Calculadora de carga dinámica total (CDT) para elegir una bomba
Calcula la carga dinámica total de una bomba: altura de succión y de descarga, presión en la salida (psi, bar o kPa) menos la presión de la fuente, fricción por Hazen-Williams en tubería cédula 40, 80 o de diámetro propio, accesorios en porcentaje o uno por uno, carga de velocidad, NPSH disponible, curva del sistema, potencia, motor y costo de operación.
Cómo funciona
CDT = carga estática (succión + altura de descarga) + carga de presión ((presión de salida − presión de la fuente) × 10.2 m por bar ÷ GE) + pérdidas por fricción + carga de velocidad · Hazen-Williams: h_f (por cada 100 de longitud) = 0.2083 × (100/C)^1.852 × Q^1.852 ÷ d^4.8655 (Q en gpm, d en pulgadas) · longitud equivalente = tubería + accesorios (en % o Σ cantidad × L/D × d) · velocidad = Q ÷ área, carga de velocidad = v² ÷ 2g · potencia hidráulica (kW) = Q (m³/h) × H (m) × GE × 9.81 ÷ 3,600 · potencia en el eje = potencia hidráulica ÷ eficiencia · NPSH disponible = carga atmosférica − succión − fricción en la succión − presión de vapor
Una bomba tiene que vencer todo lo que hay entre la fuente y la salida: la altura a la que sube el agua (carga estática), la presión que necesita la salida (cada bar equivale a unos 10.2 m de columna de agua), la fricción de tubos y accesorios, y la pequeña energía cinética del flujo. La suma es la carga dinámica total (CDT), que junto con el caudal marca el punto de la curva de la bomba que debes cumplir. Si la fuente tiene presión, como un tanque presurizado o la red municipal, esa presión se resta. La fricción es el término que más se subestima: crece casi con el cuadrado del caudal y con la quinta potencia del inverso del diámetro, así que un tubo un número más chico puede duplicar la carga y la potencia. Hazen-Williams es la fórmula de uso común para agua a temperatura normal. Los accesorios pueden sumarse como un margen de 20–30% o contarse uno por uno con su longitud equivalente en diámetros; una válvula de pie con coladera o una de globo pueden pesar tanto como un tramo largo de tubo. La curva del sistema muestra cómo cambia la carga con el caudal, y la bomba trabaja donde su curva la cruza. El NPSH disponible revisa la succión contra la cavitación: la carga atmosférica (que baja con la altitud) menos la succión, la fricción en la succión y la presión de vapor del agua; debe quedar unos metros por encima del NPSH que pide la bomba. Para un sistema silencioso y durable conviene una velocidad de 0.6 a 2.1 m/s.
Ejemplo resuelto
Ana necesita 227 L/min (60 gpm) desde un pozo con el agua 3.7 m por debajo de la bomba, para entregarla 13.7 m más arriba a 2.07 bar (30 psi), con 107 m de tubo de cobre de 2″ cédula 40 (C = 140) más 25% por accesorios. La carga estática es 17.4 m, la de presión 2.07 × 10.2 = 21.1 m y la fricción 6.41 m cada 100 m × 133.4 m = 8.55 m; con la carga de velocidad (0.16 m) la CDT queda en unos 47.2 m. La potencia en el eje es de unos 2.7 kW (3.6 hp) con 65% de eficiencia, así que conviene un motor de 5 hp (3.7 kW). Al nivel del mar y con agua a 16 °C, el NPSH disponible es de unos 10.3 − 3.7 − 0.2 = 6.5 m antes de la fricción en la succión.
Fuentes: Grundfos ECADEMY — calculating total dynamic head (elevation, pressure, friction, fittings) · Engineering ToolBox — Hazen-Williams friction loss for water · Pumps & Systems — total head for the pump and system
Preguntas frecuentes
¿Qué es la carga dinámica total de una bomba?
Es la energía por unidad de peso que la bomba debe darle al líquido, expresada en metros de columna de agua: altura estática más presión requerida más pérdidas por fricción y velocidad. Con ese dato y el caudal eliges la bomba en su curva.
¿Conviene contar los accesorios o usar un porcentaje?
Un margen de 20–30% basta en sistemas sencillos. Cuéntalos cuando haya muchos o alguno grande: una válvula de pie con coladera equivale a unos 420 diámetros de tubería (unos 21 m en tubo de 2″) y una de globo a 340. Elige Contarlos para escribir cada tipo.
¿Puedo usar unidades métricas?
Sí. El caudal acepta L/min, m³/h o L/s y la presión bar o kPa; las longitudes van en metros. Las cargas, la velocidad y la potencia se muestran en m, m/s y kW.
¿Qué es el NPSH y por qué importa?
El NPSH disponible es el margen de presión en la entrada de la bomba por encima de la presión de vapor del agua. Si cae por debajo del NPSH requerido, la bomba cavita, pierde caudal y se daña el impulsor. Una succión alta, un tubo de succión largo o chico, el agua caliente y la altitud lo reducen.
¿Por qué la bomba da más caudal del que calculé?
Si la carga real es menor a la calculada (tubería corta o con poca fricción), la bomba se desplaza por su curva hacia un caudal mayor y puede sobrecargar el motor. La tabla de la curva del sistema muestra la carga con otros caudales. Se corrige recortando el impulsor, agregando una válvula o usando un variador.
¿Cuántos metros de carga equivale 1 bar?
1 bar equivale a unos 10.2 m de columna de agua y 1 psi a unos 0.704 m. Así, 2 bar en la salida suman unos 20.4 m a la carga dinámica total.
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Estimación hidráulica con fórmulas estándar y propiedades típicas del agua; verifícala con las curvas de la bomba, los datos de la tubería y el reglamento aplicable antes de especificar equipos.