Para entender lo que pasa en el tramo más importante del sistema de bombeo.
¿POR QUÉ EL PUNTO MÁS DÉBIL?
En un sistema de bombeo hay errores o modificaciones que pueden tener distintos efectos.
Consecuencias que pueden variar su gravedad según en qué parte del sistema sucedan. Hablamos de efectos probables ya que hay muchos factores que influyen en los resultados y no siempre tienen la misma gravedad, pero lo que quiero destacar es que variaciones, aunque sean mínimas, en el trayecto de succión (a comparación del de impulsión) pueden hacer la diferencia entre que el equipo funcione o no funcione, e inclusive que sufra daños que puedan dejarlo inutilizable.
El tramo de succión de un equipo de bombeo, sin importar su tipo (rotodinámicas –centrifugas– o de desplazamiento positivo –pistón, engranaje, diafragma, tornillo, etc.) ni la función que cumplan (dosificación, transvase, presurización, etc.) es la parte más sensible y donde se producen el mayor porcentaje de fallas, muchas de veces ocasionadas por errores de diseño, dimensionado o instalación.
Por ello es que esta serie de notas técnicas tiene por objetivo analizar cada detalle para evitar los problemas que pueden surgir en la parte más sensible de un sistema de bombeo. En esta segunda entrega nos centramos en ANPA.
¿QUE ES ANPA?
ANPA es una sigla que significa Altura Neta Positiva en la Aspiración o también conocida como NPSH (del inglés Net Positive Suction Head).
En los sistemas de bombeo cuando hablamos de ANPA no estamos hablando de un solo valor sino de dos, y exactamente lo que nos interesa es la relación entre estos dos valores: el ANPA requerido y el ANPA disponible. Cómo la lógica lo indica debemos disponer más que lo requerido es decir el valor de ANPA R debe ser menor que el ANPA D, pero antes debemos analizar otros aspectos que aquí intervienen.
ANÁLISIS DEL TRAMO DE SUCCIÓN
En un sistema de bombeo la presión varía dependiendo en qué punto se la mida. Si pudiéramos viajar como una gota de agua dentro del flujo en un sistema de bombeo y tuviéramos un manómetro en la mano, este registraría distintas presiones a medida que vamos recorriendo el sistema. El punto de mayor presión es al salir del impulsor, y el punto de menor presión es al ingresar al mismo.
Centrémonos primero en el trabajo del impulsor (turbina, rodete, rotor, etc.) este elemento es el más importante de una bomba centrífuga ya que es el que produce el movimiento del líquido.
El fluido bombeado se desplaza entre los álabes desde el centro hacia la periferia; este movimiento es originado por la fuerza centrifuga que produce el impulsor al rotar.
Dicho flujo al desplazarse produce una importante baja de presión por la cual atrae al líquido que se encuentra en el resto de la cañería de aspiración, que a su vez se desplaza ingresando en la bomba y al pasar entre los alabes produce el mismo efecto, siguiendo de esta manera en un ciclo continuo.
Aquí hay que destacar:
– Lo que origina que una bomba centrífuga succione no es el impulsor en sí, éste es incapaz de producir esa baja de presión por sí mismo, lo que la produce es el fluido atravesándolo, por ello es que si este flujo se corta con una gran burbuja de aire, la bomba deja de succionar. Este importante detalle es la razón por la cual el equipo no puede trabajar descebado.
PRESIÓN VAPOR
Un fluido puede cambiar su estado -de líquido a gaseoso- al exponerse a una temperatura elevada, este cambio de estado lo puede producir también una disminución importante en la presión a la que el fluido se exponga.
Para entender esta condición razonemos la siguiente experiencia: si nosotros colocamos un recipiente abierto con agua y lo dejamos en la intemperie en la costa (al nivel del mar) sucederá que el recipiente se irá vaciando, ya que las moléculas de agua que están en la superficie del líquido poco a poco se irán volatilizando. Si esta misma experiencia la realizamos en lo alto de una montaña sucederá lo mismo pero en mucho menos tiempo, porque la presión atmosférica que actúa sobre la superficie del líquido es menor y las moléculas tienen menos resistencia a volatilizarse. Ahora si este mismo envase lo cerramos, lo que sucederá es que el nivel de agua baje mínimamente empañando la parte seca del envase y el agua se estabilice en un equilibrio entre los estados gaseoso y líquido. Si midiéramos la presión que hay dentro de este envase tendríamos la presión vapor en que se encuentra el agua a esa temperatura. De esto sacamos en limpio que a mayor presión el agua (como otros fluidos) tiende a su estado líquido y a menor presión tiende a vaporizarse, el punto intermedio entre estados es la presión vapor donde ambos estados -líquido y gaseoso-se encuentran en equilibrio. Es por eso que la Presión Vapor es el límite que nosotros no debemos pasar para que el fluido bombeado se vaporice.
Hay veces donde se facilita el pasaje de estado (líquido a gaseoso) cuando hay elevada temperatura y poca presión, y otras donde se evita la vaporización por alta temperatura al estar bajo una presión considerable, como sucede por ejemplo en el sistema de refrigeración del motor en los automóviles modernos, donde el agua se encuentra a una temperatura inclusive superior a su punto de ebullición (1000 ºC) y sin embargo el agua se mantiene en estado líquido ya que está sometido a una presión alta. Cada fluido tiene una presión vapor particular, como por ejemplo en los solventes que son mucho más volátiles.
SUCCIÓN > PRESIÓN VAPOR> ANPA REQUERIDO
Como veíamos, el tramo de succión de un sistema de bombeo es el trayecto donde tenemos menor presión, siendo su punto más destacado al ingresar en el impulsor. Allí el fluido se ve expuesto a la menor presión en el sistema de bombeo, si ésta descendiera por debajo de la presión vapor del fluido, pasaría a estado gaseoso, se formarían pequeñas burbujas – efecto de Cavitación–. Al avanzar por el impulsor la presión asciende y cuando supera a la presión vapor del fluido, volviendo a estado líquido.
Aquí tenemos entonces un límite bien claro que no debemos traspasar: cuando el fluido llega al punto de menor presión en el sistema de bombeo, esa presión no debe ser inferior que su presión vapor. Exactamente esa es la información que nos da el ANPA REQUERIDO, indicándonos con qué presión debemos llegar a ese punto para evitar que la bomba cavite.
FIGURA 1: Vemos coloreadas las distintas presiones que suceden dentro del impulsor, en azul la menor presión y en rojo la mayor.
Dentro de la información que nosotros debemos evaluar en un equipo de bombeo resulta tan importante analizar tanto su curva característica de caudal y altura, como la curva de ANPA (NPSH).
No es un valor fijo sino que va acrecentándose a medida que sube el caudal (más a la derecha en la curva, ver Figura 2).
FIGURA 2: Curva característica Qh (caudal y altura) y curva de ANPA
Mayor caudal significa que esa masa de agua circulará a mayor velocidad, si comparamos al flujo de agua con un tren y cada vagón equivale a una molécula, lo que sucede al ir a más velocidad es que los vagones van más separados y con mayor tensión en su enganche. Si el fluido está expuesto a mayor tensión, se requiere mayor presión entre las moléculas para que estas no se separen, es decir para que el fluido no tienda a vaporizarse.
REDONDEANDO
El ANPAR (Requerido) es la presión que necesita el impulsor de una bomba centrífuga en su boca de succión, donde comienzan los álabes, para que el agua se mantenga en su estado líquido y no se vaporice.
Lo que sucede es que una misma bomba puede estar trabajando en una infinidad de condiciones distintas donde varíe la temperatura del fluido o la presión atmosférica a que éste se expone, también puede trabajar con diferentes alturas de succión, con distintos diámetros de cañería, etc., etc. Todos estos valores harán que la presión con que llegue el fluido a la boca de aspiración no sea la misma y puede que no lleguemos a esa presión requerida, es por ello que para saber con qué presión llegaremos a ese punto crítico debemos calcular el ANPA DISPONIBLE tema que desarrollaremos en la próxima edición.
Autor: Sr. Hernán Levy
Publicado en Versión papel Edición Nº 35 Año 7 – Octubre / Noviembre 2009.
Registro de propiedad intelectual realizado y vigente.
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