/cm² (98.066,5 Pa) corresponde a 98.066,5 ÷ (940 × 9,80665) ≈ 10,6 m del líquido.
| Sigla | Definición | De dónde viene |
|---|---|---|
| NPSHa | Carga total de aspiración absoluta en el plano de referencia de NPSH, menos la carga de presión de vapor del líquido; en bomba alternativa se descuenta también la pérdida por aceleración. | De la instalación: niveles, presiones, tubería y líquido. |
| NPSHr | NPSH mínimo indicado por el fabricante para un desempeño especificado, con el caudal, la velocidad y el líquido especificados. | Del fabricante, para cada condición declarada. |
| NPSH3 | Valor de NPSHr en el que la altura de la primera etapa cae un 3% por cavitación. | Del ensayo de bombas centrífugas (rotodinámicas). |
| NPIPR | Presión neta positiva requerida en la entrada, término que el HI usa para bombas de desplazamiento positivo; al estar dada en presión, se compara con el NPSHa convirtiendo con p = ρ·g·h. | Del fabricante; el HI muestra que sube con la viscosidad. |
3. NPSH Disponible (NPSHa): la fórmula
El NPSH disponible es una propiedad de la instalación. La expresión parte de un depósito abierto a la atmósfera con velocidad superficial despreciable; Hs es positivo por encima del plano de referencia de la bomba y negativo por debajo. En tanque cerrado, sustituya Patm por la presión absoluta sobre el líquido. Use presiones absolutas y el peso específico γ.
NPSHa = (Patm / γ) ± Hs − Hf − (Pv / γ)Fórmula canónica del NPSH disponible
4. Las variables de la fórmula, explicadas
Cada término de la ecuación tiene significado físico directo y unidad consistente en metros de columna del propio líquido (m.c.l.). Trabajar en m.c.l. es más intuitivo que en bar o kgf/cm² porque permite comparar directamente diferentes fluidos.
El término atmosférico es la presión absoluta del lugar dividida por el peso específico del líquido. En la atmósfera estándar, de 101.325 Pa, un aceite de 940 kg/m³ tiene Patm/γ = 101.325 ÷ (940 × 9,80665) ≈ 11,0 m, el valor usado en el ejemplo de la sección 6.
Con agua a 20 °C (998,16 kg/m³, NIST), la misma presión sostiene cerca de 10,35 m.
Dos términos cambian con el lugar y con el proceso. La presión atmosférica baja con la altitud: la U.S. Standard Atmosphere de 1976 da 89,88 kPa a 1.000 m, cerca de 9,75 m del mismo aceite, 1,24 m menos que al nivel del mar.
La presión de vapor sube con la temperatura: para el agua, pasa de 2,34 kPa a 20 °C a 47,4 kPa a 80 °C (NIST), de cerca de 0,24 m a 4,98 m de columna.
| Símbolo | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| Patm / γ | Presión atmosférica local | Use la presión atmosférica medida o calculada para el lugar, dividida por el peso específico del líquido. No aplique una reducción lineal fija con la altitud. |
| ± Hs | Altura geométrica de succión | Positiva (+) si la bomba está debajo del nivel del líquido (succión inundada). Negativa (−) si la bomba está arriba (succión en elevación). |
| Hf | Pérdida de carga en la succión | Pérdidas en tuberías, curvas, válvulas, filtros y accesorios de aspiración. Dependen de caudal, geometría, rugosidad y régimen de flujo; la relación no siempre es cuadrática. |
| Pv / γ | Presión de vapor del fluido | Presión de vapor a la temperatura evaluada, dividida por el peso específico del líquido. Obtenga el dato de una fuente termofísica fiable o de la ficha del fluido, con unidades coherentes. |
5. El impacto oculto de la viscosidad en el NPSHa
Con un fluido viscoso, la atención va a la pérdida de carga por fricción (Hf). El Hydraulic Institute calcula la pérdida en cualquier tubo, para flujo incompresible de cualquier fluido, con la ecuación de Darcy-Weisbach: hf = f·(L/D)·v²/(2g).
El factor de fricción f depende del número de Reynolds, Re = v·D/ν, y la viscosidad cinemática ν está en el denominador: cuanto más viscoso el líquido, menor el Reynolds.
El HI separa tres rangos. Con Re por debajo de 2.000, el flujo es laminar y el factor de fricción vale f = 64/Re para cualquier fluido en cualquier tubo, sin la rugosidad. Por encima de 4.000, el flujo suele ser turbulento y f sale del diagrama de Moody.
Entre 2.000 y 4.000 está la zona crítica, en la que el flujo puede ser muy inestable y el factor de fricción es indeterminado.
Al llevar f = 64/Re a la ecuación, la pérdida en un tramo recto en régimen laminar queda hf = 32·ν·L·v/(g·D²). De la fórmula salen dos consecuencias. La pérdida es proporcional a la viscosidad cinemática: el doble de viscosidad da el doble de pérdida.
Y, con caudal fijo, la velocidad baja con el cuadrado del diámetro, así que la pérdida baja con su cuarta potencia.
No existe un multiplicador único de pérdida de carga del aceite frente al agua. En la misma tubería, la relación depende del caudal, diámetro y régimen de cada líquido. Use la viscosidad del producto a la temperatura evaluada y recalcule la aspiración, incluido el arranque.
Atención
Verifique el fluido y la temperatura de referencia de la tabla de pérdidas. Para otro líquido, recalcule con densidad, viscosidad y régimen adecuados. Evalúe operación nominal y arranque, sin trasladar directamente datos de agua a aceite viscoso.
6. Ejemplo didáctico: balance de aspiración de un aceite
Este ejemplo ilustra únicamente la suma de los términos del NPSHa. No es una instalación medida ni una selección de bomba FBE. Las entradas hipotéticas, expresadas en metros del líquido, son 11,0 m de presión atmosférica, nivel de 1,5 m sobre el plano de referencia y 2,8 m de pérdidas de aspiración.
La carga de presión de vapor se desprecia solo en este cálculo didáctico. El proyecto requiere presión, densidad, viscosidad y presión de vapor medidas o documentadas; Hf se calcula con caudal, diámetro, longitudes y accesorios.
- Patm/γ = 11,0 m del líquido (atmósfera estándar, aceite de 940 kg/m³; ver sección 4)
- + Hs = +1,5 m (succión inundada)
- − Hf = −2,8 m (pérdida supuesta; no calculada en este ejemplo)
- − Pv / γ ≈ 0 m
- NPSHa = 11,0 + 1,5 − 2,8 − 0 = 9,7 m de aceite
7. Hf calculado: la misma aspiración en operación y en arranque en frío
En la sección 6, la pérdida de 2,8 m se supuso. Aquí calculamos la pérdida de una línea también hipotética: 15 m de tubo recto de aspiración con diámetro interno de 80 mm, caudal de 10 m³/h y un aceite con 1.000 SSU en operación y 5.000 SSU en el arranque en frío.
Con la conversión aproximada del catálogo FBE 2026 (p.5), válida por encima de 300 SSU (cSt = SSU ÷ 4,635), resultan cerca de 216 y 1.079 cSt.
La tabla de unidades del HI trae valores cercanos para las mismas viscosidades, 220 y 1.100 cSt. Con ellos, las pérdidas suben hasta cerca de 0,09 m y los resultados redondeados de NPSHa se mantienen.
La velocidad en la aspiración es v = Q/A ≈ 0,553 m/s. En operación, Re = v·D/ν ≈ 205; en el arranque, ≈ 41. Los dos quedan muy por debajo de 2.000, así que el flujo es laminar en ambos casos, con f = 64/Re ≈ 0,312 y ≈ 1,56.
La tabla resume el tramo recto, sin curvas, válvulas ni filtro, y añade el mismo cálculo con tubo de 100 mm y, como referencia, con agua.
Con agua a 20 °C (≈ 1,0 cSt, NIST), la misma línea queda en régimen turbulento, con Re ≈ 44.000. Para acero comercial nuevo y limpio (rugosidad de 0,0457 mm, tabla del HI) y la ecuación explícita del HI, f ≈ 0,023 y la pérdida es de cerca de 0,07 m.
El aceite pierde cerca de 13 veces eso en operación y 67 veces en frío: no existe un multiplicador único.
Al llevar las pérdidas del aceite al balance de la sección 6, con los demás términos iguales (11,0 m de presión atmosférica, nivel 1,5 m sobre el plano de referencia y presión de vapor despreciable), el NPSHa queda en cerca de 11,6 m en operación y 7,9 m en el arranque en frío.
Con el tanque 3,0 m por debajo del plano de referencia en el arranque, quedan 11,0 − 3,0 − 4,56 ≈ 3,4 m.
El tubo de 100 mm reduce la pérdida de arranque a cerca de 1,87 m y devuelve el NPSHa a aproximadamente 10,6 m con el nivel 1,5 m por encima. La razón entre las pérdidas, (80/100)⁴ ≈ 0,41, es la cuarta potencia que anticipa la fórmula laminar.
Curvas, válvulas y el filtro, sobre todo sucio, suman pérdidas propias: el tramo recto es el límite inferior de la pérdida, no el total.
Deslice la tabla para ver todas las columnas. La primera columna permanece a la izquierda.
| Condición | Viscosidad | Re | f (factor de fricción) | Hf |
|---|---|---|---|---|
| Operación, tubo de 80 mm | 1.000 SSU ≈ 216 cSt | ≈ 205 | ≈ 0,312 | ≈ 0,91 m |
| Arranque en frío, tubo de 80 mm | 5.000 SSU ≈ 1.079 cSt | ≈ 41 | ≈ 1,56 | ≈ 4,56 m |
| Operación, tubo de 100 mm | 1.000 SSU ≈ 216 cSt | ≈ 164 | ≈ 0,390 | ≈ 0,37 m |
| Arranque en frío, tubo de 100 mm | 5.000 SSU ≈ 1.079 cSt | ≈ 33 | ≈ 1,95 | ≈ 1,87 m |
| Agua a 20 °C, tubo de 80 mm (referencia) | ≈ 1,0 cSt (NIST) | ≈ 44.000 | ≈ 0,023 | ≈ 0,07 m |
Nota de ingeniería
Los números de esta sección son didácticos: muestran el orden de magnitud del arranque en frío, no seleccionan una bomba. La densidad también cambia con la temperatura y se mantuvo constante para aislar el efecto de la viscosidad.
En el proyecto, use la viscosidad medida del producto a la menor temperatura prevista, la longitud real y todos los accesorios de la línea.
8. Verificación final: NPSHa vs NPSHr
El ejemplo de la sección 6 resulta en NPSHa = 9,7 m del líquido. Para evaluar una configuración FBE, obtenga el requisito de entrada a la velocidad, el caudal y la viscosidad del servicio y defina el margen aplicable. Solicite esa información para la configuración seleccionada, junto con las condiciones usadas en la evaluación.
Al cambiar solo el nivel a Hs = −3,0 m, el balance hipotético queda en 11,0 − 3,0 − 2,8 = 5,2 m. La diferencia de 4,5 m muestra la influencia del nivel del tanque. Ningún resultado por sí solo prueba ausencia de cavitación ni aprueba la instalación.
La peor condición no siempre es una sola. El arranque en frío maximiza la viscosidad y la pérdida de carga; la temperatura máxima maximiza la presión de vapor; el nivel mínimo del tanque reduce Hs.
Verifique cada combinación que el proceso permite y compárela con el requisito de entrada declarado para esa condición, en metros o en presión, convirtiendo con la densidad del líquido.
En las series de FB Bombas, el catálogo FBEI 2026 (p.4) describe la serie estándar con accionamiento por reductores y bajas velocidades, lo que, según el catálogo, proporciona bajo NPSH requerido.
Para la FBE, el catálogo 2026 (p.5) recomienda velocidades menores a medida que sube la viscosidad: 1.750 rpm con transmisión directa de 30 a 250 SSU, en los modelos de 1/8″ a 1″D, y 300 a 150 rpm, con polea o reductor, de 50.000 a 100.000 SSU, en los de 3″ a 6″.
Ninguno de los dos catálogos publica un NPSHr numérico.
9. Checklist de prevención de cavitación
Reúna estos datos y verificaciones de aspiración antes de solicitar la selección de la bomba:
- Instale la bomba lo más cerca posible del punto de aspiración, como pide la Ingeniería de FB Bombas para la FBEI (MAN001-10), y, cuando el arreglo lo permita, por debajo del nivel del líquido (succión inundada), lo que vuelve positivo Hs.
- Use tubería de aspiración con diámetro como mínimo igual al de la boca de aspiración de la bomba (MAN001-10); en régimen laminar, la pérdida baja con la cuarta potencia del diámetro.
- Proyecte la aspiración con el menor número posible de singularidades (MAN001-10) y evalúe las pérdidas de curvas, reducciones, válvulas y filtros, incluida la condición de filtro sucio prevista en el proyecto.
- Siempre que sea posible, instale filtro con la malla indicada para el modelo (el MAN001-10 cita 40 a 80 mesh para la FBEI) y con la mayor área de paso posible, que la FBEI asocia a evitar la cavitación (MAN001-10); sin filtro permanente, use uno provisional tipo sombrero de bruja antes de cualquier prueba o arranque.
- Calcule la pérdida de carga con la viscosidad a la temperatura mínima de operación (arranque en frío), y no solo a la nominal; en el ejemplo de la sección 7, pasó de 0,91 m a 4,56 m.
- En fluidos calientes, verifique la presión de vapor a la temperatura máxima del proceso: cuanto más cerca de la vaporización, mayor el término Pv/γ y menor el NPSHa.
- Instale manómetro de aspiración con escala para baja presión, incluido vacío. En operación, el MAN001-10 pide comprobar que la presión de aspiración es la prevista en el proyecto y que la bomba opera libre de vibraciones y ruidos anormales.
- Si el NPSHa queda ajustado, aumente el diámetro, acorte la línea, reduzca singularidades, baje la bomba o caliente el producto antes del arranque cuando el proceso lo permita; la velocidad de la configuración también entra en la evaluación con el fabricante.
10. Conclusión práctica
Dimensionar el NPSH de una bomba de engranajes no exige matemática sofisticada, pero sí la viscosidad real a la temperatura real, incluso en el arranque.
En el ejemplo de este artículo, la misma línea perdió 0,91 m en operación y 4,56 m en frío, y pasar de 80 a 100 mm devolvió cerca de 2,7 m de NPSHa en el arranque en frío.
Si la aplicación involucra aceite diésel, aceite BPF, asfalto, resinas, pinturas, melazas o glucosas, la ingeniería de aplicación de FB Bombas en Cabreúva-SP revisa el NPSHa con los datos de su instalación e indica la serie y la configuración adecuadas.
Envíe el fluido, la viscosidad a las temperaturas mínima y de operación, el nivel del tanque y el trazado de la aspiración con diámetros, longitudes y accesorios.