Selector de bombas: caudal, altura manométrica y NPSH

Qué calcula

Una bomba se elige por su punto de trabajo: el caudal que necesitas y la altura manométrica total a la que tiene que darlo. Cada fabricante publica la curva de su modelo, que relaciona ambas cosas. Si la curva pasa por encima de tu punto, la bomba llega; si pasa por debajo, se queda corta y los emisores no tendrán presión.

Para una bomba de superficie la herramienta calcula además el NPSH disponible, que indica si podrá aspirar el agua sin cavitar.

La fórmula de la altura manométrica

H = desnivel + fricción + singulares + equipos + presión en el emisor

Desnivel geométrico. En una bomba de superficie, la altura desde el agua hasta la bomba más la que hay desde la bomba hasta el emisor más alto. En una sumergible, la distancia vertical entre el nivel del agua y ese emisor.

Fricción en la tubería, con la ecuación de Hazen-Williams en unidades del sistema internacional: hf = 10,67 × L × Q^1,852 ÷ (C^1,852 × d^4,8704), con la longitud L en metros, el caudal Q en m³/s y el diámetro interior d en metros. El coeficiente C depende del material: 140 para el polietileno, 150 para el PVC y 120 para el hierro galvanizado, según la tabla de diseño de Engineering ToolBox que recoge la entrada de Wikipedia sobre la ecuación.

Pérdidas singulares: codos, tes y llaves. Se estiman como un porcentaje de la fricción. Por defecto ponemos un 10 %, una hipótesis que conviene subir si la instalación tiene muchas piezas.

Equipos: filtro, contador y válvulas, con la pérdida de carga que da su ficha al caudal de trabajo.

Presión en el emisor, pasada a metros. Un bar son 100.000 Pa, que con agua de 1.000 kg/m³ y una gravedad de 9,80665 m/s² equivalen a 10,2 m.c.a.

NPSH: si la bomba podrá aspirar

NPSH disponible = presión atmosférica − presión de vapor − altura de aspiración − pérdidas de la aspiración

A nivel del mar la atmósfera empuja con 101.325 Pa, el equivalente a 10,33 m de columna de agua. Con la altitud baja: la herramienta usa la fórmula de la atmósfera estándar, p = 101.325 × (1 − 2,25577 × 10⁻⁵ × h)^5,25588, que a 600 m da unos 9,62 m. La presión de vapor del agua a 20 °C es de 2,339 kPa, unos 0,24 m. Por eso ninguna bomba de superficie aspira desde más de unos diez metros, ni siquiera en teoría. En la práctica el límite es menor, porque cada bomba necesita su propio NPSH requerido, que figura en la ficha.

Un ejemplo

Bomba de superficie a 600 m de altitud que debe dar 2 m³/h. El agua está 4 m por debajo de la bomba, con 6 m de tubo de aspiración de 32 mm interiores. La impulsión sube 6 m por 50 m de polietileno de 26,2 mm interiores. Filtro de 0,3 bar, emisores de 1,5 bar y singulares al 10 %.

La fricción sale de 2,67 m en la impulsión y 0,12 m en la aspiración; las singulares, 0,28 m; el filtro, 3,06 m, y la presión del emisor, 15,3 m. Con los 10 m de desnivel, la bomba tiene que dar 2 m³/h a unos 31,4 m, es decir, 3,08 bar. El NPSH disponible queda en unos 5,2 m.

Hipótesis y límites

Hazen-Williams es una fórmula empírica: solo vale para agua, a temperatura ambiente y a velocidades normales. Suponemos agua a 20 °C, un diámetro interior constante en cada tramo y las singulares como porcentaje. El resultado es un punto de partida que se contrasta con la curva de la ficha, no un proyecto.

La herramienta solo muestra bombas cuya curva hemos copiado de la ficha del fabricante, con su fuente. Si no aparece ninguna, busca en la ficha de cada candidata la altura que da a tu caudal y compárala con la tuya.

No sirve para instalaciones de agua potable de edificios, piscinas de uso público ni redes contra incendios, que tienen su propia normativa. Si el agua sale de la red, consulta antes las condiciones de suministro de tu compañía de aguas. El caudal de partida lo obtienes con la calculadora de caudal, y cómo revisamos estas fórmulas está en la metodología.