NPSH explicado: NPSH disponible vs NPSH requerido y cómo calcularlos
Pocas siglas aparecen tanto en una hoja de datos de bomba y se entienden tan poco como NPSH. Casi todo el mundo sabe que tiene que ver con la cavitación; muchos menos saben calcularlo, y todavía menos tienen en cuenta que el mismo depósito, con la misma tubería, ofrece un NPSH muy distinto según el líquido que contenga.
El NPSH es, en realidad, una contabilidad sencilla: cuánta presión le sobra al líquido, por encima de su presión de vapor, cuando llega al rodete. Si esa reserva es menor que la que la bomba necesita, el líquido hierve dentro de ella y aparece la cavitación, con todos los daños que describimos en nuestra guía sobre cavitación en bombas: causas, síntomas y cómo evitarla.
En este artículo explicamos qué es exactamente el NPSH disponible (NPSHd) y el NPSH requerido (NPSHr), cómo se hace el cálculo NPSH paso a paso, qué papel juegan la altura de aspiración, la altitud, la temperatura y la densidad, y cómo utilizar el resultado para decidir la configuración de la bomba. Con ejemplos numéricos y con el foco puesto en el bombeo de fluidos corrosivos, donde los errores de NPSH salen especialmente caros.
Qué es el NPSH y por qué decide si una bomba cavita
Qué significa NPSH: definición y unidades
NPSH son las siglas de Net Positive Suction Head, en castellano altura neta positiva en la aspiración. Mide la energía por unidad de peso que tiene el líquido en la brida de aspiración de la bomba —presión más velocidad— descontada la presión de vapor del propio líquido a la temperatura de trabajo.
La clave está en la palabra «neta». No basta con saber qué presión hay en la aspiración: hay que saber cuánta presión hay por encima del punto de ebullición. Un líquido a 20 °C y otro a 80 °C pueden llegar a la bomba con la misma presión y, sin embargo, el segundo tendrá mucho menos NPSH, porque hierve con mucha más facilidad.
El NPSH se expresa en metros de columna del líquido bombeado, no en bar ni en metros de columna de agua. Esa elección de unidades no es un capricho: la presión necesaria para no cavitar se comporta, en una bomba centrífuga, como una altura. Por eso el fabricante da el NPSHr en metros y por eso el cálculo del NPSHd debe hacerse en metros de la columna del fluido real, con su densidad real. Como referencia, 1 bar equivale a unos 10,2 m de columna de agua, pero solo a 5,5 m de columna de ácido sulfúrico concentrado.
NPSH disponible (NPSHd): lo que ofrece la instalación
El NPSHd es una propiedad del sistema, no de la bomba. Resume en un único número todo lo que ocurre entre la superficie del líquido y la brida de aspiración:
Como depende de la instalación, el NPSHd no es un valor fijo: baja cuando el depósito se vacía, cuando el filtro se ensucia, cuando el proceso se calienta o cuando aumenta el caudal, porque las pérdidas de carga crecen con el cuadrado de la velocidad. Por eso hay que calcularlo en las condiciones más desfavorables previstas, no en las nominales.
NPSH requerido (NPSHr): lo que necesita la bomba
El NPSHr es una propiedad de la bomba. Depende del diseño del ojo del rodete, de la geometría de entrada de los álabes y de la velocidad de giro, y lo determina el fabricante mediante ensayo. El procedimiento habitual, recogido en normas como la ISO 9906, consiste en ir reduciendo el NPSH en la aspiración a caudal constante hasta que la altura de la bomba cae un 3 %: ese valor se denomina NPSH3 y es la base de las curvas de NPSHr. Desde la revisión de 2024 de la guía ANSI/HI 9.6.1, el Hydraulic Institute pide que el NPSHr que declara el fabricante sea igual o superior al NPSH3 ensayado.
Dos consecuencias prácticas importantes. La primera: en el punto de NPSH3 la bomba ya está cavitando, así que igualar NPSHd y NPSHr no es suficiente; hace falta margen. La segunda: el NPSHr no es constante. Crece con el caudal —suavemente al principio y de forma muy pronunciada a la derecha del punto de máximo rendimiento— y crece con la velocidad de giro, aproximadamente con su cuadrado. Una bomba que va sobrada a 1.450 rpm puede ir muy justa a 2.900 rpm.
| Aspecto | NPSH disponible (NPSHd) | NPSH requerido (NPSHr) |
|---|---|---|
| Es propiedad de… | La instalación y el fluido | La bomba |
| Quién lo determina | El proyectista o el ingeniero de proceso, por cálculo o medición | El fabricante, por ensayo (ISO 9906) |
| Cómo varía con el caudal | Disminuye (aumentan las pérdidas de carga) | Aumenta, sobre todo a caudales altos |
| Qué lo empeora | Altura de aspiración, altitud, temperatura, densidad, filtros sucios, nivel bajo | Más velocidad de giro, caudal alejado del punto de diseño, rodete desgastado |
| Cómo se mejora | Bajando la bomba, ampliando la aspiración, enfriando, presurizando | Reduciendo velocidad, trabajando cerca del BEP, eligiendo otro tamaño o modelo |
Cómo calcular el NPSH disponible paso a paso
La fórmula del NPSHd y el significado de cada término
El cálculo NPSH del lado de la instalación se resume en una expresión, con todos los términos en metros de columna del líquido bombeado:
NPSHd = Pa / (ρ · g) ± Hz − Hf − Pv / (ρ · g)
El primer término es el «capital» de partida y depende de dónde esté la planta. La presión atmosférica disminuye con la altitud, y con ella el NPSHd de cualquier depósito abierto:
| Altitud de la planta | Presión atmosférica (kPa) | En metros de columna de agua | Pérdida respecto al nivel del mar |
|---|---|---|---|
| 0 m | 101,3 | 10,35 m | — |
| 250 m | 98,4 | 10,04 m | 0,31 m |
| 500 m | 95,5 | 9,75 m | 0,60 m |
| 750 m | 92,6 | 9,46 m | 0,89 m |
| 1.000 m | 89,9 | 9,18 m | 1,17 m |
| 1.500 m | 84,6 | 8,63 m | 1,72 m |
Valores de la atmósfera estándar; la presión real varía unos pocos kPa con la meteorología, lo que es otra razón para no diseñar con el margen justo. La presión de vapor, por su parte, se obtiene de tablas o de la ficha técnica del producto: en agua pasa de 0,24 m a 20 °C a casi 5 m a 80 °C, como detallamos en la tabla de nuestra guía de cavitación.
Altura de aspiración, densidad y temperatura: los tres términos que más pesan
La altura de aspiración es el término que el proyectista controla más directamente. Cada metro que la bomba tiene que elevar el líquido es un metro menos de NPSHd. En teoría, con agua fría a nivel del mar, una bomba no podría aspirar desde más de 10,35 m aunque no hubiera pérdidas ni cavitación; en la práctica, con pérdidas, presión de vapor y NPSHr, la altura de aspiración útil se queda en unos pocos metros.
La densidad es el término que más se olvida en el bombeo de productos químicos. Como la presión atmosférica es la misma para cualquier líquido, cuanto más denso es, menos metros de columna representa:
| Líquido (20 °C, valores orientativos) | Densidad (kg/m³) | Presión atmosférica a nivel del mar, en m de columna del líquido |
|---|---|---|
| Agua | 998 | 10,35 m |
| Ácido clorhídrico 33 % | ≈ 1.160 | 8,90 m |
| Hipoclorito sódico (≈ 13 %) | ≈ 1.200 | 8,61 m |
| Cloruro férrico 40 % | ≈ 1.420 | 7,27 m |
| Hidróxido sódico 50 % | ≈ 1.520 | 6,80 m |
| Ácido fosfórico 75 % | ≈ 1.580 | 6,54 m |
| Ácido sulfúrico 98 % | ≈ 1.840 | 5,61 m |
La conclusión es contundente: con ácido sulfúrico concentrado, el depósito abierto aporta casi la mitad de NPSH que con agua. Una instalación que aspira sin problemas agua desde 3 m por debajo de la bomba puede quedarse sin margen con el mismo esquema en una planta de fertilizantes que trasiega ácido sulfúrico o fosfórico. El NPSHr de la bomba, en cambio, se mantiene prácticamente igual en metros de columna, porque depende de la hidráulica y no de la densidad.
La temperatura actúa a través de la presión de vapor, que crece de forma exponencial. En los baños calientes de tratamiento de superficies o en soluciones de proceso a 60–80 °C, la presión de vapor puede consumir por sí sola de 2 a 5 m del NPSHd. Con ácidos concentrados o productos que desprenden gases, como el ácido clorhídrico, hay que usar la presión de vapor del producto real y no la del agua: el dato está en la ficha técnica o en la documentación del proveedor.
Ejemplo de cálculo NPSH completo
Planteamos un caso habitual: una bomba horizontal de proceso que trasiega una solución ácida diluida (densidad 1.050 kg/m³) a 50 °C desde un depósito abierto, en una planta situada a 250 m de altitud. El eje de la bomba está 2,5 m por encima del nivel mínimo del depósito y las pérdidas de carga de la aspiración al caudal máximo son de 1,2 m. La curva de la bomba indica un NPSHr de 3,2 m en el punto de trabajo y de 4,5 m al caudal máximo.
| Paso | Término | Cálculo | Resultado |
|---|---|---|---|
| 1 | Presión atmosférica en m de columna | 98.400 Pa / (1.050 × 9,81) | +9,55 m |
| 2 | Altura de aspiración | Bomba 2,5 m por encima del nivel mínimo | −2,50 m |
| 3 | Pérdidas de carga en la aspiración | Tubería, codos, válvula y filtro al caudal máximo | −1,20 m |
| 4 | Presión de vapor a 50 °C | 12.350 Pa / (1.050 × 9,81) | −1,20 m |
| 5 | NPSH disponible | Suma de los pasos 1 a 4 | 4,65 m |
| 6 | Margen en el punto de trabajo | 4,65 − 3,2 | +1,45 m (correcto) |
| 7 | Margen al caudal máximo | 4,65 − 4,5 | +0,15 m (insuficiente) |
El resultado ilustra un error típico: la bomba cumple en el punto nominal y se queda sin margen al caudal máximo, precisamente cuando las pérdidas de carga son mayores y el NPSHr más alto. Si esa misma aplicación se resuelve con una bomba vertical cuyo rodete trabaja sumergido medio metro por debajo del nivel mínimo, el NPSHd sube a unos 8,7 m: desaparecen la altura de aspiración y casi todas las pérdidas de carga.
En una instalación existente, el NPSHd también puede medirse. Con un manovacuómetro en la brida de aspiración, supongamos una lectura de −0,35 bar con agua a 20 °C, en una planta a 250 m y con una velocidad de 2 m/s en la brida. La presión absoluta es 98,4 − 35 = 63,4 kPa, es decir, 6,47 m de columna; se suma la altura de velocidad (v²/2g = 0,20 m) y se resta la presión de vapor (0,24 m): NPSHd medido = 6,43 m. Si el manómetro no está a la altura del eje, hay que corregir también esa diferencia de cota.
Cómo usar el NPSH para seleccionar e instalar la bomba
Margen NPSH, altura máxima de aspiración y elección de la configuración
Con el NPSHd calculado en las condiciones más desfavorables y el NPSHr leído en la curva al caudal máximo, la comprobación es directa: NPSHd debe superar a NPSHr con margen. Como referencia práctica, al menos 0,5–1 m y, en términos relativos, un 10–30 % o más; la guía ANSI/HI 9.6.1 afina esos márgenes por tipo de aplicación. En fluidos corrosivos, calientes o volátiles conviene quedarse en la parte alta.
La misma fórmula, despejada, responde a la pregunta que se hace cualquier proyectista: ¿a qué altura máxima puedo poner la bomba sobre el nivel del líquido?
Hz máx. = Pa / (ρ · g) − Hf − Pv / (ρ · g) − NPSHr − margen
Con agua a 20 °C a nivel del mar, 1 m de pérdidas, un NPSHr de 3 m y 1 m de margen, la altura de aspiración máxima es de unos 5,1 m. Con ácido sulfúrico al 98 % y los mismos datos, baja a unos 0,6 m: en la práctica, la bomba debe instalarse en carga o sumergida.
De ahí que el NPSH condicione no solo el tamaño de la bomba, sino su configuración. Dentro de la gama de bombas de plástico de Tecnium Pumps:
Preguntas frecuentes sobre el NPSH
¿Necesita comprobar el NPSH de una instalación nueva o existente? Envíe a nuestro equipo técnico el fluido, su concentración y su temperatura máxima, el caudal y la altura requeridos, la altitud de la planta, la cota del nivel mínimo respecto a la bomba y un croquis de la tubería de aspiración. Calculamos el NPSH disponible, lo contrastamos con el NPSH requerido de la bomba adecuada y le proponemos la configuración más segura. Solicite su presupuesto gratuito.
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