Cómo leer la curva de una bomba y dimensionar correctamente la instalación.
Comprender cómo leer la curva de una bomba es el primer paso para seleccionar el modelo más adecuado, evitando errores de dimensionamiento, desperdicio de energía y problemas de cavitación.
Al seleccionar una bomba para un sistema hidráulico, ya sea para una vivienda, un pozo o un sistema de riego, la curva característica es la herramienta de partida para tomar la decisión correcta. Entender cómo interpretarla es fundamental para:
- identificar el modelo capaz de satisfacer las necesidades de la instalación y, al mismo tiempo, evitar sobredimensionamientos;
- prevenir ineficiencias energéticas, con un beneficio en términos de costes e impacto medioambiental;
- garantizar una larga duración y un rendimiento óptimo de la bomba, gracias a la identificación del punto de máximo rendimiento.
Curva característica de una bomba hidráulica: cuestión de caudal y altura manométrica.
Como es sabido, la bomba transforma la energía mecánica suministrada por el motor en energía cinética, transfiriéndola al fluido a través de las palas del impulsor. Esta energía se convierte luego en parte en energía de presión, lo que permite que el fluido se mueva dentro de una instalación. Para describir el comportamiento de la bomba, se hace referencia a dos magnitudes fundamentales: el caudal y la altura.
El caudal de una bomba centrífuga indica el volumen de fluido que puede mover en un determinado periodo de tiempo. En términos prácticos, se trata de la cantidad de líquido que atraviesa la bomba por unidad de tiempo, expresada comúnmente en litros por minuto (l/min) o metros cúbicos por hora (m³/h). En Estados Unidos, también se utiliza a menudo el GPM (galones por minuto). Esta magnitud se ve influida por varios factores, entre los que se encuentran las dimensiones de construcción de la bomba, la velocidad de rotación de su eje y las propiedades físicas del fluido tratado, como la densidad y la viscosidad. El caudal es una de las características técnicas fundamentales de una bomba centrífuga, ya que determina la capacidad de satisfacer las necesidades de flujo de una determinada instalación o proceso.
La prevalencia de una bomba representa la diferencia de presión entre el punto de salida y el punto de entrada del fluido, expresada en términos de altura, generalmente en metros (m). En esencia, indica hasta qué altura es capaz de elevar el fluido la bomba, transformando la energía mecánica en energía de presión. Este parámetro es crucial, ya que determina la capacidad de la bomba para vencer las resistencias presentes a lo largo del recorrido del fluido, como las causadas por curvas, válvulas, tuberías o pérdidas de carga distribuidas. Por lo tanto, la prevalencia es un elemento clave en la selección de la bomba más adecuada para una instalación específica, ya que debe ser compatible con las condiciones estructurales del sistema, como la longitud y el diámetro de las tuberías, la altura de elevación requerida y la cantidad de fluido a transferir.
La curva característica traza el comportamiento de la bomba.
El comportamiento de la bomba, en términos de capacidad para generar prevalencia a diferentes caudales, se describe mediante su curva.
La curva se traza en un plano cartesiano donde el eje horizontal (eje de abscisas) representa el caudal, expresado en m³/h, l/min o GPM, y el eje vertical (eje de ordenadas) indica la altura manométrica en metros (m).
En general, la curva tiene una tendencia descendente: esto significa que, al aumentar el caudal, la altura manométrica tiende a disminuir: una mayor cantidad de fluido en movimiento implica una menor capacidad de elevación por unidad de fluido.
Sin embargo, cada bomba tiene su propia curva característica y esto depende de varios factores, entre ellos:
- la geometría del impulsor (diámetro, forma e inclinación de las palas);
- la velocidad de rotación de la bomba;
- las pérdidas internas debidas a la fricción y las turbulencias;
- las características constructivas del cuerpo de la bomba.
En todos los casos, la curva permite visualizar cómo se comportará la bomba en un punto determinado dentro de su rango de rendimiento.
Cómo seleccionar el modelo adecuado de bomba.
En primer lugar, hay que identificar la capacidad y la altura de elevación necesarias para la instalación. En el gráfico de la curva característica de la bomba, cada punto representa una combinación de caudal y altura de elevación que la bomba puede proporcionar realmente.
Imaginemos que tenemos que elevar agua desde un depósito subterráneo y enviarla a un depósito elevado mediante una bomba. Los datos que debemos tener en cuenta son la altura de elevación, por ejemplo, 15 metros, a la que hay que sumar las pérdidas de carga, y el caudal requerido, por ejemplo, 12 m³/h.
De este modo, encontraremos el punto de trabajo requerido por la instalación, independientemente de la bomba. En este punto, hay que evaluar la bomba y verificar que el punto de trabajo requerido se encuentre en su curva. Si el punto se encuentra por debajo de la curva, significa que la bomba no puede proporcionar la altura manométrica requerida al caudal deseado; si el punto está por encima de la curva, significa que el sistema requeriría una altura manométrica menor que la proporcionada por la bomba a ese caudal. En el primer caso, la bomba no puede vencer la resistencia del sistema; en el segundo caso, está sobredimensionada. En resumen, solo si el punto de trabajo requerido se encuentra en la curva característica de la bomba significa que existe un equilibrio real entre lo que la bomba puede dar y lo que el sistema requiere.
Punto de trabajo y punto de máximo rendimiento (BEP).
Pero no basta con que el punto de trabajo se encuentre en la curva: es esencial que también esté lo más cerca posible del punto de máximo rendimiento, conocido como BEP (Best Efficiency Point). De hecho, cada bomba tiene un caudal al que funciona en condiciones óptimas, con el máximo rendimiento. Este punto se identifica en una curva en forma de campana que representa la relación entre la potencia útil y la absorbida, siempre en función del caudal, y suele ser indicado por los fabricantes en la curva característica. Por ejemplo, imaginemos una bomba que tiene su BEP entre 7 y 10 m³/h, lo que corresponde al 70 %-80 % de su caudal máximo. Si el punto de trabajo requerido por la instalación se encuentra dentro de este intervalo, significa que la bomba funcionará en condiciones óptimas. Cuando la bomba funciona demasiado lejos de este punto, las consecuencias son negativas: hacia la izquierda (bajo caudal) se corre el riesgo de vibraciones, sobrecalentamiento y ruido; hacia la derecha (alto caudal) se reduce el rendimiento y aumentan el desgaste y el consumo.
¿Qué es el NPSH y por qué es importante?
Cuando una bomba aspira un fluido, se genera una depresión en la entrada (aspiración). Si esta presión desciende demasiado, el fluido puede evaporarse localmente generando burbujas y provocando el fenómeno de cavitación, que puede dañar gravemente el impulsor.
Por ello, especialmente en instalaciones con aspiración profunda, es importante tener en cuenta el valor NPSHR (Net Positive Suction Head Required), es decir, el valor mínimo de presión (expresado en metros de columna líquida) que debe estar presente en la entrada de la bomba para evitar la cavitación. El fabricante lo indica en la ficha técnica de la bomba, normalmente en función del caudal.
Cuanto mayor sea el caudal, mayor será el NPSHR requerido por la bomba. Por su parte, el Net Positive Suction Head Available (NPSHA) indica la presión realmente disponible en la aspiración de la bomba, determinada por las condiciones de la instalación: nivel del líquido, presión atmosférica, pérdidas en la aspiración, altura de aspiración. Para un funcionamiento seguro, el valor NPSHA debe ser mayor que el NPSHR, con un margen de seguridad de al menos 0,5-1 metro. De lo contrario, la bomba corre el riesgo de cavitar, causando daños y pérdidas de rendimiento.
El tipo de fluido también marca la diferencia.
Las curvas características de las bombas hidráulicas se desarrollan con agua, pero cuando se trata de otros fluidos —más viscosos, más ligeros, más calientes o más corrosivos— hay que tener en cuenta variaciones importantes. La viscosidad, por ejemplo, influye en el caudal y la potencia absorbida; la densidad influye en la prevalencia requerida; la tensión de vapor cambia el valor de NPSHA. En estos casos, es necesario corregir las curvas estándar aplicando coeficientes específicos, evaluar la potencia del motor en función de la nueva carga y, sobre todo, asegurarse de que los materiales de la bomba sean compatibles con el fluido tratado.
