En un sistema de bomba centrífuga, la "altura" es mucho más que un simple parámetro técnico: determina directamente si la bomba puede entregar fluido a la ubicación objetivo y superar efectivamente la resistencia de la tubería. Los errores en el cálculo de la altura pueden provocar un caudal insuficiente y un mayor consumo de energía, en el mejor de los casos, y, en el peor de los casos, cavitación, sobrecarga del motor o incluso daños al equipo.
Ya sea que esté diseñando un sistema nuevo, reemplazando una bomba vieja o solucionando anomalías operativas, dominar métodos precisos de cálculo de altura es clave para lograr un funcionamiento eficiente, estable y que ahorre energía. Este artículo desglosa principios complejos en pasos claros, lo que facilita su comprensión incluso sin una formación profunda en mecánica de fluidos.
La altura se refiere a la energía mecánica total proporcionada por una bomba centrífuga a una unidad de peso de fluido, en unidades de metros (m) o pies (ft).
Nota: ¡Cabeza ≠ Presión! Aunque se pueden convertir mediante fórmulas, sus significados físicos son diferentes:
La cabeza consta de cuatro componentes:
| Componente | Descripción |
|---|---|
| Cabeza estática | Diferencia de altura vertical entre el nivel del líquido de succión y el nivel del líquido de descarga (Unidad: m) |
| Cabeza de velocidad | Altura equivalente de la columna de líquido requerida para superar la diferencia de presión entre el lado de succión y el lado de descarga |
| Cabeza de velocidad | Término de energía cinética generada por la velocidad del flujo del fluido (generalmente pequeña, pero debe considerarse en casos específicos) |
| Cabeza de fricción | Pérdida de energía causada por la fricción del fluido en tuberías, válvulas y codos. |
✅ Fórmula de cabeza total: Htotal = Hestática + Hpresión + Hvelocidad + Hfricción
Transporte de agua a temperatura ambiente desde un tanque de succión abierto a un tanque de descarga presurizado con las siguientes condiciones conocidas:
💡 Nota: La presión de un tanque abierto es la presión atmosférica, con una presión manométrica de 0, por lo que la altura de presión del lado de succión es 0.
Suponiendo que el área de la sección transversal del tanque de succión es mucho mayor que la de la tubería, la velocidad del flujo de succión ≈ 0, por lo que solo es necesario calcular la altura de velocidad del lado de descarga.
Área de la sección transversal de la tubería:A = π(d/2)² = 3,1416 × (0,05)² ≈ 0,00785 m²
Velocidad del flujo:v = Q/A = 0,0139 / 0,00785 ≈ 1,77 m/s
Cabeza de velocidad:Hvelocidad = v²/(2g) = (1,77)²/(2×9,81) ≈ 3,13 / 19,62 ≈ 0,16 m
⚠️ Nota: Si los diámetros de las tuberías de succión y descarga son diferentes, se debe calcular la diferencia de velocidad: (v₂² - v₁²)/(2g)
Usando la fórmula de Darcy-Weisbach: Hfricción = f × (L/d) × (v²/(2g))
Sustituya los datos:
Hfricción = 0,02 × (100/0,1) × 0,16 = 0,02 × 1000 × 0,16 = 3,2 m
Suponiendo que el área de la sección transversal del tanque de succión es mucho mayor que la de la tubería, la velocidad del flujo de succión ≈ 0, por lo que solo es necesario calcular la altura de velocidad del lado de descarga.
🔧 Consejo: La longitud de tubería de 100 m debe incluir la "longitud equivalente" de válvulas y codos (por ejemplo, un codo de 90° ≈ 3 m de tubería recta).
Htotal = Hestática + Hpresión + Hvelocidad + Hfricción = 15 + 20,4 + 0,16 + 3,2 = 38,76 m
📌 Recomendación de ingeniería: reserve un margen del 5 % al 10 % al seleccionar una bomba. Se recomienda elegir una bomba centrífuga con una altura nominal ≥ 40~42 m.
| Herramienta | Objetivo |
|---|---|
| Gráfico de mal humor | Determine con precisión el factor de fricción f según el número de Reynolds y la rugosidad de la pared de la tubería. |
| Tabla de longitud equivalente de montaje | Convierta codos, válvulas, etc., en longitudes de tubería recta para incluirlos en el cálculo de Hf. |
| Descripción del escenario | Como Engineering ToolBox, Pump-Flo, para una verificación rápida de resultados |
| Método del manómetro in situ | Para los sistemas existentes, la altura se puede calcular nuevamente usando la fórmula: H = (Pd - Ps)/(ρg) + Δz + (vd² - vs²)/(2g) |
| Idea falsa | Comprensión correcta |
|---|---|
| ❌ "La cabeza es presión" | ✅ La cabeza es la altura de la energía (m), la presión es la fuerza (bar); Fórmula de conversión: H = P/(ρg) |
| ❌ Ignorar la pérdida por fricción | ✅ En tuberías largas o de pequeño diámetro, el Hf puede representar más del 20% de la altura total. |
| ❌ Omitir la altura de velocidad | ✅ No se puede ignorar en sistemas de pequeño diámetro y alto caudal (especialmente cuando los diámetros de las tuberías de succión/descarga son diferentes) |
| ❌ Usar la distancia entre la entrada y salida de la bomba en lugar de la diferencia de altura del nivel del líquido | ✅ La altura estática debe ser la distancia vertical entre los niveles de líquido. |
| ❌ Uso de la densidad del agua al transportar productos derivados del petróleo. | ✅ Para fluidos no acuosos, el cálculo debe corregirse según la densidad real ρ y la viscosidad ν |
El cálculo de la altura de la bomba centrífuga no es un desafío insuperable; siempre que se divida en cuatro partes: altura estática, altura de presión, altura de velocidad y altura de fricción, y los parámetros se sustituyan paso a paso, se pueden obtener resultados confiables. Como marca profesional en el campo de los equipos de fluidos industriales,f = 0,02Los productos de la serie de bombas centrífugas están diseñados basándose en una mecánica de fluidos rigurosa, coincidiendo con precisión con los requisitos de altura en diferentes escenarios y presentando una alta relación de eficiencia energética y una durabilidad estable, satisfaciendo perfectamente las necesidades de selección e implementación después del cálculo de la altura. Para obtener más detalles sobre los productos de bombas centrífugas de Teffiko adecuados para diferentes condiciones de trabajo o para obtener soluciones de selección personalizadas, no dude en contactarnos.contáctanos!
