La densidad del ácido sulfúrico y de la sosa cáustica depende de la concentración y la temperatura. Para una bomba centrífuga, un líquido más denso aumenta la presión diferencial y la potencia hidráulica requerida para el mismo caudal y la misma carga total. La viscosidad también puede cambiar el desempeño de la bomba; por eso una comparación por gravedad específica es una primera estimación, no una selección final de motor.
Qué significan densidad y gravedad específica
La densidad expresa masa por volumen, por ejemplo en kg/m³ o g/cm³. La gravedad específica (SG) es una relación sin unidades entre la densidad del fluido y la densidad de referencia del agua bajo una base definida. Al usar SG en un cálculo, conserve la base de temperatura de la fuente y la concentración declarada.
Un valor como SG 1.8437 no es una densidad universal del ácido sulfúrico: identifica una relación para una base concreta. Para una aplicación real, confirme la composición, temperatura, impurezas y propiedades de la corriente de proceso con la hoja del proveedor o los datos de planta.
Propiedades de referencia por concentración y temperatura
Estos valores publicados ilustran por qué la concentración y la temperatura deben acompañar cada propiedad. Las fichas describen grados y productos concretos; no deben combinarse como si correspondieran a una misma muestra.
| Fluido y concentración | Temperatura | Densidad o SG | Viscosidad dinámica | Fuente y condición |
|---|---|---|---|---|
| Ácido sulfúrico, 98 % en masa | 25 °C | 1.8310 kg/L | 23 mPa·s | Densidad tabulada por NorFalco; viscosidad en SDS de Kanto para ácido al 98 %. |
| Ácido sulfúrico, 93 % | 30 °C | 1.8176 kg/L | No especificada en esta fila | Densidad tabulada por NorFalco. Confirme la viscosidad con la ficha del proveedor. |
| Ácido sulfúrico, 70 % en masa | 25 °C | 1.604 kg/L | 9.017 mPa·s | Estimación de correlación acuosa de Laliberté (2009), reproducida por ProcessConvert; no es una garantía de producto. |
| Sosa cáustica, 50 % en masa | 20 °C | 1.52 g/cm³ | 85 mPa·s | Valores típicos de Covestro. La hoja de ANIQ para un producto de 48.5–50 % reporta 78 mPa·s a 20 °C. |
| Sosa cáustica al 50 %, grado diafragma | 60 °F (15.6 °C) | SG 1.5372 | No incluida en la misma tabla | OxyChem, tabla de soluciones grado diafragma; conservar esta base al reproducir el ejemplo de potencia. |
| Sosa cáustica, 30 % en masa | 20 °C | 1.328 g/cm³ | 13 mPa·s | Valores típicos de Covestro. |
Para NaOH al 50 %, ANIQ reporta un punto de fusión de 11.6 °C y Covestro publica un valor típico de 12 °C. La temperatura de arranque y el historial térmico deben revisarse con la ficha del producto y el procedimiento de planta. Esos datos no establecen por sí solos una temperatura universal de cristalización ni una estrategia de calentamiento.
Fuentes de propiedades: NorFalco, manual de ácido sulfúrico; Kanto, SDS de ácido sulfúrico al 98 %; Covestro, sosa cáustica; ANIQ, hoja técnica de sosa cáustica; OxyChem, Caustic Soda Handbook; ProcessConvert, datos calculados con la correlación de Laliberté.
Cómo cambia la carga, la presión y la potencia
La carga total (H) es energía por unidad de peso y se expresa, por ejemplo, en metros de columna del líquido. Para una bomba de geometría y velocidad determinadas, la densidad no escala directamente la carga expresada en metros. Sí cambia la presión diferencial asociada con esa carga, así como la potencia hidráulica.
SG — gravedad específica con base compatible; H — carga diferencial en metros. La relación supone un líquido y expresa únicamente la conversión entre carga y presión diferencial.
La potencia hidráulica es proporcional a la densidad. Si caudal, carga y eficiencia se mantienen constantes, una SG mayor aumenta la potencia hidráulica y, bajo esa misma hipótesis, la potencia al eje. La viscosidad puede modificar el caudal, la carga, la eficiencia y la potencia absorbida; por ello, no se debe corregir una bomba viscosa aplicando únicamente un multiplicador de SG. ANSI/HI 9.6.7 proporciona una metodología de corrección para bombas rotodinámicas; el cálculo depende del fluido y de los datos de la bomba.
Fórmulas para estimar potencia
En SI, la potencia hidráulica se calcula con densidad, aceleración gravitacional, caudal y carga total. La potencia al eje considera la eficiencia de la bomba.
Phid — potencia hidráulica, W
ρ — densidad del líquido, kg/m³
g — aceleración gravitacional, m/s²
Q — caudal, m³/s
H — carga total, m
ηbomba — eficiencia expresada como fracción decimal. La potencia eléctrica de entrada también depende del rendimiento del motor y del sistema eléctrico.
Cuando la curva y los datos del proyecto usan unidades estadounidenses, la potencia al freno puede estimarse con caudal en GPM, carga en ft y resultado en hp:
Q — caudal en GPM; H — carga total en ft; SG — gravedad específica; ηbomba — eficiencia como decimal. Por ejemplo, 70 % se introduce como 0.70.
El atajo métrico para potencia al eje en kW, con caudal en m³/h, carga en m y SG relativa al agua, es:
Use caudal, carga, SG y eficiencia con las unidades y la base declaradas. Esta estimación no sustituye la curva real ni las correcciones necesarias por viscosidad.
Ejemplo controlado: agua, NaOH al 50 % y H₂SO₄ al 98 %
Suponga un caudal de 100 m³/h, una carga de 30 m y una eficiencia de bomba de 70 %. Para aislar el efecto de la densidad, el ejemplo mantiene Q, H y η constantes y utiliza SG 1.0000 para agua, SG 1.5372 para NaOH al 50 % grado diafragma según OxyChem y SG 1.8437 para H₂SO₄ al 98 % según Veolia, ambos en sus bases declaradas de 60/60 °F. Es una comparación matemática controlada, no una selección de bomba o motor.
| Fluido | SG usado | Potencia hidráulica | Potencia al eje a 70 % |
|---|---|---|---|
| Agua | 1.0000 | 8.17 kW | 11.67 kW |
| NaOH al 50 % | 1.5372 | 12.56 kW | 17.95 kW |
| H₂SO₄ al 98 % | 1.8437 | 15.07 kW | 21.52 kW |
Con estos supuestos, los cocientes de potencia respecto al agua siguen los SG usados. En una aplicación real, use las propiedades a la concentración y temperatura del proceso y confirme la eficiencia, la curva y la potencia absorbida del modelo evaluado. No deduzca una potencia nominal de motor a partir de esta tabla.
Por qué una curva con agua no define por sí sola el motor
Una prueba con agua describe el desempeño bajo las condiciones de prueba: caudal, carga, eficiencia y potencia. Para transferir esa información a un servicio químico, primero se definen las propiedades reales y el rango de operación. Luego se confirma la potencia absorbida sobre la curva corregida o mediante la evaluación del fabricante.
- Defina el fluido: composición, concentración, densidad o SG, viscosidad y temperaturas de operación y arranque.
- Defina el punto de operación: caudal mínimo, normal y máximo, carga total, presiones de succión/descarga y NPSHa.
- Revise el desempeño: curva, eficiencia, potencia absorbida, NPSHr y rango operativo permitido.
- Confirme el accionamiento: potencia nominal, voltaje, frecuencia, velocidad, condición de arranque y especificación del proyecto.
No hay un porcentaje único de reserva que reemplace la curva y los requisitos eléctricos aplicables. Un aumento de SG de 1.00 a 1.84 representa un aumento teórico de 84 % en potencia sólo bajo la comparación indicada; no significa que la fuerza radial, la eficiencia o la potencia máxima de cualquier bomba aumenten exactamente 84 %.
Si la densidad cambia pero la viscosidad es baja, el efecto en potencia puede estimarse inicialmente con SG. Para soluciones viscosas, la curva con agua puede requerir correcciones de caudal, carga y eficiencia. ANSI/HI describe estas correcciones para bombas rotodinámicas; la revisión debe usar propiedades del fluido y datos del modelo, no una reducción genérica de eficiencia.
Otros factores que afectan la selección
Temperatura y presión de vapor: modifican las propiedades del fluido y el NPSHa disponible. Evalúe la presión de vapor en la condición de succión.
NPSH: el margen depende del nivel, la presión, las pérdidas de succión, la temperatura y la presión de vapor. La densidad por sí sola no demuestra que exista margen suficiente.
Punto de operación: revise caudal mínimo, normal y máximo, cercanía al BEP y límites de operación de la bomba.
Sólidos o gas: aireación, gas atrapado y sólidos pueden cambiar el desempeño o el mecanismo de daño; valide el método adecuado para la mezcla.
Materiales y sello: no existe una selección universal para H₂SO₄ o NaOH. Confirme la composición, concentración, temperatura, impurezas, extremo húmedo completo y configuración del sello con datos de compatibilidad y revisión de ingeniería. Los planes API describen arreglos de tubería de sello y no son, por sí mismos, una recomendación para una sustancia concreta.
Datos que debe reunir para una revisión
- Nombre del fluido, concentración en masa, impurezas y densidad o SG.
- Temperaturas normal, mínima, máxima, de arranque y de limpieza.
- Viscosidad a la temperatura aplicable y posibilidad de cristalización o sólidos.
- Caudales mínimo, normal y máximo; carga total y presiones de succión y descarga.
- NPSHa o datos para calcularlo: nivel, presión, pérdidas y presión de vapor.
- Modelo, velocidad, curva, diámetro del impulsor, eficiencia y potencia absorbida disponible.
- Datos del motor instalado y requisitos eléctricos del proyecto.
Si no cuenta con el modelo o número de parte, comparta la placa de identificación, varias fotos de la bomba y las dimensiones disponibles. La guía de selección del impulsor para servicios con ácido sulfúrico y sosa cáustica explica por qué la compatibilidad debe comprobarse para las condiciones concretas.
También puede consultar las calculadoras de bombas para organizar un cálculo preliminar. Una cotización o revisión de ingeniería debe basarse en las condiciones de operación y la curva del equipo real.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la densidad del ácido sulfúrico?
Depende de la concentración y la temperatura. Por ejemplo, NorFalco tabula 1.8310 kg/L para H₂SO₄ al 98 % a 25 °C; en otra base, Veolia reporta SG 1.8437 a 60/60 °F. No intercambie densidad y SG sin conservar sus condiciones de referencia.
¿Cuál es la densidad de la sosa cáustica al 50 %?
Depende del producto y la temperatura. Covestro publica 1.52 g/cm³ a 20 °C; OxyChem reporta SG 1.5372 para su solución grado diafragma a 60 °F. Use la ficha del proveedor de la solución instalada.
¿La gravedad específica cambia la carga de una bomba centrífuga?
Para una bomba de geometría y velocidad determinadas, SG no multiplica directamente la carga expresada en metros. Sí cambia la presión diferencial que corresponde a esa carga y la potencia necesaria. La viscosidad puede cambiar además la curva real.
¿Cómo se estima la potencia al eje?
Calcule primero la potencia hidráulica con ρ, g, Q y H; después divídala entre la eficiencia de la bomba. Use unidades consistentes y verifique el resultado con la curva del equipo.
¿La viscosidad afecta una curva probada con agua?
Sí. En bombas rotodinámicas puede modificar caudal, carga, eficiencia y potencia absorbida. Cuando la viscosidad sea relevante, solicite la corrección apropiada para el fluido y el modelo.
Fuentes y recursos relacionados
- Hydraulic Institute: efectos de la viscosidad en el desempeño de bombas rotodinámicas.
- NorFalco: manual y tablas de propiedades de ácido sulfúrico.
- Kanto: SDS de ácido sulfúrico al 98 %.
- Covestro: datos de sosa cáustica al 50 %.
- ANIQ: hoja técnica de sosa cáustica.
- OxyChem: Caustic Soda Handbook.
- Veolia: información técnica de ácido sulfúrico.
- ProcessConvert: propiedades calculadas de soluciones acuosas de H₂SO₄.
Esta guía explica relaciones de cálculo y no reemplaza la selección final del fabricante ni una revisión de ingeniería. Confirme propiedades del fluido, curva, potencia absorbida, NPSH, materiales, sello y requisitos eléctricos antes de emitir una orden.
