Cuando el acueducto no puede operar completamente por gravedad — porque la fuente está a menor elevación que la zona a servir, o porque se requiere presión adicional en la red — se hace necesario incorporar un sistema de bombeo. La correcta selección de la bomba centrífuga es fundamental para garantizar la eficiencia energética, la vida útil del equipo y el cumplimiento de los caudales y presiones exigidos por el RAS 2017.
Parámetros de diseño del sistema de bombeo
Antes de seleccionar la bomba es necesario definir con precisión:
- Caudal de diseño (Q): para sistemas de acueducto se dimensiona para el Caudal Máximo Diario (QMMD). En sistemas con almacenamiento, la bomba puede operar a QMD si el tanque compensa las variaciones horarias.
- Altura manométrica total (Hm): la diferencia de nivel geométrica más las pérdidas de carga en la tubería de impulsión.
- Características del fluido: temperatura, densidad y presencia de sólidos en suspensión que puedan afectar el material del rodete.
Cálculo de la altura manométrica total
La altura manométrica total es la energía por unidad de peso que debe proporcionar la bomba. Se calcula como:
Hm = Hgeo + hf_asp + hf_imp + hv
Donde:
- Hgeo: diferencia de altura geométrica entre el nivel de succión y el punto de descarga (m)
- hf_asp: pérdidas de carga en la tubería de succión (m) — incluir accesorios
- hf_imp: pérdidas de carga en la tubería de impulsión (m)
- hv: presión de velocidad en la descarga (generalmente pequeña, ≤0.5 m)
Las pérdidas de carga se calculan con Hazen-Williams. Para la selección definitiva se debe incluir un factor de seguridad del 10–15% sobre las pérdidas calculadas para compensar el envejecimiento de las tuberías.
Curva del sistema vs curva de la bomba
La curva del sistema relaciona el caudal con la altura manométrica requerida. Tiene forma parabólica: a mayor caudal, mayores pérdidas de carga y mayor Hm requerida. La curva del sistema se traza para varios valores de Q:
Hm(Q) = Hgeo + R · Q²
Donde R es la resistencia hidráulica del sistema (s²/m⁵) que se calcula con Hazen-Williams.
La curva de la bomba (Q-H) la suministra el fabricante y representa la altura que puede entregar la bomba a diferentes caudales. El punto de operación es la intersección de ambas curvas: en ese punto la bomba opera en equilibrio con el sistema.
Para la selección, el punto de operación debe estar dentro del rango eficiente de la bomba (generalmente entre el 75% y el 115% del caudal de diseño del fabricante) y la eficiencia en ese punto debe ser superior al 65% para evitar sobrecostos energéticos.
NPSH disponible: verificación de cavitación
El NPSH disponible (NPSHd) es la presión absoluta en la succión de la bomba, expresada en metros de columna de agua. Si NPSHd es menor que el NPSH requerido (NPSHr) por la bomba, el agua en la succión entra en ebullición y se produce cavitación, que destruye el rodete y los sellos en poco tiempo.
NPSHd = (Patm / γ) + Hs_geo - hf_asp - (Pv / γ)
Donde Patm es la presión atmosférica (varía con la altitud — en Bogotá es ≈8.5 m.c.a., en Manizales ≈8.2 m.c.a.), Hs_geo es la altura de succión positiva o negativa, hf_asp las pérdidas en la succión y Pv la presión de vapor del agua a la temperatura de operación.
El RAS 2017 y los catálogos de los fabricantes exigen que: NPSHd ≥ NPSHr + 0.5 m (margen de seguridad).
Ejemplo práctico de selección
Para un acueducto veredal en Calarcá, Quindío, con los siguientes datos:
- QMMD = 1.8 L/s = 0.0018 m³/s
- Hgeo = 42 m (tanque a 42 m sobre el nivel del río)
- Longitud tubería impulsión: 380 m, DN 63 mm PVC
- Altitud del sitio: 1.500 m.s.n.m.
hf_imp (Hazen-Williams, C=150): ≈ 8.3 m | hf_asp ≈ 1.2 m
Hm = 42 + 1.2 + 8.3 = 51.5 m → seleccionar bomba para Q = 2 L/s, Hm = 57 m (con margen 10%)
En catálogos estándar (Grundfos, KSB, Pedrollo) esta combinación corresponde a una bomba monoetapa de 1 HP o 1.5 HP con rodete de acero inoxidable para agua potable.
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