Cómo calcular la altura de elevación dinámica total (TDH)

Seleccionar la bomba correcta es una de las decisiones más críticas en el diseño de un sistema de fluidos. Si se acierta, el sistema funcionará de manera eficiente durante años. Si se falla, se enfrentarán facturas de energía elevadas, fallos prematuros del equipo y un rendimiento deficiente. La clave del éxito reside en un parámetro crucial:Altura Dinámica Total (TDH).Calcular incorrectamente la TDH es un error común y costoso. Esto conduce a bombas sobredimensionadas que desperdician energía o a bombas subdimensionadas que no logran entregar el caudal requerido. Esta guía está dirigida a ingenieros, contratistas, compradores de bombas y diseñadores de sistemas que necesitan realizar este cálculo correctamente cada vez. Desglosaremos qué es la TDH, cómo calcularla paso a paso y cómo impacta en la selección final de la bomba.

¿Qué es la Altura Dinámica Total (TDH)?

La Altura Dinámica Total es la altura equivalente total que un fluido debe ser bombeado, considerando todas las pérdidas de energía en el sistema. Representa la cantidad total de trabajo que la bomba debe realizar para mover el fluido desde su origen hasta su destino.Muchas personas confunden la TDH con solo la diferencia de altura vertical, pero esto es solo una parte de la ecuación. La TDH es la suma de la altura estática (la elevación vertical) y la altura dinámica (la energía perdida por fricción y velocidad). Es la verdadera medida de la resistencia total que la bomba debe superar.

Componentes Clave de la Altura Dinámica Total

La TDH se calcula sumando cuatro componentes clave. Comprender cada uno es esencial para obtener un resultado preciso.

1. Altura Estática

La altura estática es la distancia vertical que la bomba debe elevar el fluido, independiente del caudal. Es puramente una función de la gravedad y la elevación.

·Altura de Succión Estática / Aspiración Estática:Esta es la distancia vertical desde la línea central de la bomba hasta la superficie de la fuente del fluido. Si la fuente del fluido está por encima de la bomba, es una altura de succión estática positiva. Si la fuente está por debajo de la bomba, es un valor negativo conocido como altura de aspiración estática.

·Altura de Descarga Estática:Esta es la distancia vertical desde la línea central de la bomba hasta el punto más alto en la tubería de descarga o la superficie del tanque de destino.Para encontrar la altura estática total, simplemente se resta la altura de succión estática de la altura de descarga estática.

2. Pérdida por Fricción

A medida que el fluido se mueve a través de las tuberías, roza contra las paredes internas, creando fricción. Esta fricción se opone al flujo y representa una pérdida de energía que la bomba debe superar. Esto se conoce como pérdida por fricción o pérdida de carga.La pérdida por fricción está influenciada por:·Caudal:Caudales más altos crean más turbulencia y, por lo tanto, una mayor pérdida por fricción.

·Diámetro de la Tubería:Las tuberías más pequeñas obligan al fluido a moverse más rápido, aumentando drásticamente la fricción.

·Longitud de la Tubería:Las tuberías más largas significan más área superficial sobre la que actúa la fricción.

·Material de la Tubería:Los materiales de tubería más rugosos (como el hierro fundido viejo) crean más fricción que los materiales lisos (como el PVC).

3. Pérdidas Menores (Accesorios y Válvulas)

Cada vez que el fluido cambia de dirección o pasa a través de un componente, pierde energía. Estas pérdidas debidas a codos, tes, válvulas, filtros y válvulas de retención a menudo se denominan 【pérdidas menores.】 Sin embargo, en sistemas complejos con muchos accesorios, estas pueden sumar una parte significativa de la pérdida de carga total.

4. Carga de Presión

Si la bomba descarga en un recipiente presurizado (como una caldera o un sistema de circuito cerrado), la bomba debe superar esta presión existente. Esta presión debe convertirse en una altura equivalente de fluido, conocida como carga de presión. Por ejemplo, en un sistema abierto que descarga a la atmósfera, la carga de presión es cero.

La Fórmula de la TDH Explicada

La ecuación general para la Carga Dinámica Total es sencilla:TDH = Carga Estática Total + Pérdida por Fricción Total + Carga de PresiónDonde:

·Carga Estática Total= Elevación de Descarga - Elevación de Succión

·Pérdida Total por Fricción= Pérdida por Fricción en Tuberías + Pérdidas Menores por Accesorios

·Altura de Presión= Presión en el tanque de destino (convertida a altura)Las unidades deben ser consistentes. En el sistema imperial, la altura se mide en pies. En el sistema métrico, se mide en metros.

Guía Paso a Paso para Calcular la TDH (Altura Dinámica Total)

Sigamos el proceso para calcular la TDH en un sistema típico.

Paso 1: Determinar la Altura Estática

Primero, mida las elevaciones verticales. Identifique el nivel del fluido en la fuente y en el punto de descarga. Supongamos que la bomba succiona desde un sumidero 10 pies por debajo de su línea central y bombea a un tanque con un nivel de agua 40 pies por encima de ella.

· Altura de Succión Estática = 10 pies

· Altura de Descarga Estática = 40 pies

·Altura Estática Total= 40 pies - (-10 pies) = 50 pies (Nota: La succión a menudo se trata como positiva en la suma final)

·Altura Estática Total= 40 pies + 10 pies = 50 pies

Paso 2: Calcular la Pérdida por Fricción en la Tubería

Usando el caudal deseado y los detalles de su tubería (diámetro, material, longitud), consulte una tabla de pérdida por fricción o use una calculadora en línea. Supongamos que necesita bombear 100 galones por minuto (GPM) a través de 200 pies de tubería de PVC de 3 pulgadas. Una tabla de pérdida por fricción podría mostrar una pérdida de 1.6 pies de altura por cada 100 pies de tubería.

· Pérdida por Fricción = (1.6 pies / 100 pies) * 200 pies =3.2 pies

Paso 3: Agregar Pérdidas Menores

Enumere todos los accesorios del sistema (por ejemplo, cuatro codos de 90°, una válvula de retención, una válvula de compuerta). Usando una tabla de 【longitud equivalente】, encuentre cuántos pies adicionales de tubería recta representa cada accesorio. Sume estas longitudes a su longitud total de tubería y recalcule, o sume las pérdidas de carga individuales de cada accesorio. Estimemos que estos agregan otros4.0 piesde pérdida de carga.

Paso 4: Incluir la Carga de Presión

¿La bomba descarga en un tanque presurizado? Si es así, convierta esa presión a carga. Para el agua, 1 PSI equivale a 2.31 pies de carga. Si el tanque de destino está abierto a la atmósfera, este valor es cero. Para nuestro ejemplo, supongamos que es un tanque abierto.·Carga de Presión= 0 pies

Paso 5: Sumar Todos los Componentes

Ahora, sume todo para encontrar la TDH final.

· TDH = Carga Estática + Fricción en Tubería + Pérdidas Menores + Carga de Presión

· TDH = 50 pies + 3.2 pies + 4.0 pies + 0 pies

·TDH Final = 57.2 piesSu bomba debe poder proporcionar 100 GPM con una carga de al menos 57.2 pies.

Errores Comunes en el Cálculo de la TDH

·Ignorar la Pérdida por Fricción:Calcular solo la carga estática es el error más frecuente, lo que lleva a una bomba de tamaño insuficiente.

·Olvidar las Pérdidas Menores:En sistemas con muchos cambios de dirección, las pérdidas menores por accesorios pueden ser mayores que la fricción en la tubería.

·Usar un Diámetro de Tubería Incorrecto:Un pequeño cambio en el tamaño de la tubería tiene un gran impacto en la fricción. Siempre utilice el diámetro interno para los cálculos.

·Confundir la Altura Estática con la TDH:La TDH es el punto de operación en la curva de la bomba, mientras que la altura estática es solo el requisito de 【elevación】 con caudal cero.

Cómo Afecta la TDH a la Selección de la Bomba

Una curva de rendimiento de bomba grafica el caudal que una bomba puede producir a una altura determinada. Para seleccionar una bomba, ubique su TDH calculada en el eje vertical y el caudal deseado en el eje horizontal. La intersección de estos dos puntos es el punto de funcionamiento de su sistema. Debe elegir una bomba donde este punto de funcionamiento caiga sobre o cerca de su curva, idealmente cerca del Punto de Máxima Eficiencia (BEP). Subestimar la TDH hará que la bomba opere muy a la derecha en su curva, provocando cavitación, alto consumo de energía y una vida útil reducida de la bomba.

Lista de Verificación Final Antes de Seleccionar una Bomba

Antes de tomar una decisión final, revise esta lista de verificación:

· ¿Ha confirmado el caudal requerido?

· ¿Ha verificado todos los componentes del cálculo de la TDH (elevaciones, longitudes de tubería, accesorios)?

· ¿Ha considerado posibles cambios futuros en el sistema que puedan aumentar la altura?

· ¿Cae el punto de funcionamiento dentro de un rango aceptable en la curva de la bomba?

· ¿También ha verificado los requisitos de Altura Neta Positiva de Succión (NPSH)?

Conclusión

Un cálculo preciso de la Altura Dinámica Total es la base de un sistema de bombeo confiable y eficiente. Aunque puede parecer complejo, desglosarlo en sus componentes principales—altura estática, pérdida por fricción y altura de presión—hace que el proceso sea manejable. Tomarse el tiempo para calcular la TDH correctamente evita los costosos problemas operativos que surgen de una selección incorrecta de la bomba. Base siempre sus cálculos en las condiciones reales del sistema para garantizar que su bomba funcione como se espera durante años.