1. Bomba de agua para caldera: alimentación, condensado y alta temperatura
La bomba de agua para caldera alimenta el generador de vapor desde el desaireador o el tanque de alimentación y condensado. El caudal parte del balance de agua y vapor de la caldera: la producción de vapor más las purgas.
El NPSH disponible es el punto crítico, porque el agua llega cerca de la saturación: con líquido saturado en el recipiente, la presión del recipiente y la presión de vapor se anulan en NPSHa = (Pabs − Pv)/(ρ·g) + z − hf, y queda solo la altura de líquido sobre la bomba menos las pérdidas de la succión.
Por eso la bomba se instala por debajo del recipiente, con altura suficiente para cubrir el NPSH requerido, el margen y las pérdidas, y con succión corta y sin restricciones.
La presión de descarga es la de succión sumada a la que genera la bomba, Δp = ρ·g·H, y debe superar la presión de la caldera más la diferencia de nivel y las pérdidas hasta ella. Con agua a 100 °C (958 kg/m³, NIST), 135 m — la altura máxima de la serie FBCN — equivalen a unos 12,7 bar (1.270 kPa), y 300 m — la de la FBME —, a unos 28 bar (2.820 kPa).
Son máximos de serie, no simultáneos con el caudal máximo: el punto real sale de la curva del modelo. En las dos series, la succión va hasta 10 bar; la descarga de la FBCN sigue las curvas de presión × temperatura de las Figuras 1 a 4 del MTEC-03/00, y la de la FBME llega a 30 bar a caudal nulo (MTEC-08/01).
Como comparación, la NR-13, reglamento brasileño de calderas y recipientes a presión, clasifica como categoría A la caldera con presión de operación igual o superior a 1.960 kPa (19,98 kgf/cm²; ítem 13.4.1.1).
La NR-13 también exige de toda caldera un sistema automático de control del nivel de agua con enclavamiento que evite el sobrecalentamiento por alimentación deficiente (ítem 13.4.1.2, inciso e) y, en las calderas de combustible sólido no atomizado o con quema en suspensión, un inyector o sistema de alimentación de agua independiente del principal (inciso c).
Esos ítems son de la caldera y de su proyecto; al pedir la bomba, informe si será la alimentación principal o la independiente y qué reserva prevé el proyecto.
En alta temperatura, el sellado tiene límite propio, que no es el dato general de la serie:
- FBCN sin cámara de enfriamiento: empaquetadura de −50 a 105 °C; sello mecánico según la recomendación del fabricante del sello (Tabla 1 del MTEC-03/00)
- FBCN con cámara de enfriamiento: empaquetadura hasta 350 °C en los tamaños de 25-150 a 150-315 (el 100-500 incluido), con caudal de agua de enfriamiento según la temperatura y hasta 7 bar en el líquido de enfriamiento (Tabla 1); con agua, la presión de vapor y los 10 bar en la succión limitan antes
- Ejecuciones de la cámara de sellado de la FBCN (sección 10 del MTEC-03/00): la estándar ST, lubricada por el propio fluido, hasta 160 °C; S1, S2 y S3, con líquido de fuente externa, hasta 105 °C y sin cámara de enfriamiento; S4, con empaquetaduras de grafito, para aceite térmico por encima de 260 °C
- FBME: empaquetadura de −10 a 105 °C sin enfriamiento y de 105 a 140 °C con enfriamiento (Tabla 1); en la ejecución S4 (por encima de 105 °C y por debajo de 140 °C, con presión de succión por encima de 1 bar), el agua de refrigeración entra a 40 °C como máximo y sale a 60 °C como máximo, con hasta 6 bar (Figura 3); sello mecánico simple según el fabricante del sello: sin refrigeración, hasta cerca de 105 °C (Figura 3), con máximo de 140 °C en la Tabla 1 (MTEC-08/01)
2. Desafíos técnicos del bombeo de agua caliente y de alta temperatura
Presión de vapor, dilatación térmica y límites de sellado deben evaluarse en cualquier instalación. Con agua caliente, y más aún en alta temperatura, por encima de 100 °C, el aumento de presión de vapor reduce el margen de aspiración y las diferencias térmicas hacen relevante comprobar holguras y alineación según el procedimiento del conjunto. Un límite térmico general de serie nunca sustituye las verificaciones de presión, fase líquida y construcción.
La tabla usa la presión de vapor y la densidad del agua saturada del NIST Chemistry WebBook; la columna en metros se convirtió con la densidad del agua a la misma temperatura, que es como debe calcularse el NPSH. En el manual FBCN, la presión también tiene límite por sellado y brida.
Con bridas ANSI B16.1, las de hierro fundido en la Tabla 1, la Tabla 3 admite con empaquetadura 12 bar de −28 a 65 °C, 11 bar a 93 °C y 10 bar a 105 °C en la clase 125 lb, y 16 bar de −28 a 105 °C en la clase 250 lb; con sello mecánico, 10 bar a 90 °C en las dos clases.
| Temperatura | Presión de vapor (bar abs) | En metros del propio líquido | Consecuencia para la succión |
|---|---|---|---|
| 20 °C | 0,023 | 0,24 | Incluir en el cálculo aunque sea menor que a las temperaturas siguientes |
| 60 °C | 0,199 | 2,07 | Reduce el NPSH disponible en cerca de 2 m |
| 90 °C | 0,702 | 7,41 | Reduce el NPSH disponible en cerca de 7,4 m |
| 100 °C | 1,014 | 10,79 | En recipiente abierto a nivel del mar, el agua hierve: el NPSH disponible viene solo de la columna de líquido menos las pérdidas |
| 120 °C | 1,987 | 21,48 | Solo existe como líquido en sistema presurizado por encima de esa presión |
| 140 °C | 3,615 | 39,81 | Temperatura máxima de la FBME (MTEC-08/01); líquido solo con el sistema presurizado por encima de esa presión |
| 160 °C | 6,182 | 69,47 | Líquido solo con el sistema presurizado por encima de esa presión; también es el límite de la ejecución estándar ST y de la carcasa de hierro fundido de la FBCN (sección 10 y Figura 1 del MTEC-03/00) |
| 180 °C | 10,03 | 115,3 | Sistema cerrado presurizado por encima de 10 bar abs |
Nota de ingeniería
La presión de aspiración FBCN se limita a 10 bar en MTEC-03/00. El dato general de 260 °C, por tanto, no demuestra bombeo de agua a 260 °C, cuya presión de saturación es 46,9 bar absolutos. Ya a 180 °C, el agua satura a 10,03 bar absolutos (NIST), cerca de ese límite antes de cualquier margen de NPSH. Para la temperatura de proyecto, compruebe también carcasa y bridas (Figuras 1–4), empaquetadura y cámara de enfriamiento o límites del sello mecánico. Todos deben ser compatibles simultáneamente.
3. Aplicaciones típicas de bombas para agua caliente
Las bombas de agua caliente atienden dos grupos: el industrial (calderas, procesos térmicos, recuperación de calor, torres de enfriamiento) y el edilicio (HVAC, agua caliente sanitaria, calentamiento solar colectivo), en edificios corporativos, hospitales, hoteles, edificios residenciales, centros comerciales y data centers. Caudal, presión, temperatura y régimen salen del proyecto de cada instalación; lo que cambia de una aplicación a otra es cuál de los tres límites suele mandar.
- Alimentación y recirculación de calderas: agua tratada cerca de la saturación, y la presión de alimentación debe superar la de la caldera — por encima del envolvente de la FBCN (135 m), evalúe la FBME, con hasta 300 m y 140 °C en los datos generales del MTEC-08/01; el cálculo está en la sección 1
- Torres de enfriamiento: circuito abierto con agua de reposición y tratamiento químico; sólidos, biocidas y cloruros definen material y sellado
- HVAC (agua helada y agua caliente): circuito cerrado entre chiller o caldera y fan-coils o AHU, en el que la altura manométrica es casi solo pérdida de carga y el caudal sale de la carga térmica
- Retorno de condensado: agua cerca de la saturación en el tanque de condensado — el NPSH disponible es el punto crítico (sección 1)
- Agua caliente sanitaria de hoteles, hospitales y edificios residenciales: recirculación para mantener la temperatura en la red cuando no hay consumo (orientación de la OMS: idealmente por encima de 50 °C en la distribución)
- Calentamiento solar colectivo (ABNT NBR 15569): circulación entre colectores y reservorio, comandada por diferencial de temperatura
4. HVAC edilicio: chiller, fan-coil y control de caudal
En el HVAC edilicio, la bomba circula agua helada o caliente entre el chiller o la caldera y los fan-coils y las unidades manejadoras de aire (AHU). El caudal volumétrico resulta del balance térmico: Q = P / (ρ × cp × ΔT), en m³/s cuando P está en W, ρ en kg/m³ y cp en J/(kg·K).
Ejemplo hipotético: 1.000 kW, agua con ρ = 1.000 kg/m³ y cp = 4.180 J/(kg·K), con ΔT de 5 K, dan 0,0478 m³/s, unos 172 m³/h. Mezclas de glicol u otra temperatura requieren las propiedades correspondientes.
En un circuito cerrado completamente lleno, la elevación no se suma a la altura de circulación: la bomba vence las pérdidas del recorrido. La presión estática sigue siendo relevante para carcasa, bridas, sellado y aspiración. Con demanda variable, compare curva del sistema y estrategia de control; las leyes de afinidad no garantizan ahorro fijo ni sustituyen comprobar rendimiento y caudales mínimos de bomba y equipos.
La ABNT NBR 16401-1 (Instalaciones de aire acondicionado — Sistemas centrales y unitarios) establece parámetros básicos y requisitos de proyecto para sistemas centrales y unitarios de aire acondicionado; la redundancia de las bombas (1+1 o N+1) es decisión del proyecto, según la criticidad del ambiente y las normas aplicables a él. Para seleccionar la FBCN, FB necesita: caudal y altura en el punto de proyecto, temperatura de operación, presión estática del sistema y estrategia de control.
En edificios altos, sume la presión de llenado del circuito a la presión generada por la bomba y verifique el límite de 10 bar en la succión y la presión de descarga × temperatura de las Figuras 1 a 4.
5. Agua caliente sanitaria y calentamiento solar: recirculación y circulación forzada
En el agua caliente sanitaria (ACS), la ABNT NBR 5626 (Sistemas prediales de agua fría y agua caliente — Proyecto, ejecución, operación y mantenimiento) especifica requisitos para el proyecto, la ejecución, la operación y el mantenimiento.
Para sistemas con recirculación, la OMS indica agua saliendo del calentador a no menos de 60 °C y retorno a no menos de 50 °C, fuera del rango de 25 a 45 °C en el que Legionella sobrevive y se multiplica; la temperatura segura en los puntos de uso, contra quemaduras, también es del proyecto.
La bomba de recirculación se dimensiona por la pérdida térmica de la red, no por el caudal de consumo: Q = Φ / (ρ · cp · ΔT), donde Φ es la pérdida de la tubería (W/m × longitud) y ΔT la caída admitida entre la salida del calentador y el retorno, de hasta 10 K con salida a 60 °C.
Ejemplo con margen, ΔT de 5 K: 200 m de red perdiendo 10 W/m (2 kW) piden cerca de 0,1 L/s (0,34 m³/h), y la altura es la pérdida de carga del anillo a ese caudal. Compare con el rango de operación del menor modelo FBCN (caudal mínimo de 0,1 a 0,15 × el caudal óptimo); los caudales muy pequeños piden circuladores compactos, fuera del alcance de los catálogos FB analizados.
En el calentamiento solar de agua en circuito directo, la ABNT NBR 15569 (Sistema de calentamiento solar de agua en circuito directo — Requisitos de proyecto e instalación) establece los requisitos de proyecto e instalación.
En el termosifón, la circulación es natural y depende de la posición del reservorio respecto de los colectores; en la circulación forzada, la bomba es comandada por un controlador diferencial de temperatura entre colectores y reservorio, el caudal por área de colector viene del fabricante del colector y la altura es la pérdida de carga del circuito.
Los sistemas pequeños usan circuladores compactos; la FBCN entra en instalaciones colectivas e industriales cuando caudal y altura caen en la curva de un modelo de la serie, verificando la temperatura máxima del circuito y el límite del sellado.
Atención
La bomba de recirculación no garantiza por sí sola el control de Legionella: la temperatura del calentador, el aislamiento, la eliminación de tramos sin circulación y el plan de gestión de agua del edificio forman parte del mismo sistema. FB dimensiona la bomba para la pérdida térmica y la pérdida de carga informadas por el proyecto.
6. Materiales y compatibilidad química con el agua tratada
El agua caliente raramente es agua pura. En circuitos cerrados de HVAC y de caldera, el agua recibe inhibidores de corrosión, biocidas y antiincrustantes definidos por el proveedor del tratamiento; en agua caliente sanitaria, hay residual de desinfectante. La compatibilidad de carcasa, impulsor y sellado con esos productos se confirma con el proveedor del tratamiento y con el fabricante del sello.
Las opciones de carcasa documentadas en la FBCN son hierro fundido, acero al carbono A216 WCB e inoxidable A743 CF8M (MTEC-03/00).
| Aplicación | Carcasa (opciones FBCN) | Sellado | Qué confirmar |
|---|---|---|---|
| Caldera y condensado | Hierro fundido hasta 160 °C (Figura 1); WCB o CF8M hasta 260 °C (Figura 2), según presión × temperatura | Empaquetadura con cámara de enfriamiento por encima de 105 °C, o sello según su fabricante | NPSH cerca de la saturación; presión de descarga |
| HVAC en circuito cerrado tratado | Hierro fundido, WCB o CF8M | Sello mecánico o empaquetadura, según la temperatura | Tratamiento químico; presión estática en la succión |
| Agua caliente sanitaria (potable) | CF8M cuando la especificación pide inoxidable; demás según la especificación sanitaria del proyecto | Sello mecánico con materiales aceptados por el proyecto | Exigencias sanitarias para materiales en contacto con agua potable |
| Calentamiento solar colectivo | Hierro fundido o CF8M | Sello mecánico | Temperatura máxima del circuito; agua o mezcla anticongelante en circuito indirecto |
| Torre de enfriamiento | Hierro fundido, WCB o CF8M | Empaquetadura S2/S3 o sello mecánico | Sólidos, biocidas y cloruros del agua de reposición |
7. Mantenimiento y problemas reales: incrustación, biofouling y Legionella
Incrustación y crecimiento de biopelícula dependen de química, temperatura y operación; también pueden darse en agua fría. Según la OMS, incrustación y corrosión están entre los factores de riesgo de la biopelícula: aumentan la superficie disponible, forman micronichos protegidos de los desinfectantes en circulación y elevan la concentración de nutrientes, como el hierro. Acompañe tratamiento y calidad del agua para interpretar pérdida de rendimiento o fallas de sellado.
La rutina de la bomba debe considerar los puntos siguientes y las instrucciones específicas del conjunto instalado.
- Nivel y estado del aceite del soporte: la FBCN se lubrica con aceite, con varilla de nivel o aceitera automática opcional (Tabla 1 del MTEC-03/00)
- Empaquetadura: necesita un goteo para lubricarse; con líquido externo, el manual indica cerca de 1 L/min en el sellado y 3 a 5 L/min en el lavado (Tabla 1)
- Cámara de enfriamiento, cuando exista: verifique el caudal de agua indicado para la temperatura de bombeo — por ejemplo, de 1,2 a 3,8 L/min a 140 °C y de 3,0 a 7,2 L/min a 250 °C, según el soporte — y el límite de 7 bar en el líquido de enfriamiento (Tabla 1)
- Sello mecánico: temperatura, presión y fluido dentro de los límites del fabricante del sello; una fuga superior a la prevista por él indica revisión
- Vibración y temperatura de cojinetes: acompañe la tendencia respecto de la línea base de la bomba nueva
- Química del agua: pH, dureza, conductividad y residual de tratamiento, con la frecuencia definida por el proveedor del tratamiento
- Agua caliente sanitaria: temperatura en el retorno y en el punto más distante según el plan de gestión de agua del edificio
Punto clave
Antes del pedido, envíe a ingeniería de aplicación: temperatura de operación y máxima, caudal, altura, presión estática del sistema, análisis del agua, tipo de sellado preferido y estrategia de control. Con esos datos, FB indica modelo, carcasa, sellado y, si hace falta, cámara de enfriamiento, y registra el alcance en la propuesta.
8. Cómo seleccionar la bomba para agua caliente: 8 pasos
La selección de una bomba para agua caliente sigue 8 pasos. Un dato que falte en cualquiera de ellos puede cambiar el modelo, la carcasa o el sellado indicados.
- Definir caudal mediante Q = P / (ρ × cp × ΔT), con unidades coherentes; en caldera, incluir el balance de agua y vapor del proceso
- Calcular la altura manométrica total: estática + pérdidas distribuidas + pérdidas localizadas + presión residual; en circuito cerrado, prácticamente solo las pérdidas
- Determinar la temperatura de operación y la máxima: define el arreglo de sellado (Tabla 1) y la verificación de presión × temperatura de carcasa y bridas (Figuras 1 a 4)
- Calcular NPSHa = (Pabs − Pv)/(ρ × g) + z − hf: presiones en Pa, z positivo cuando el nivel está sobre la bomba y pérdidas en metros; verificar margen de proyecto sobre NPSHr
- Analizar la química del agua (pH, dureza, conductividad, residual de desinfectante, inhibidores) para elegir carcasa y sellado
- Verificar la presión de succión: presión estática y de llenado del sistema dentro del límite de 10 bar de la FBCN (Tabla 1)
- Definir la estrategia de control y la redundancia: caudal fijo o variable con variador; 1+1 o N+1 según la criticidad
- Seleccionar el modelo FBCN con el punto de operación cerca del BEP y dentro del rango de 0,1–0,15 × a 1,1 × el caudal óptimo (Tabla 1); por encima de 135 m, evaluar la FBME (hasta 300 m y 140 °C)