Cómo calcular la potencia de una bomba de agua

Para calcular la potencia de una bomba de agua necesitas el caudal, la altura manométrica total (desnivel más pérdidas más presión de salida) y el rendimiento de la bomba. La potencia al eje se obtiene con $P = \rho \cdot g \cdot Q \cdot H / \eta$, en watts, y después se convierte a kW o HP.

Esta guía muestra qué medir, cómo estimar las pérdidas y cómo elegir entre bomba de superficie, sumergible o presurizadora. Incluye una tabla calculada para caudales de 0,5 a 5 l/s y alturas de 10 a 100 m, tres ejemplos resueltos y los límites de succión que hacen fallar a tantas instalaciones.

¿Qué datos necesitas para calcular la potencia de una bomba?

La potencia no se elige por el tamaño de la casa. Una bomba entrega energía al agua, y esa energía depende de cuánta agua mueve y a qué altura equivalente la empuja. Antes de abrir un catálogo reúne estos datos:

1. Caudal requerido (Q), en l/s, L/min o m³/h. Recuerda que 1 l/s equivale a 60 L/min y a 3,6 m³/h.
2. Desnivel geométrico entre el nivel del agua de donde succionas (cisterna, noria o nivel dinámico del pozo) y el punto más alto de entrega.
3. Largo y diámetro de las cañerías, con sus codos, válvulas y filtros, para estimar las pérdidas.
4. Presión necesaria en la salida: casi nula si descargas a un estanque; importante si alimentas duchas, un hidropack o riego.
5. Tipo de fuente y altitud, que determinan si la bomba puede succionar o debe ir sumergida.

Si el agua viene de un pozo, mide primero cuánto rinde de forma sostenida; lo explicamos en cuánta agua rinde un pozo.

Altura manométrica total: desnivel, pérdidas y presión de salida

La altura manométrica total (H) es la energía por unidad de peso que la bomba entrega al agua, expresada en metros:

• Altura estática $H_{est}$: desnivel entre la superficie del agua en la succión y el punto de entrega. En un pozo se mide desde el nivel dinámico, es decir, con la bomba funcionando.
• Pérdidas de carga $h_f$: fricción en cañerías más pérdidas en codos, válvulas y filtros. Crecen con el caudal elevado a 1,852, así que duplicar el caudal multiplica las pérdidas por 3,6.
• Presión de salida: la presión que debe quedar donde se usa el agua, en metros. Un bar equivale a 10,2 m.c.a.

Cómo estimar las pérdidas de carga

Para agua fría en cañerías domésticas y de riego basta la fórmula de Hazen-Williams:

con $L$ en metros, $Q$ en m³/s, $D$ diámetro interior en metros y $C$ del orden de 140 a 150 para PVC y polietileno. Para incluir los accesorios, en los ejemplos aumentamos el largo real entre 10 % y 30 % (supuesto explícito). Haz el cálculo con la calculadora de pérdida de carga Hazen-Williams y revisa cuándo conviene Darcy-Weisbach en pérdida de carga Darcy-Weisbach y Hazen-Williams.

La presión cuenta como altura: entregar agua a 1,5 bar en una ducha exige la misma energía que subirla 15,3 metros más. Si tienes el dato en bar o psi, pásalo a metros con el conversor de presión.

Fórmula para calcular la potencia de una bomba de agua

La potencia al eje, la que debe entregar el motor, es la potencia hidráulica dividida por el rendimiento:

donde $P$ está en W, $\rho$ = 1.000 kg/m³, $g$ = 9,81 m/s², $Q$ en m³/s (1 l/s = 0,001 m³/s), $H$ en metros y $\eta$ es el rendimiento de la bomba como fracción.

La guía de sistemas de bombeo del Departamento de Energía de Estados Unidos define el rendimiento como la potencia entregada al fluido dividida por la potencia al eje, e indica que varía ampliamente, desde 35 % hasta más de 90 %, con su máximo en el punto de mejor eficiencia (BEP) de cada modelo (DOE).

Pasar de watts a kW, HP y CV

Según el NIST, 1 HP equivale a 745,7 W y 1 CV (caballo de vapor métrico) a 735,5 W (NIST SP 811). Así, 1 kW son 1,34 HP o 1,36 CV. Con caudal en l/s y altura en metros existen versiones rápidas:

Con caudal en m³/h, la potencia hidráulica en watts es $P_h = 2{,}725 \cdot Q \cdot H$, porque $\rho \cdot g / 3.600 = 2{,}725$.

¿Qué rendimiento usar si no tienes la curva?

El rendimiento real se lee en la curva del fabricante. Mientras no la tengas, en bombas domésticas pequeñas es prudente suponer valores bajos, entre 0,45 y 0,55; en este artículo son supuestos de cálculo, no datos de un equipo. El motor tiene además su propio rendimiento: la potencia eléctrica consumida (P1) es la potencia al eje (P2) dividida por el rendimiento del motor. La potencia de placa en HP corresponde normalmente a P2.

Tabla rápida de potencia según caudal y altura

Potencia al eje calculada con $\eta = 0{,}50$. La altura es la altura manométrica total, con pérdidas y presión de salida incluidas.

La potencia es proporcional al caudal y a la altura: duplicar cualquiera duplica la potencia. Y si la bomba real rinde 0,40 en vez de 0,50, la potencia necesaria sube 25 %. Para valores intermedios usa la calculadora de bombas centrífugas.

¿Qué bomba necesito para subir agua 10, 20 o 30 metros?

Quien pregunta por los metros suele referirse al desnivel. Para pasar a altura total, la tabla supone pérdidas iguales al 20 % del desnivel, descarga libre a un estanque y $\eta = 0{,}50$. Si tu cañería es larga o delgada, calcula las pérdidas.

La potencia no es el único filtro: una bomba puede tener los HP suficientes pero una altura máxima menor que la que necesitas, y entonces no subirá el agua. Para 50 m o más lo habitual son bombas multietapa o sumergibles.

Subir agua a un segundo piso

Si la bomba alimenta directamente la ducha del segundo piso, suma desnivel y presión. Tomando como referencia 15 m.c.a. en el punto de uso (la presión mínima de servicio de la red pública según la NCh 691, citada por la SISS), 6 m de desnivel y 3 m de pérdidas, la altura total es 24 m. Con 0,3 a 0,5 l/s y $\eta = 0{,}45$, la potencia al eje va de 157 a 262 W (0,21 a 0,35 HP). Si la bomba solo llena un estanque elevado, la potencia baja mucho, como muestra el primer ejemplo.

Tres ejemplos resueltos paso a paso

Diámetros interiores, largos equivalentes y rendimientos son supuestos para ilustrar el método; reemplázalos por tus datos.

Ejemplo 1: casa de dos pisos con estanque elevado

Una casa bombea desde una cisterna a un estanque de 1.000 litros sobre la losa del segundo piso, que abastece la vivienda por gravedad.

1. Caudal: 0,5 l/s, que llena el estanque en 33 minutos.
2. Altura estática: 1,5 m de succión más 7,5 m hasta la entrada del estanque: 9 m.
3. Pérdidas: PVC de 26 mm interior, 18 m aumentados 30 % (23,4 m), C = 150. Velocidad 0,94 m/s y $h_f = 0{,}94$ m.
4. Llegada: descarga libre; se agrega 1 m de reserva.
5. Altura total: $H = 9 + 0{,}94 + 1 = 10{,}94$ m.
6. Potencia con $\eta = 0{,}45$: $P = 9.810 \cdot 0{,}0005 \cdot 10{,}94 / 0{,}45 = 119$ W (0,16 HP). Con 20 % de margen, 143 W.

Cualquier bomba cuya curva entregue 0,5 l/s a 11 m cumple. El riesgo aquí es sobredimensionar. Con un rendimiento de motor supuesto de 0,60, el consumo eléctrico sería de 199 W.

Ejemplo 2: pozo profundo de 40 m con bomba sumergible

Un predio rural tiene el nivel dinámico a 40 m y quiere enviar 1 l/s (3,6 m³/h) a un estanque con entrada 4 m sobre el terreno.

1. Altura estática: $40 + 4 = 44$ m. La bomba va sumergida, sin límite de succión.
2. Pérdidas: impulsión de 35 mm interior, 45 m en el pozo más 30 m hasta el estanque, aumentados 10 %, C = 140. Velocidad 1,04 m/s y $h_f = 3{,}19$ m.
3. Altura total: $H = 47{,}19$ m, equivalentes a 4,63 bar.
4. Potencia con $\eta = 0{,}45$: $P = 9.810 \cdot 0{,}001 \cdot 47{,}19 / 0{,}45 = 1.029$ W (1,38 HP).
5. Margen de 15 %: 1.183 W. Un motor de 1,5 HP entrega 1.119 W y queda corto, así que corresponde revisar la curva de un equipo de 2 HP (1.491 W) o un 1,5 HP con mejor rendimiento en ese punto.
6. Energía: con rendimiento de motor supuesto de 0,75, la potencia eléctrica es 1.372 W; 2 horas diarias suman 2,74 kWh al día y 82,3 kWh al mes.

Ejemplo 3: riego por goteo desde una noria

Cada sector de un huerto necesita 2 l/s (7,2 m³/h), por ejemplo 3.600 goteros de 2 l/h a la vez.

1. Altura estática: 3 m de succión más 5 m hasta el sector más alto: 8 m.
2. Pérdidas en tubería: polietileno de 44 mm interior, 120 m aumentados 10 %, C = 150. Velocidad 1,32 m/s y $h_f = 5{,}33$ m.
3. Cabezal: 3 m supuestos para filtros y válvulas (usa la pérdida con filtro sucio).
4. Presión de emisores: 10 m.c.a. supuestos; usa la ficha de tu gotero.
5. Altura total: $H = 8 + 5{,}33 + 3 + 10 = 26{,}33$ m.
6. Potencia con $\eta = 0{,}55$: 939 W (1,26 HP). Con 15 % de margen, 1.080 W, que cabe en un motor de 1,5 HP (1.119 W).

La presión de los emisores y el filtro suman casi la mitad de la altura: olvidarlos es el error que más bombas de riego deja cortas.

¿Qué bomba necesito para sacar agua de un pozo?

Depende de la profundidad del nivel dinámico, no de la profundidad de la perforación:

• Agua a pocos metros: puede servir una bomba de superficie, si la succión queda dentro del límite práctico. Franklin Electric indica que su instalación con bomba jet para pozo poco profundo es para niveles dinámicos que no excedan 25 pies, es decir 7,62 m (Franklin Electric).
• Pozo profundo: bomba sumergible, que empuja desde abajo. La misma guía describe su configuración sumergible para niveles dinámicos de hasta 250 pies (76,2 m) en pozos de 4 pulgadas o más.

Para dimensionarla sigue el ejemplo 2: nivel dinámico medido en prueba de bombeo, caudal no mayor que el rendimiento sostenido del pozo, pérdidas en la impulsión y presión requerida en superficie. Si alimenta un hidropack, Franklin propone multiplicar el caudal de la bomba en galones por minuto por 3 para obtener el volumen del tanque en galones; como la conversión se cancela, equivale a multiplicar los L/min por 3 para obtener litros (1 l/s = 60 L/min, tanque de unos 180 litros).

Bomba de superficie, sumergible o presurizadora: cuál elegir

El distribuidor chileno Hidroshop resume que la presurizadora está diseñada para aumentar la presión en una red o punto de consumo, mientras el hidroneumático acumula agua con presión y ayuda a reducir los ciclos de encendido y apagado; recomienda este último cuando la casa trabaja con bomba desde estanque, pozo o noria (Hidroshop).

Altura de succión máxima y NPSH

Una bomba de superficie no “chupa” el agua: la presión atmosférica la empuja hacia la zona de baja presión del impulsor. Al nivel del mar esa presión equivale a 10,33 m.c.a.; en teoría se podrían aspirar unos 10 m, pero Guía de Bombas advierte que en la práctica se reduce a 7 m y muchas veces aún menos.

El límite lo pone la cavitación. KSB define el NPSH como la sobrepresión en la entrada de la bomba respecto de la presión de vaporización del líquido (KSB). El NPSH disponible depende de la instalación; el requerido, de la bomba. Aspirando desde un depósito abierto:

con $H_a$ altura de aspiración y $h_a$ pérdidas en la succión. iAgua usa 0,23 m.c.a. como presión de vapor del agua a 20 °C y recomienda $NPSH_{disp} \ge NPSH_{req} + 0{,}5$ m (iAgua).

Ejemplo: cuánto puede succionar tu bomba según la altitud

Con NPSH requerido de 2 m, pérdidas de succión de 0,8 m y agua a 20 °C, y usando la atmósfera estándar (10,33 m al nivel del mar, 9,65 m a 570 m y 8,10 m a 2.000 m de altitud), la altura de aspiración máxima con margen de 0,5 m es:

• Nivel del mar: 6,80 m.
• 570 m de altitud: 6,12 m.
• 2.000 m de altitud: 4,57 m.

Una bomba que succiona bien en la costa puede cavitar en un predio precordillerano. Si superas esos valores, baja la bomba o usa una sumergible. Más detalle en bombas centrífugas: curva del sistema, punto de operación y NPSH.

Curva de la bomba y margen de seguridad: cuántos HP comprar

La fórmula entrega la potencia para un punto (Q, H), pero la curva de una bomba centrífuga cae al aumentar el caudal, mientras la curva del sistema sube. El punto real de operación es donde se cruzan.

1. Calcula la altura total para el caudal de diseño y para dos o tres caudales más.
2. Busca modelos cuya curva pase por encima de tu punto (Q, H).
3. Verifica que el punto quede cerca de la zona de mayor rendimiento.
4. Lee en la curva la potencia absorbida y el NPSH requerido.
5. Aplica un margen de 10 % a 20 % y elige el motor comercial inmediatamente superior.

Más margen no es más seguridad. La guía del DOE dedica una sección a los indicios de bombas sobredimensionadas, como ruido de flujo excesivo y válvulas muy estranguladas, y advierte que elevan los costos de energía y mantención.

Errores comunes al calcular la potencia de una bomba

• Usar solo el desnivel y olvidar pérdidas y presión de salida.
• Medir el pozo desde el nivel estático y no desde el dinámico.
• Elegir por HP y no por curva: dos bombas de 1 HP pueden dar alturas muy distintas.
• Omitir el rendimiento, lo que subestima la potencia al eje.
• Confundir potencia al eje con potencia eléctrica al estimar el consumo.
• Succionar 8 o 9 m, o trabajar en altura, sin revisar el NPSH.
• Mezclar unidades, como L/min en una fórmula que pide m³/s. Revisa unidades de caudal y presión.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• U.S. Department of Energy e Hydraulic Institute: Improving Pumping System Performance, A Sourcebook for Industry
• NIST: Guide to the SI, Appendix B.9, factores de conversión
• iAgua: Qué es y cómo se calcula el NPSHdisp de una bomba centrífuga
• Guía de Bombas: Profundidad máxima de aspiración
• KSB: Centrifugal Pump Lexicon, Net positive suction head
• Franklin Electric: Guía rápida de tanques hidroneumáticos
• Hidroshop: Bomba presurizadora vs hidroneumático, cuál elegir
• Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS): Presión de agua potable