NPSH (Net Positive Suction Head) é a altura de sucção acima da pressão de vapor do líquido. O NPSHa, disponível, é da instalação: NPSHa = (Pa − Pv)/(ρ·g) ± Hz − Hf, em metros do líquido bombeado. O NPSHr, requerido, é o mínimo que o fabricante mede em ensaio e publica na curva, e cresce com a vazão. A margem NPSHa − NPSHr segue a ANSI/HI 9.6.1, por aplicação, na menor NPSHa da faixa de operação. Com água ao nível do mar, Hz = +2,0 m e Hf = 1,0 m, o NPSHa é de 11,11 m a 20 °C e de 2,77 m a 95 °C.
Em resumo
- NPSHa é o NPSH disponível na instalação; NPSHr é o mínimo que o fabricante mede em ensaio e publica na curva, crescendo com a vazão. A margem é NPSHa − NPSHr, verificada na menor NPSHa da faixa de operação.
- Em água a 20 °C, a pressão atmosférica padrão equivale a 10,35 m ao nível do mar e a 9,18 m a 1.000 m; a pressão de vapor sobe de 0,24 m a 20 °C para 8,97 m a 95 °C (NIST).
- Com Hz = +2,0 m, Hf = 1,0 m e NPSHr de 4,0 m, o NPSHa cai de 11,11 m a 20 °C para 6,66 m a 80 °C e para 2,77 m a 95 °C, com margem negativa.
- A ANSI/HI 9.6.1 de 2024 mede a margem sobre o NPSHr publicado, igual ou maior que o NPSH3, com recomendações por aplicação; o guia DOE/HI cita a regra comum de NPSHa 25% acima do NPSHr.
- Nas curvas FBCN para água limpa a 20 °C, o NPSHr vai de cerca de 2 m na 150-500 a mais de 20 m na 300-340; um modelo de rotação menor não garante NPSHr menor no mesmo ponto.
O que são NPSHa e NPSHr?
NPSH é a sigla de Net Positive Suction Head, a altura de sucção acima da pressão de vapor do líquido. O NPSHa (available, disponível) é uma característica da instalação: a altura total absoluta de sucção no plano de referência do primeiro rotor, menos a pressão de vapor absoluta do líquido, ambas em coluna. O NPSHr (required, requerido) é uma característica da bomba: o mínimo que o fabricante informa para atingir o desempenho especificado numa vazão, rotação e líquido.
A diferença entre os dois é a margem de NPSH, e o NPSHa deve sempre superar o NPSHr (Hydraulic Institute). O NPSHr não se calcula na instalação: sai do ensaio da bomba, vem na curva do modelo junto com altura, potência e rendimento, e cresce com a vazão. Nas curvas FBCN, a 50-160 a 3.500 rpm pede cerca de 1,7 m a 40 m³/h e cerca de 4,7 m a 100 m³/h.
| Critério | NPSHa (disponível) | NPSHr (requerido) |
|---|---|---|
| Quem determina | A instalação (projetista do sistema) | O fabricante, por ensaio da bomba |
| O que representa | Altura de sucção absoluta acima da pressão de vapor, no plano de referência da bomba | NPSH mínimo para o desempenho especificado (≥ NPSH3 ensaiado) |
| Como obter | NPSHa = (Pa − Pv)/(ρ·g) ± Hz − Hf | Curva do modelo, na vazão e na rotação do ponto |
| Varia com | Nível, pressão do reservatório, temperatura, altitude e perdas na sucção | Vazão, rotação, rotor e desgaste |
| Unidade | m de coluna do líquido bombeado | m de coluna do líquido bombeado |
| Critério de seleção | NPSHa ≥ NPSHr + margem, na menor NPSHa da faixa (ANSI/HI 9.6.1) | Margem insuficiente: ruído, vibração, queda de altura e erosão |
Conceito de NPSH em bombas centrífugas
Na bomba centrífuga, o líquido entra pelo olho do rotor, e a pressão cai nessa entrada. Se a pressão local ficar abaixo da pressão de vapor na temperatura de operação, formam-se bolhas de vapor, que colapsam quando chegam a uma região de pressão maior dentro do rotor: é a cavitação. Pelo Hydraulic Institute, o colapso libera energia suficiente para erodir as passagens do rotor, e a vibração que ele gera danifica também selos e rolamentos.
O NPSH mede a folga contra esse fenômeno: o NPSHa caracteriza a instalação, o NPSHr caracteriza a bomba, e a margem é a diferença entre os dois. Margem positiva não garante ausência de cavitação. O HI registra que cavitação visível, aumento de ruído e vibração, início de queda de altura ou de rendimento e erosão podem ocorrer com margem acima do NPSHr; por isso a ANSI/HI 9.6.1 recomenda margens por aplicação.
Cálculo do NPSHa — fórmula da instalação
O NPSHa depende do reservatório de sucção, da tubulação, da temperatura do líquido e da altitude do local. O HI escreve NPSHa = h_atm + h_s − h_vp: pressão atmosférica, altura total de sucção e pressão de vapor, todas em coluna do líquido. Na forma abaixo, cada termo se avalia nas condições reais de operação, e a verificação usa a menor NPSHa de toda a faixa (ANSI/HI 9.6.1, Apêndice A).
NPSHa = (Pa − Pv) / (ρ · g) ± Hz − Hf [m]NPSH disponível com reservatório de sucção; todos os termos em metros do líquido bombeado
Os quatro termos do NPSHa em detalhe
Pa é a pressão absoluta na superfície do líquido. Em tanque aberto, é a pressão atmosférica do local: a atmosfera padrão vale 101,325 kPa ao nível do mar (CGPM), e a U.S. Standard Atmosphere, 1976 dá 89,88 kPa a 1.000 m e 79,50 kPa a 2.000 m. Em água a 20 °C (998,16 kg/m³, NIST), isso equivale a 10,35 m, 9,18 m e 8,12 m de coluna. Em tanque pressurizado, Pa é a pressão absoluta no topo do líquido.
Pv é a pressão de vapor na temperatura do líquido. Pela tabela de saturação do NIST, a água tem 2,34 kPa a 20 °C, 47,41 kPa a 80 °C, 84,61 kPa a 95 °C e 101,42 kPa a 100 °C. Converta Pa e Pv com a massa específica na mesma temperatura, como na tabela abaixo. A 100 °C, Pv já supera a atmosfera padrão, e (Pa − Pv) é nulo na prática em tanque aberto ao nível do mar.
Hz é a diferença entre o nível do líquido e o plano de referência da bomba: positiva na sucção afogada (nível acima) e negativa na aspiração (nível abaixo). Use o nível mínimo de operação. Hf é a perda de carga da linha de sucção na vazão e na viscosidade reais, com tubos, curvas, válvulas e filtros. Pelo guia DOE/HI, bolsas de ar ou incrustação da tubulação que estrangulam a sucção também causam dano por cavitação.
| 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 |
Margem de segurança — ANSI/HI 9.6.1
O NPSH3 é o NPSH em que a altura total do primeiro estágio cai 3% por cavitação; nesse ponto já há cavitação. A edição 2024 da ANSI/HI 9.6.1, que substitui a de 2017, passou a medir a margem a partir do NPSHr publicado, com a exigência de que ele seja igual ou maior que o NPSH3 ensaiado, porque nem todo fabricante publica o NPSH3. As margens recomendadas são por aplicação, em dez segmentos de mercado, e não um número único.
A diretriz avalia a margem por três grupos de fatores: o líquido (temperatura, abrasivos, gases dissolvidos ou arrastados, sólidos), a bomba (projeto, rotação, desgaste e envelhecimento, que mudam o NPSHr com o tempo) e o sistema (região de operação, condições de entrada, transientes, linhas de recirculação e bombas em paralelo). Como a pressão de sucção raramente é medida de forma contínua, a margem também cobre o desvio entre o NPSHa estimado e o real.
O guia DOE/HI registra como regra comum de projeto um NPSHa 25% acima do NPSHr em todas as vazões esperadas, e lembra que perto do BEP basta uma margem pequena sobre o NPSH3, mas longe dele a margem para suprimir toda cavitação é muito maior. A regra dos 25% é um teste rápido; para o serviço, vale a margem por aplicação da ANSI/HI 9.6.1.
Para avaliar uma FBCN, informe líquido, temperatura máxima, pressão do reservatório ou altitude do local, nível mínimo, perdas na sucção e faixa de vazão. A margem é definida para essas condições e confrontada com a curva do modelo. Envie os dados à equipe técnica: comercial@fbbombas.com.br.
Como calcular a margem de NPSH?
A margem é NPSHa − NPSHr no ponto de operação. Exemplo ilustrativo, com um modelo hipotético de NPSHr 4,0 m na vazão de operação: tanque aberto, sucção afogada com Hz = +2,0 m e Hf = 1,0 m, iguais em todos os casos. Com água a 20 °C ao nível do mar, NPSHa = 10,35 − 0,24 + 2,0 − 1,0 = 11,11 m, e a margem é de 7,11 m.
A 80 °C, a pressão de vapor chega a 4,98 m e, mesmo com a coluna da atmosfera maior na água quente, menos densa, o termo (Pa − Pv) cai para 5,66 m. O NPSHa fica em 6,66 m, ainda acima dos 5,0 m que a regra dos 25% pede (1,25 × 4,0 m), com margem de 2,66 m.
A 95 °C, o NPSHa cai para 2,77 m, abaixo do NPSHr de 4,0 m: a margem é negativa, e a seleção é reprovada. Para voltar aos 5,0 m da regra dos 25%, o nível mínimo teria de subir cerca de 2,2 m, ou a instalação teria de mudar em outro termo da fórmula.
Refaça a conta quando a temperatura mudar: pressão de vapor, massa específica e perdas mudam juntas, e a verificação vale para a condição mais exigente da faixa. As curvas publicadas da FBCN valem para água limpa a 20 °C, como diz o cabeçalho de cada curva; outro líquido ou outra temperatura entram na análise de seleção da engenharia.
| Condição | Pa − Pv (m) | NPSHa (m) | Margem (m) | NPSHa/NPSHr |
|---|---|---|---|---|
| 20 °C, nível do mar | 10,11 | 11,11 | 7,11 | 2,78 |
| 20 °C, 1.000 m | 8,94 | 9,94 | 5,94 | 2,49 |
| 80 °C, nível do mar | 5,66 | 6,66 | 2,66 | 1,66 |
| 95 °C, nível do mar | 1,77 | 2,77 | −1,23 | 0,69 |
O que acontece quando o NPSHa é menor que o NPSHr?
A bomba cavita. Os sinais aparecem em cascata: ruído de estalos, que o guia DOE/HI compara ao de bolinhas de gude passando pela bomba; vibração; queda da altura em relação à curva, que no NPSH3 chega a 3%; e, com exposição continuada, erosão do rotor. A erosão pode desbalancear o rotor e criar cargas alternadas nos rolamentos, e a vibração solicita a fundação e a tubulação.
O guia também registra que a cavitação costuma ocorrer em vazão alta, com a bomba à direita da curva, onde o NPSHr cresce, e que temperatura acima da de projeto ou pressão de sucção abaixo dela a provocam. A correção aumenta o NPSHa (nível, perdas, temperatura ou pressão do reservatório) ou reduz o NPSHr com outra execução, conferida na curva. Onde alguma cavitação for inevitável, o guia recomenda rotor de material de alta resistência à tração, compatível com o fluido.
Suction-specific speed (Nss) e recirculação interna
O suction specific speed (Nss) é um índice da sucção da bomba, determinado no BEP com o rotor de diâmetro máximo. Na convenção US do HI, Nss = n × √Q′ / NPSH3^0,75, com n em rpm, Q′ em gpm por olho do rotor (metade da vazão em dupla sucção) e NPSH3 em ft. Exemplo: 1.750 rpm, 500 gpm e NPSH3 de 10 ft dão Nss ≈ 6.960. O índice métrico S se converte por Nss = 51,6 × S.
O HI adverte que os métodos de cálculo variam entre fontes: compare valores só na mesma base. Como é medido no BEP, o índice não descreve a vazão parcial: em vazão baixa, a recirculação na sucção ou na descarga do rotor causa dano parecido com o da cavitação (guia DOE/HI). Na FBCN, a Tabela 1 do manual MTEC-03/00 limita a vazão de 0,1 Qot ou 0,15 Qot, conforme a execução, até 1,1 Qot.
NPSH em FBCN DN200+ — variável crítica de seleção
Nos 10 modelos FBCN de grande porte, com sucção DN 200, 250 ou 300 (da 150-500 à 300-340), as curvas a 1.750 rpm mostram por que o diâmetro nominal não resume o NPSHr. Na 150-500 (CC-0202.09), com rotor de 504 mm, o NPSHr vai de cerca de 2 m em vazão baixa a cerca de 12 m no fim da curva; na 300-340 (CC-0211.09), de cerca de 13 m a mais de 20 m.
Um modelo de rotação menor não garante NPSHr menor no mesmo ponto. A 60 m³/h, a 50-160 a 3.500 rpm (CC-158.07) pede cerca de 2,4 m; a 50-315 a 1.750 rpm (CC-119.07), com a mesma sucção de 80 mm, pede cerca de 2,7 m, já perto do fim da sua curva; e a 65-315 a 1.750 rpm (CC-124.07), com sucção de 100 mm, pede cerca de 2,0 m. Compare as curvas no ponto de operação, na mesma vazão.
Com NPSHa baixo por tanque perto da saturação, altitude ou sucção longa, as saídas são elevar o nível ou afogar a sucção, ampliar a linha de sucção para reduzir Hf, pressurizar o reservatório, instalar uma bomba booster ou escolher outra execução pela curva. Cada uma exige análise do sistema. Quando contratado, o ensaio em bancada hidráulica na fábrica de Cabreúva-SP, conforme a ANSI/HI 14.6, entra no plano de ensaios.