Bombas en paralelo: por qué dos bombas iguales no duplican el caudal (punto de operación con ejemplo resuelto)

La respuesta corta

Dos bombas iguales en paralelo suman sus caudales a la misma altura. Pero el sistema no se queda a la misma altura: la pérdida por fricción crece con Q², así que cuando el caudal aumenta, la curva del sistema pide más altura y cada bomba retrocede sobre su curva hacia un caudal menor. El resultado siempre es menos del doble. En el caso resuelto, una bomba entrega 74,4 m³/h y dos entregan 101,9 m³/h — una ganancia de 36,8%. Una tercera bomba agrega apenas 9,4% más.

Cuánto agrega la segunda bomba no es una propiedad de la bomba. Es una propiedad de la relación entre altura estática y pérdidas del sistema.

Las dos curvas que fijan el punto de operación

Curva combinada. En paralelo, las bombas comparten los colectores de succión y descarga y trabajan a la misma altura. A cada altura, el caudal combinado es la suma de los caudales individuales. Para N bombas iguales:

H_comb(Q) = H_ind(Q / N)

Si la curva individual se ajusta como parábola H = a·Q² + b·Q + c, la curva combinada de N bombas es H = (a/N²)·Q² + (b/N)·Q + c. El shut-off (c) no cambia: solo se estira el eje de caudal.

Curva del sistema. La altura que pide el sistema a un caudal Q es la estática más las pérdidas:

H_sis(Q) = H_est + h_f(Q) + h_loc(Q)
h_f = f·(L/D)·(v²/2g)        h_loc = ΣK·(v²/2g)

Con un factor de fricción casi constante, esto es la conocida H_sis = H_est + k·Q². El punto de operación está donde H_comb(Q) = H_sis(Q).

Ejemplo resuelto: una, dos y tres bombas

Todos los números se calcularon con el mismo módulo de factor de fricción que usa el motor de cálculo de LOGOS (Colebrook-White resuelto a precisión de máquina), los diámetros internos de la tabla de tuberías de LOGOS (ASME B36.10M, Sch 40/STD) y un ajuste de Lagrange en 3 puntos de la curva de la bomba, con el punto de operación hallado por bisección — el mismo método de la calculadora de bombas en paralelo de LOGOS.

Datos de entrada

El modelo trata la succión y la descarga como colectores comunes que llevan el caudal total; se desprecian los ramales cortos de cada bomba.

Resultados

Con dos bombas, la velocidad en la descarga es 1,52 m/s (Re ≈ 233.000, f = 0,0174), la pérdida por fricción en la descarga es 13,2 m, las pérdidas localizadas 0,9 m y la pérdida en la succión 0,08 m. Entre ambos puntos la altura sube de 25,8 a 32,2 m, y esa diferencia de 6,3 m es exactamente la razón por la que cada bomba baja de 74,4 a 50,9 m³/h.

La respuesta intuitiva — “dos bombas de 60 m³/h dan 120 m³/h” — no resiste una verificación simple: a 120 m³/h este sistema pide 37,4 m, pero dos bombas a 60 m³/h cada una entregan solo 30 m. La curva combinada y la curva del sistema no se cruzan ahí.

Cerca del punto de diseño, la curva del sistema se aproxima por H_sis ≈ 18 + 1,37×10⁻³·Q² (Q en m³/h). Ese k sirve para un bosquejo rápido; el cálculo mantiene f variando con el Reynolds.

Sistema empinado vs plano: tabla de la ganancia real

Para aislar el efecto de la curva del sistema, la tabla mantiene la misma bomba y obliga a todos los sistemas a pasar por el mismo punto con una bomba (60 m³/h a 30 m, el BEP). Solo cambia el reparto entre altura estática y fricción; la longitud de descarga en 6” se resolvió para cada caso.

Dos conclusiones. En un sistema dominado por fricción (empinado), una segunda bomba es una mala forma de ganar caudal: aumentar el diámetro suele rendir más. Y en las filas empinadas cada una de las dos bombas termina entre 55% y 62% del caudal del BEP, por debajo de la región de operación preferente.

Riesgo 1: la bomba que queda sola opera a la derecha de su curva

Las estaciones en paralelo se diseñan para N bombas en marcha, pero también operan con menos: en el arranque, en mantenimiento, después de un disparo. Con una sola bomba, la altura del sistema baja y la bomba avanza sobre su curva. En el ejemplo, la bomba sola opera al 124% del BEP (74,4 m³/h), contra 85% cuando trabaja acompañada.

Operar a la derecha implica:

• Mayor NPSH requerido. El NPSHr crece rápido después del BEP, mientras el NPSH disponible baja porque aumentan las pérdidas en la succión. La verificación de NPSH debe hacerse con el menor número de bombas en marcha, no con todas.
• Mayor potencia. En una bomba radial la curva de potencia sigue subiendo con el caudal; un motor dimensionado para el punto con dos bombas puede quedar sobrecargado con la bomba sola.
• Fuera de la región preferente. ANSI/HI 9.6.3 ubica la región de operación preferente (POR) típicamente entre 70% y 120% del caudal del BEP para la mayoría de las bombas rotodinámicas (80–120% con velocidad específica alta). 124% queda fuera.

Riesgo 2: bombas distintas y la más débil en shut-off

Con bombas distintas en paralelo, la más fuerte fija la altura en el colector y la más débil entrega el caudal que su propia curva da a esa altura. Mismo sistema, cambiando la segunda bomba por una más débil (0 m³/h @ 32 m, 50 m³/h @ 25 m, 70 m³/h @ 19 m):

• Altura en el colector: 29,4 m.
• Bomba más fuerte: 62,3 m³/h (104% de su BEP).
• Bomba más débil: 28,5 m³/h (57% de su BEP).
• Total: 90,8 m³/h, contra 101,9 m³/h con dos bombas iguales.

Si la altura estática sube a unos 28 m (tanque de destino más lleno, cota más alta), la altura en el colector alcanza el shut-off de 32 m de la bomba más débil: su retención no abre y opera con caudal cero, calentando el líquido en la carcasa. Lo mismo ocurre con bombas iguales de curva plana o inestable cerca del shut-off. Las bombas para operar en paralelo deben tener shut-off compatible y curvas estables que suban continuamente hasta el shut-off.

Paralelo, serie, bomba más grande o variador de frecuencia

• Paralelo — cuando la demanda varía por escalones, cuando importa la redundancia (N+1 con reserva) y cuando la curva del sistema es plana (estática dominante). Es la opción más fuerte en las primeras filas de la tabla.
• Serie — cuando el sistema necesita más altura con aproximadamente el mismo caudal: gran desnivel, impulsiones largas donde una bomba no alcanza la altura necesaria.
• Una bomba más grande (o una tubería más grande) — cuando domina la fricción. Varias bombas peleando contra una curva empinada agregan poco caudal; reducir las pérdidas cambia la curva misma.
• Variador de frecuencia — cuando la demanda varía en forma continua y la fricción pesa en la altura total; reducir la velocidad sigue la curva del sistema en lugar de quemar altura en una válvula. Con estática alta, el rango útil de velocidad es corto antes del shut-off, por eso el variador suele combinarse con bombas en paralelo.

Qué hace la calculadora de LOGOS y qué no hace

La calculadora de bombas en paralelo de LOGOS recibe tres puntos de catálogo, arma la curva combinada de N bombas iguales, calcula la curva del sistema con Darcy-Weisbach y Colebrook-White más el K de cada accesorio y halla el punto de operación por bisección en tres escenarios de nivel del tanque. Devuelve el caudal total y por bomba, y puede verificar el NPSH disponible contra un NPSHr ingresado. La física corre en funciones versionadas en el servidor; la página pública explica el método, el cálculo se hace en el área con sesión iniciada y el resultado se exporta como memoria de cálculo en Word (.docx). Durante la beta abierta, el acceso completo es gratuito.

Límites a tener en cuenta: la calculadora modela solo bombas iguales — para bombas distintas, la suma de curvas debe hacerse por altura, como se mostró arriba. No modela los ramales individuales, la curva de potencia ni los transitorios de arranque y disparo. El resultado respalda, pero no reemplaza, el criterio y la firma del ingeniero responsable.