De caudal y desnivel a potencia de motor

Dimensionar una bomba es encadenar cuatro cuentas. La primera es la altura manométrica total, que es todo lo que la bomba tiene que vencer:

H_total = H_geométrica + H_fricción + H_{presión en descarga}

La altura geométrica es el desnivel puro. La presión en la descarga es lo que el proceso exige en el punto de entrega —un gotero necesita del orden de 1 bar, un aspersor entre 2,5 y 4— y se convierte a metros multiplicando los bar por 10,2. Y la fricción es lo que se pierde en la tubería, que es la parte que la gente subestima.

La pérdida de carga: Hazen-Williams

Para agua a temperatura ambiente, que es el 95% de los casos en riego y en planta, la fórmula de Hazen-Williams es suficiente y es la que usa la práctica chilena:

h_f = 10,67 · L · Q^1,852 ÷ ( C^1,852 · D^4,87 )
Q en m³/s · D en m · L en m · h_f en m

El coeficiente C depende del material y del estado: 150 para PVC y HDPE nuevos, 140 para acero nuevo, 100 para acero con años encima, 80 para acero incrustado. Ese deterioro no es menor — la misma tubería de acero que al instalarse perdía 8 metros, con quince años de incrustación pierde más de 18. Si está diagnosticando una instalación vieja que "ya no da el caudal de antes", esa es muchas veces la respuesta completa, y no hay que cambiar la bomba.

Fíjese en el exponente del diámetro: 4,87. Subir de 90 a 110 mm —un solo escalón comercial— baja la pérdida a menos de la mitad. Esa es la razón por la que en tramos largos el diámetro se decide por economía de bombeo y no por lo que aguanta el caudal.

La velocidad, que es el otro criterio

El diámetro también se verifica por velocidad:

• Bajo 0,6 m/s: demasiado lento. En agua con sólidos en suspensión se sedimenta, y el diámetro está sobredimensionado.
• Entre 1 y 2,5 m/s: el rango de diseño para impulsión.
• Sobre 3 m/s: las pérdidas se disparan, aparece ruido, se acelera la erosión y el golpe de ariete se vuelve peligroso. En succión el límite es más bajo todavía, del orden de 1,5 m/s, porque la velocidad alta castiga el NPSH disponible y lleva a cavitación.

De la hidráulica al motor

Con caudal y altura, la potencia que efectivamente recibe el agua es:

P_hidráulica [kW] = 9,81 × Q [m³/s] × H [m]

Dividiendo por el rendimiento de la bomba se obtiene la potencia al eje, y dividiendo otra vez por el rendimiento del motor y multiplicando por el factor de servicio se llega a la potencia que hay que pedir. De ahí sale el motor comercial, y de ahí sale la corriente que define el alimentador, la protección y el tablero.

Los errores que se pagan después

Sobredimensionar "por si acaso". Es el más común y el más caro. Una bomba más grande de lo necesario no trabaja en su punto de mejor rendimiento, consume de más todos los días, vibra, castiga sellos y rodamientos, y obliga a estrangular una válvula para no pasarse de caudal — es decir, se instala potencia de más para después quemarla a propósito. El margen correcto va en el factor de servicio del motor, no en subir dos tamaños la bomba.

Olvidar el NPSH. Esta calculadora no lo evalúa y conviene decirlo: si la bomba aspira desde un nivel más bajo que ella, o si la succión es larga o angosta, hay que verificar que el NPSH disponible supere al requerido por la bomba con margen. Cuando no se cumple, la bomba cavita: suena a piedras, pierde caudal y se come el impulsor en meses.

Olvidar el golpe de ariete. En tramos largos con velocidad alta, un corte brusco —un paro por falla de energía, una válvula que cierra rápido— genera una onda de presión capaz de reventar uniones y dañar la bomba. Es uno de los argumentos más sólidos para partida y parada suave, o para un variador con rampa.