Verifique en la leyenda la rotación, el diámetro del rotor y el líquido de la curva. Ubique el caudal de proyecto en el eje horizontal, suba hasta la curva Q×H y verifique la altura; en el mismo punto, lea eficiencia, potencia y NPSHr, y compare el NPSHr con el NPSHa de la instalación. El BEP es el punto de máxima eficiencia; según el Hydraulic Institute, la región preferente (POR) va de 90–110% a 70–120% del caudal del BEP, según la velocidad específica, y la región admisible (AOR) se define con el fabricante.
En resumen
- La curva característica relaciona el caudal (Q) con altura, potencia, NPSHr y eficiencia de una bomba centrífuga, a una rotación y un diámetro de rotor dados.
- El BEP es el punto de máxima eficiencia. Según el Hydraulic Institute, la POR va de 90–110% a 70–120% del caudal del BEP, según la velocidad específica, y la AOR se define con el fabricante.
- Shutoff es caudal cero y runout es caudal máximo; el HI advierte que operar en shutoff más de unos segundos puede causar problemas mecánicos serios, y ambos puntos deben evitarse en la operación.
- La Serie FBCN tiene 54 tamaños; caudal hasta 2.200 m³/h y altura hasta 135 m son límites de la serie, que no valen juntos, y el manual fija el rango de caudal de cada tamaño entre 0,1 o 0,15 Qot y 1,1 Qot.
- En el servicio contra incendios, la NFPA 20 pide al menos el 65% de la presión nominal al 150% del caudal y cierre de hasta el 140%, y la bomba instalada debe reproducir la curva certificada de fábrica.
1. Qué es la curva característica
La curva característica es la ficha técnica hidráulica de la bomba: muestra lo que entrega desde caudal cero hasta el caudal máximo, a una rotación y un diámetro de rotor dados. En la centrífuga, caudal y presión dependen uno del otro: contra una presión de sistema alta, la bomba entrega menos caudal que contra una presión baja.
En la bomba de desplazamiento positivo, el volumen desplazado por revolución es fijo y el caudal teórico es proporcional a la rotación; el caudal entregado queda por debajo de él por la fuga interna (slip), que varía con la presión y disminuye cuando aumenta la viscosidad.
La presión, en ese caso, es la que impone la resistencia del sistema: con la descarga bloqueada, sube hasta que abre la válvula de alivio, se rompe una tubería o conexión o se detiene el motor.
En el eje horizontal va el caudal (Q, en m³/h o L/s); sobre él se trazan la altura manométrica (H, en m), la potencia absorbida (P, en kW o cv), el NPSH requerido (NPSHr, en m) y la eficiencia (η, en %).
Antes de leer cualquier número, verifique en la leyenda la rotación, el diámetro del rotor y el líquido de referencia: la viscosidad altera altura, caudal, eficiencia, NPSHr y potencia (la corrección sigue la ANSI/HI 9.6.7), y el material del rotor también cuenta — el manual de la Serie FBCN indica descontar del rendimiento de las curvas 3 puntos porcentuales en el rotor inoxidable con ancho de paso de hasta 12 mm y 2 puntos con paso de 12 a 15 mm.
Por último, la curva de catálogo no es el ensayo de la bomba suministrada: los ensayos y documentos de cada suministro se definen en la propuesta.
2. Curva Q × H — caudal y altura manométrica
La curva Q × H es la más usada para describir el desempeño: muestra, en cada caudal, la altura manométrica — el aumento de energía por unidad de peso del líquido, igual a la diferencia entre las alturas totales de descarga y de aspiración. Como se expresa en altura y no en presión, es independiente de la densidad del líquido.
La forma de la curva depende de la velocidad específica del rotor; en la centrífuga radial la altura en general cae a medida que aumenta el caudal, pero no toda curva tiene el máximo exactamente en el shutoff: la guía ANSI/HI 9.6.3 trata curvas con “droop” y con “dip” entre los factores que afectan la región admisible. Lea la curva del modelo en lugar de presumir su forma.
El punto de operación en la instalación es el cruce de la curva Q × H de la bomba con la curva del sistema, que suma la altura geométrica a la pérdida de carga de la tubería en cada caudal. Seleccionar bien es hacer que ese cruce caiga dentro de la región preferente (POR), de preferencia cerca del BEP (sección 4): la guía de sistemas de bombeo del Departamento de Energía de EE. UU.
(DOE), elaborada con el Hydraulic Institute, observa que elegir una bomba con BEP cercano al rango normal de operación puede dar un ahorro significativo. Como el caudal de la centrífuga depende del sistema, puede regularse con válvula de estrangulamiento, desvío (bypass), variación de rotación o asociación de bombas; la válvula de estrangulamiento crea una pérdida de carga y reduce el caudal que pasa.
3. Curvas Q × P, Q × NPSHr y Q × η
La curva Q × P muestra la potencia absorbida en cada caudal y es la base para seleccionar el accionador. En una centrífuga radial suele subir continuamente con el caudal, de modo que la carga mecánica es la menor con caudal cero. Por eso la guía del DOE observa que arrancar la bomba con las válvulas aguas abajo cerradas y abrirlas apenas alcanza la rotación puede reducir el esfuerzo eléctrico sobre el motor y su controlador.
En la bomba axial la relación se invierte — la potencia cae cuando el caudal aumenta —, y en el arranque suave las válvulas aguas abajo quedan abiertas hasta que la bomba alcanza la rotación. La forma de la curva depende de la construcción, y el arranque sigue el procedimiento del conjunto, recordando que el shutoff no puede prolongarse (sección 4).
La curva Q × NPSHr muestra el NPSH mínimo necesario para alcanzar el desempeño especificado en cada caudal, a la rotación y con el líquido indicados; no marca el inicio de la cavitación.
El Hydraulic Institute define el NPSH3 como el NPSHr en que la altura total de la primera etapa cae 3% por cavitación y observa que ruido, vibración, caída de altura o de eficiencia y erosión pueden aparecer incluso con margen sobre el NPSHr; por eso la ANSI/HI 9.6.1 recomienda un NPSHa por encima del NPSHr publicado.
Verifique el margen en todo el rango previsto: la guía del DOE recuerda que la cavitación suele ocurrir en el extremo derecho de la curva, con caudal alto, pero daños parecidos también surgen con caudal bajo. La curva Q × η muestra la eficiencia, y el caudal en que es máxima es el BEP.
4. BEP, POR y AOR — Hydraulic Institute
En el BEP, la eficiencia hidráulica es máxima, el líquido entra sin choque en los álabes del rotor y en el difusor, y el flujo es uniforme, sin desprendimiento y bien controlado. Según la guía del DOE, desempeño y vida útil se optimizan en torno a ese caudal, que depende de la entrada, del rotor, de la carcasa y de la rotación; es también donde la carga radial en los cojinetes es la menor.
Como la vida de los rodamientos de bolas o de rodillos varía con el inverso del cubo de la carga, una bomba con BEP cercano al rango normal de operación espacia mucho los cambios de rodamiento. Aun así, el BEP es referencia de selección, no garantía: aspiración, materiales, sellado, potencia y requisitos del sistema se verifican por separado.
El Hydraulic Institute trata las dos regiones en la guía ANSI/HI 9.6.3, que define la POR según la velocidad específica de la bomba.
La región preferente (POR) es el rango de caudales a ambos lados del BEP en que la eficiencia hidráulica y la confiabilidad no se degradan de forma significativa, con vibración inducida por el flujo y cargas hidráulicas internas bajas; según la velocidad específica, va de 90–110% a 70–120% del caudal del BEP, de modo que 70–120% no vale para toda centrífuga.
La región admisible (AOR) es el rango, a la rotación nominal y con el rotor suministrado, en que la bomba puede operar con vida útil aceptable, limitada por cavitación, calentamiento, vibración, ruido, deflexión del eje, fatiga y criterios semejantes, y la fija el fabricante. El HI observa que operar de forma intermitente dentro de la AOR normalmente no causa problemas; eso no convierte la AOR en autorización automática para operación continua en cualquier punto.
Shutoff es el caudal cero con la bomba cebada y girando; el Hydraulic Institute advierte que operar allí más de unos segundos puede causar problemas mecánicos serios. Runout es el caudal máximo de la curva, con riesgo de cavitación, vibración y, en algunas bombas, sobrecarga del accionador. Ambos puntos sirven para definir la forma de la curva en el ensayo y deben evitarse en la operación; si el sistema puede llevar la bomba a caudal bajo, la protección (caudal mínimo, retorno) entra en el proyecto.
5. Cómo leer la curva en la práctica — paso a paso
Entendidos los cuatro gráficos, la verificación de una selección sigue siempre la misma secuencia. Parte de los datos del proceso y de la instalación — caudal, altura, líquido, temperatura, condiciones de aspiración y regímenes de operación — y contrasta esos requisitos con la curva de la ejecución propuesta:
- Marque el caudal de proyecto (Q) en el eje horizontal — el valor exigido por el proceso.
- Suba hasta la curva Q×H del diámetro de rotor considerado y lea la altura manométrica: debe ser igual o ligeramente superior a la altura total calculada del sistema en ese punto.
- Verifique la distancia hasta el BEP en la curva Q×η: el punto debe caer dentro de la POR informada para el modelo, que depende de la velocidad específica. Fuera de ella, evalúe otro diámetro de rotor, otra rotación u otro modelo.
- Lea la potencia absorbida en la curva Q×P en el punto de operación y en el mayor caudal que el sistema puede imponer: como la potencia de la centrífuga radial suele subir con el caudal, el accionador necesita margen hasta el final del rango previsto. Para la Serie FBCN, la Tabla 2 del manual indica la reserva de potencia del motor: aprox. 20% (mínimo 1,5 cv) hasta 2 cv, 15% hasta 20 cv y 10% por encima de 20 cv.
- Lea el NPSHr en el punto de operación y compare con el NPSHa calculado de la instalación — el NPSHa debe superar el NPSHr con margen de seguridad.
- Verifique los escenarios fuera del punto nominal — operación con caudal menor o mayor y ampliación futura del sistema: en todos el punto debe permanecer dentro de la AOR definida por el fabricante. El arranque sigue el procedimiento del conjunto.
6. Ejemplo didáctico de lectura conjunta
La tabla usa números hipotéticos para mostrar la lectura simultánea de las curvas; no representa una FBCN, un ensayo ni una selección de producto. En los puntos con caudal, la potencia se calcula por P = ρ·g·Q·H/η, con Q en m³/s, ρ = 1.000 kg/m³ y g = 9,81 m/s², y se redondea; en el shutoff, donde η = 0, el valor es solo ilustrativo.
Las regiones permitidas proceden de los documentos de la ejecución y no se definen en este ejercicio.
| Punto | Q (m³/h) | H (m) | η (%) | P (kW) | NPSHr (m) | Rango |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Shutoff | 0 | 38,0 | 0 | 4,0 | 1,5 | No aprobado por el ejemplo |
| 50% BEP | 30 | 34,5 | 58 | 4,9 | 1,8 | Bajo BEP hipotético |
| BEP | 60 | 30,0 | 76 | 6,5 | 2,8 | Máxima eficiencia del ejemplo |
| 120% BEP | 72 | 25,5 | 70 | 7,1 | 4,2 | Sobre BEP hipotético |
| Runout | 85 | 18,0 | 55 | 7,6 | 6,5 | No aprobado por el ejemplo |
7. Envelope hidráulico de la Serie FBCN
El manual técnico de la Serie FBCN (MTEC-03/00) da los límites de la serie: tamaños de DN25 a DN300, caudal hasta 2.200 m³/h, altura manométrica hasta 135 m, temperatura hasta 260 °C y rotación hasta 3.500 rpm. Son límites de la serie, no de cada tamaño, y no valen al mismo tiempo: los 3.500 rpm, por ejemplo, solo se admiten en los tamaños menores, y los mayores llegan hasta 1.750 rpm (Tabla 1).
La Tabla 1 del manual enumera 54 tamaños — 43 con cotas publicadas en la Tabla 7 y 11 con dimensiones bajo consulta — y fija para cada uno el caudal mínimo y el máximo de operación en fracciones de Qot, el caudal óptimo: de 0,1 a 1,1 Qot en los tamaños de los soportes de cojinetes 30 y 40, y de 0,15 a 1,1 Qot del soporte 50 en adelante.
Cada tamaño cubre una fracción del envolvente; la selección parte del punto de trabajo (Q, H) y busca el tamaño cuyo BEP quede más cerca de él y cuya POR lo contenga.
Cuando el punto de trabajo cae entre dos tamaños, es común ajustar el diámetro del rotor. El recorte reduce el diámetro y, con él, la velocidad periférica; como la altura generada depende de esa velocidad, toda la curva baja y se desplaza a la izquierda. Las leyes de afinidad estiman el efecto, pero la ANSI/HI 14.3 trata los límites de su uso en cambios de diámetro y de rotación, y la estimación no sustituye la curva del diámetro suministrado.
El manual FBCN también limita la velocidad periférica del rotor por material — hasta 40 m/s en hierro fundido, 60 m/s en hierro nodular y acero al carbono y 80 m/s en los aceros inoxidables —, lo que pesa en la elección de la rotación. En FB Bombas, la fábrica de Cabreúva-SP realiza ensayos en banco hidráulico, y los ensayos y documentos de cada suministro, como la curva Q×H del diámetro suministrado, se definen en la propuesta.
Las hojas de curvas de la Serie FBCN están publicadas en los enlaces de abajo, a 1.750 rpm y a 3.500 rpm. Cada hoja cubre un tamaño a una rotación: las curvas Q×H de los diámetros de rotor, con las líneas de eficiencia, la potencia absorbida y el NPSHr, válidas para agua limpia a 20 °C, como indica la leyenda.
Lleve el punto (Q, H) a la hoja del tamaño candidato y haga la verificación de la sección 5; con un líquido viscoso, la curva de agua necesita la corrección citada en la sección 1. Después envíe a FB Bombas el punto, el líquido, la temperatura y el NPSHa disponible, y la ingeniería confirma en la propuesta el tamaño, el diámetro del rotor y el sellado.
8. La curva en el servicio contra incendios (NFPA 20)
En el servicio contra incendios, la forma de la curva deja de ser preferencia de ingeniería y pasa a ser requisito de norma.
La NFPA 20 estandariza esa forma con tres criterios para la bomba centrífuga, como resume la ASPE: entregar al menos el 100% del caudal nominal a la presión nominal; como mínimo el 65% de la presión nominal al 150% del caudal, la capacidad de sobrecarga que prepara a la bomba para un aumento de demanda durante el incendio; y presión de cierre (shutoff) limitada al 140% de la nominal para cualquier tipo de bomba, según el texto de la norma.
El Hydraulic Institute da el rango del shutoff como 101% a 140% de la presión nominal y agrega que, según los requisitos de FM, no puede ser inferior al 99% de la presión máxima que desarrolla la bomba: el punto más alto de la curva queda, como máximo, cerca de 1% por encima del shutoff. Son criterios propios del servicio contra incendios, que no se confunden con la POR y la AOR.
En la selección, la curva entera debe caber en el envolvente, no solo el punto nominal, y la prueba es la curva de la bomba suministrada, no la de catálogo.
La NFPA 20 exige una copia de la curva certificada del ensayo de fábrica para compararla con el ensayo de aceptación en campo, y la bomba instalada debe reproducirla en todas las condiciones de caudal, incluidas las ensayadas, dentro de la precisión de los instrumentos; en el procedimiento de ejemplo del anexo, los puntos importantes son el cierre (shutoff), el caudal nominal y el 150% de él.
En los conjuntos FBFS de FB Bombas, la bomba principal es de la Serie FBCN, y la curva Q×H, el plan de FAT, el certificado de ensayo en banco y el testimonio del cliente se definen en la propuesta: catálogo y banco, por sí solos, no prueban que todo suministro incluya el mismo FAT.