INSTALACIONES SANITARIAS

Unidad 1 – CLASE 6 Calculo de Bombas 1

 Introducción

Una bomba de agua es una máquina hidráulica cuyo funcionamiento se basa en el Principio de
Bernoulli, según el cual, en un fluido ideal sin viscosidad, ni rozamiento, e incompresible que se
encuentra en circulación por un conducto cerrado, su energía permanece constante en cada
punto de su recorrido.

La energía que posee un fluido en movimiento se compone de tres componentes:

• cinética: es la energía que posee el fluido debido a su velocidad de movimiento

• de flujo: relacionado con la presión que posee
• gravitatoria: debido a la altitud del fluido.
 Conceptos Básicos

• Estas tres componentes de la energía se correlacionan con los mismos términos que definen
el Principio de Bernoulli:
 Conceptos Básicos

• Pues bien, una bomba de agua es una máquina hidráulica que es capaz de transmitir energía
al fluido que pasa a su través, convirtiendo la energía mecánica que recibe a través de su eje
en una energía "hidráulica" para el fluido, aumentando su velocidad, su presión o su altura, o
todas las componentes a la vez, según el Principio de Bernoulli.
 Clasificación

Tipos de bombas de agua

Según el principio de su funcionamiento, las bombas de agua se clasifican en dos grandes grupos:

• Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo

• Bombas rotodinámicas
 Clasificación

A) Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo:

• Se denominan así porque basan su funcionamiento en un órgano propulsor que genera de
manera positiva un volumen o cilindrada. Este tipo de bomba dispone de una cámara donde
se aloja el fluido y cuyo volumen varía cuando la bomba entra en funcionamiento. En efecto,
cuando las paredes de la cámara empujan al fluido que contiene en su interior provoca un
aumento de la presión de éste, aumentando la energía del fluido.
 Clasificación

A su vez, este tipo de bombas se subdividen en:

Alternativas: pueden ser de émbolo o de membrana, y donde el volumen que confina el fluido
varía por la acción de un émbolo o de una membrana, respectivamente. En este tipo de bombas
el movimiento del fluido es discontinuo, en pulsaciones, donde la aspiración y descarga del agua
se realiza por la acción coordinada de válvulas.
 Clasificación

• Rotativas: en este tipo de bombas el fluido se desplaza dentro de la

cámara, desde una zona de baja presión hasta otra zona de alta presión
donde está la salida. Según el órgano propulsor que mueve el fluido,
pueden ser de paletas, de lóbulos, bombas de tornillo o de engranajes.
 Clasificación

B) Bombas rotodinámicas:
• En este tipo de bombas existen uno o más rodetes girando a gran velocidad y que
aspiran el fluido. El rodete le comunica la energía cinética de rotación al fluido que es
lanzado a gran velocidad hacia las paredes de la voluta, que al chocar convierte parte
de la energía cinemática que lleva el fluido en presión.
 Clasificación

• Este tipo de máquinas generan un fluido continuo, empleándose para suministrar caudales
altos con presiones moderadas.
• En función de la trayectoria que sigue el fluido al ser lanzado por el rodete se distinguen
varios tipos de bombas
1. Radiales o centrífugas: cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular
al eje del rodete impulsor.
 Clasificación

• Axiales: cuando el fluido pasa por los canales de

los álabes siguiendo una trayectoria contenida en
un cilindro. Empleada para mover grandes
caudales de agua.

• Diagonales o helicoidales: cuando la trayectoria

del fluido se realiza en otra dirección
comprendida entre las anteriores, es decir, en un
cono coaxial con el eje del rodete.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

• Potencia de la bomba
• En un equipo de bombeo la potencia consumida por éste no es igual a la potencia que finalmente
se transmite al fluido y que es la potencia útil realmente.
• En efecto, la potencia teórica o potencia útil (Pu) que se transmite a un fluido, sea agua u otro
cualquiera, y que se invierte en proporcionarle un caudal (Q) y altura manométrica (H) a su paso
por el equipo de bombeo viene dado por la siguiente expresión:

Pu = ρ · g · Q · H
donde,
Pu, es la potencia proporcionada al fluido, en W;
Q, es el caudal de fluido que atraviesa la bomba, en m3/s;
H, es la altura manométrica ganada por el fluido a su paso por la bomba, en m;
ρ, es la densidad del fluido, en kg/m3;
g, es la aceleración de la gravedad: 9,81 m/s2
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

• Al producto (ρ · g) se denomina peso específico (γ), por lo que la expresión anterior

quedaría como sigue:
Pu = γ · Q · H
siendo,
γ, el peso específico del fluido, en N/m3.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

En la siguiente tabla se puede consultar, para el caso del agua, los valores del peso específico
(γ en kg(fuerza)/dm3) y de la presión de vapor (Pv), también llamado tensión de vapor
(Tv expresado en kg(fuerza)/cm2) para distintas temperaturas del agua:
Parámetros de Funcionamiento de Bombas
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

• La potencia calculada por la expresión anterior, es la potencia teórica o útil (Pu) que ganaría el
fluido a su paso por el equipo de bombeo. No obstante, un equipo de bombeo está
constituido, además de por la bomba propiamente, por un motor de accionamiento (que
puede ser eléctrico o de combustión) acoplado mediante un eje a la bomba y de sistemas
auxiliares.

• La potencia finalmente consumida (Pe) por todo este equipo de bombeo es superior a la
potencia útil (Pu), dado que habrá que considerar las pérdidas y rendimientos de cada uno de
los componentes que intervienen.
Parámetros de Funcionamiento de Bombas
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

• En efecto, en primer lugar se tiene la

potencia que debe absorber el eje de la
bomba (Pb), para suministrar el caudal (Q)
y la altura manométrica (H), y cuyo valor
es el proporcionado por las siguientes
expresiones, según las unidades de
medida empleadas:
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

donde,
• Q, es el caudal que impulsa la bomba, en m3/h;
• H, es la altura manométrica ganada por el fluido a su paso por la bomba, en m;
• γ, es el peso específico del fluido, en kg/dm3;
• ηH, es el rendimiento hidráulico, expresado en porcentaje º/1;
• ηV , es el rendimiento volumétrico, expresado en porcentaje º/1.

El rendimiento hidráulico (ηH) es un dato suministrado por el fabricante de la bomba, y con ello se
tiene en cuenta las pérdidas de carga debido al rozamiento del fluido por las paredes de la
bomba, válvulas y los rodetes. Sería igual al cociente entre la altura manométrica que realmente
logra el fluido y la que lograría de no existir estas pérdidas.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

El rendimiento hidráulico se puede estimar en los siguientes valores:

• entre 0,95 hasta 0,97 para bombas de gran tamaño y con unas condiciones de escurrimientos
favorables;
• entre 0,85 hasta 0,88 para bombas más pequeñas y de diseño no demasiado elaborado.

El rendimiento volumétrico (ηV) es también un dato suministrado por el fabricante de la bomba, y

con ello se tiene en cuenta las pérdidas por fugas de fluido dentro del cuerpo de la bomba.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

El rendimiento volumétrico se puede estimar en los siguientes valores:

• entre 0,97 hasta 0,98 para bombas de cuidada ejecución y grandes caudales.
• entre 0,94 hasta 0,96 para bombas de cuidada ejecución y pequeños caudales.
• entre 0,89 hasta 0,92 para bombas de regular ejecución y pequeños caudales.

El rendimiento volumétrico está muy condicionado por la temperatura a la que circula el fluido
por el interior de la bomba (dado que la temperatura influye en las holguras entre las piezas de la
bomba y por tanto en la fuga del fluido, y sobre todo, en su grado de viscosidad). Para
temperaturas muy altas el rendimiento volumétrico puede bajar hasta 0,65 ó 0,70.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

• Asimismo, las fugas y por ende, el rendimiento volumétrico, depende de la presión de trabajo
de la bomba. Al aumentar la presión, aumentan las fugas y por tanto disminuye el
rendimiento volumétrico de la bomba.

• Por lo tanto, y una vez tenida en cuenta las pérdidas anteriores que reducen la eficiencia en
una bomba, la relación entre la potencia útil (Pu) transmitida al fluido y la que debe recibir la
bomba en su eje de entrada de accionamiento (Pb), es la siguiente en función de cada uno de
los rendimientos anteriores:
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

Pu = Pb · ηH · ηV
donde,

• (ηH) y (ηV) son los rendimiento hidráulicos y volumétricos respectivamente de la

bomba
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

En otro orden de cosas, y en el caso específico de una bomba de agua accionada por un motor
eléctrico, la potencia eléctrica consumida de la red (Pe) o potencia activa es la que realmente
interesa conocer porque expresa el consumo y condiciona el diseño de la instalación. Esta
potencia viene expresada según las siguientes formulaciones:
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas
Sin embargo, la potencia ofrecida por el motor eléctrico (Pm) en la salida de eje es menor que la
potencia eléctrica consumida (Pe), debido a las pérdidas mecánicas que se producen en los
órganos de transmisión del motor. De esta manera se obtiene que:

Pm (kW) = Pe · ηM

donde (ηM) es el rendimiento mecánico del motor que tiene en cuenta las pérdidas mecánicas
debido al rozamiento en los cojinetes de los ejes, de las pérdidas en los órganos de comando y
transmisión, etc.
El rendimiento mecánico se puede estimar en los siguientes valores:
• entre 0,94 hasta 0,96 para bombas directamente acopladas al eje motor, de gran caudal y
diseño y mantenimiento cuidado;
• entre 0,83 hasta 0,86 para bombas pequeñas y con transmisión por correas o engranajes
entre bomba y motor.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

Finalmente, y considerando todas las anteriores pérdidas, la relación entre la potencia útil (Pu)
transmitida al fluido y el total de potencia consumida de la red eléctrica (Pe) por la bomba
estarían relacionadas de la siguiente forma:
Pu = Pe · ηH · ηV· ηM = Pe · ηG
donde,
ηG = ηH · ηV· ηM
siendo (ηG) el rendimiento global del equipo de bombeo que incluye el efecto de los distintos
rendimientos (hidráulico, volumétrico y mecánico) de cada uno de los componentes anteriores.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

NPSH (ANPA)

También denominada ANPA, o altura neta positiva de aspiración (en inglés, NPSH Net Positive
Suction Head) es un parámetro que define la diferencia entre la presión del líquido en el eje
impulsor y su presión de vapor a la temperatura que se realiza el bombeo.
Se consideran dos tipos de NPSH:
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

NPSH disponible (NPSHd): es un parámetro característico de cada instalación e independiente de la

bomba empleada. La expresión que define el NPSH disponible es la siguiente, obtenida a partir de
aplicar el principio de conservación de la energía entre la superficie libre del líquido y el punto de
aspiración:

NPSHd = (10 · Pa) / γ - Ha - Pca - (10 · Pv) / γ

donde,
• Pa, es la presión atmosférica o presión en el depósito de aspiración, en kg/cm2;
• Ha, es la altura geométrica de aspiración, en metros;
• Pca, es la pérdida de carga originada en la aspiración (incluye todos los elementos que componen el
circuito de aspiración: tuberías, válvulas, curvas, accesorios, etc.), en metros;
• Pv, es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en kg/cm2;
• γ, es el peso específico del líquido, en kg/dm3.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

La presión atmosférica (Pa) que se tiene en la superficie del agua del depósito de aspiración,
para aquellos depósitos abiertos a la atmósfera, como puedan ser pozos, embalses de agua,
piscinas, etc. es variable con la altura topográfica que tiene el terreno sobre la que se asienta
el depósito. El efecto de la presión atmosférica (Pa) con la altitud se puede determinar con la
siguiente expresión:

Pa (m) = 10,33 - Altitud (m) / 900

 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

NPSH requerido (NPSHr): es un parámetro característico del tipo de bomba empleada,

siendo un dato que suministra el fabricante de la bomba. La expresión que define el NPSH
requerido es la siguiente,

donde,
• Hz, representa la presión mínima necesaria en la zona inmediatamente anterior a los
álabes del rodete de la bomba, en metros;
• va, es la velocidad de entrada del líquido en la bomba, en m/s. La
expresión va2 / 2g representa la altura dinámica (presión) que tiene el líquido a la
entrada de la bomba, en metros.
 Parámetros de Funcionamiento de Bombas

La importancia de conocer estos parámetros es vital para asegurar el correcto funcionamiento de

la bomba y que permite identificar el problema más crítico que pueda surgir en el normal
funcionamiento de una bomba, que es la cavitación, o formación de burbujas en la aspiración.
Pues bien, existe una relación que asegura que una bomba funcione correctamente sin que
surjan estos problemas de cavitación. Para ello es necesario que el NPSH disponible de la
instalación sea mayor que su NPSH requerido en todo el rango de funcionamiento de la bomba. Si
se incluye un margen de seguridad de 0,5 metros al NPSH requerido, la condición de no
cavitación sería la siguiente:

NPSHd ≥ NPSHr + 0,5 m.

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