Dimensionar una bomba de engranajes exige tres cálculos en secuencia: el caudal real (Q = desplazamiento volumétrico × rotación × eficiencia volumétrica), la presión diferencial que impone el circuito (descarga menos succión, incluyendo la pérdida de carga de la tubería con el fluido en la viscosidad de operación) y la potencia en el eje (P = Q × Δp ÷ 600 ÷ eficiencia total, con Q en L/min y Δp en bar). La viscosidad del fluido limita la rotación admisible y aumenta la potencia exigida — por eso el dimensionamiento siempre parte del fluido, nunca del modelo.
En resumen
- Dimensionar una bomba de engranajes son tres cálculos en secuencia: caudal por el desplazamiento volumétrico, presión diferencial por el circuito y potencia en el eje con reserva de motor.
- El caudal teórico es Q = Vg × n ÷ 1000 (L/min); el real descuenta el deslizamiento interno, que crece con la presión y disminuye con la viscosidad.
- La potencia hidráulica en kW es Q × Δp ÷ 600 (Q en L/min, Δp en bar); la potencia en el eje divide ese valor por la eficiencia total y el motor lleva reserva sobre ella.
- El orden nunca se invierte: el fluido define la rotación admisible, la rotación define el tamaño de la bomba y el circuito define la potencia del motor.
- Envíe los datos de la lista; confirme selección y documentación de rendimiento con ingeniería.
1. Qué significa dimensionar una bomba de engranajes
Dimensionar una bomba de engranajes es encontrar la combinación de desplazamiento volumétrico, rotación y motor que entrega el caudal exigido por el proceso contra la presión que impone el circuito — con el fluido real, en la viscosidad y temperatura reales de operación. El orden del cálculo importa: primero el fluido define los límites (rotación admisible, presión máxima), después el caudal define el tamaño, y por último la presión define la potencia.
Esta guía sigue la terminología de bombas rotativas de desplazamiento positivo de la norma ANSI/HI 3.1-3.5, del Hydraulic Institute, y los datos de aplicación del manual técnico de la serie FBE. Complementa — no sustituye — la selección por viscosidad: aquí el foco es el cálculo; allá, las tablas de modelo por rango de viscosidad.
| Dato de proceso | Unidad típica | Qué define en el cálculo |
|---|---|---|
| Fluido y viscosidad a la temperatura de operación | SSU o cSt | Rotación admisible, tipo de accionamiento, potencia de fricción |
| Caudal exigido por el proceso | L/min o m³/h | Desplazamiento volumétrico (tamaño de la bomba) |
| Presión de descarga + pérdida de carga de la línea | bar o kgf/cm² | Presión diferencial Δp y potencia en el eje |
| Condición de succión (altura, longitud, temperatura) | m, mca | NPSH disponible y riesgo de cavitación |
| Régimen de operación (continuo/intermitente) | — | Reserva de potencia y clase del motor |
2. Paso 1 — Caudal: del desplazamiento volumétrico al caudal real
La bomba de engranajes desplaza un volumen fijo por revolución — el desplazamiento volumétrico Vg, expresado en cm³/revolución en el catálogo. El caudal teórico es, por lo tanto, proporcional a la rotación: al doblar la rotación, se dobla el caudal. Esa es la diferencia fundamental con la bomba centrífuga, donde caudal y presión están acoplados en la misma curva.
El caudal real es menor que el teórico por el deslizamiento interno (slip): el reflujo del fluido por las holguras entre engranajes, carcasa y tapas, de la descarga de vuelta a la succión. El slip crece con la presión diferencial y disminuye con la viscosidad — en fluidos viscosos, las propias holguras se sellan.
La razón entre caudal real y teórico es la eficiencia volumétrica ηv, y el valor de cada modelo en cada condición viene de la curva de performance del fabricante.
Q_teorica = (Vg × n) / 1000
Q_real = Q_teorica × ηvCaudal teórico y caudal real (Q en L/min; Vg en cm³/rev; n en rpm)
La rotación n no es libre: está limitada por la viscosidad. Antes de calcular el caudal, confirme la rotación admisible para su fluido en la tabla viscosidad × rotación del manual — dimensionar a 1750 rpm un fluido que pide 500 rpm sobreestima el caudal en más de 3 veces.
3. Paso 2 — Presión diferencial: lo que el circuito realmente impone
La presión diferencial es presión de descarga menos presión de aspiración en los puntos de referencia del cálculo. Evalúe desnivel, presiones de depósitos y pérdidas de línea. En flujo laminar newtoniano, la pérdida aumenta con la viscosidad; verifique arranque en frío y operación nominal.
Compare el resultado con los límites de la configuración: presión diferencial, máxima de entrada y de descarga son magnitudes distintas. La Tabla 5 del manual FBE identifica su fila como presión máxima de aspiración; no la use como curva diferencial por viscosidad. Confirme también el alivio ante descarga bloqueada.
Δp = p_descarga − p_succao
p_descarga = p_destino + Δp_atrito(linha, viscosidade) + Δp_estatico(elevacao)Presión diferencial a partir del circuito
La válvula de alivio no es opcional en una bomba de desplazamiento positivo. Sin ella, una válvula cerrada en la descarga lleva el sistema a la presión de bloqueo del motor o a la falla mecánica — norma de aplicación de bombas rotativas (ANSI/HI 3.1-3.5).
4. Paso 3 — Potencia: hidráulica, eje y reserva de motor
La potencia hidráulica es el producto caudal × presión diferencial. En las unidades de uso corriente — Q en L/min y Δp en bar — la constante de conversión es 600: P(kW) = Q × Δp ÷ 600. Esa es la potencia entregada al fluido; la potencia en el eje es mayor, porque parte del trabajo se pierde en fricción interna (viscosa y mecánica) y en el deslizamiento. La razón entre ambas es la eficiencia total η.
En fluidos viscosos, la parte de fricción viscosa crece y domina: la misma bomba, en el mismo punto de caudal y presión, exige más potencia con asfalto que con diésel.
Por eso la potencia final no sale de una fórmula genérica — sale de la curva de performance del modelo en la viscosidad de operación, y el manual FBE tabula la reserva de potencia recomendada sobre el valor calculado, mayor para motores pequeños (que tienen menos margen térmico) y menor para motores grandes.
P_hidraulica (kW) = (Q × Δp) / 600
P_eixo = P_hidraulica / η
T (N·m) = (Vg × Δp) / (20 × π × η_mec)Potencia hidráulica, potencia en el eje y par (Q en L/min; Δp en bar; Vg en cm³/rev)
5. Ejemplo numérico resuelto: aceite lubricante a 60 L/min y 8 bar
Ejemplo didáctico: aceite a 40 °C con viscosidad supuesta de 1.000 SSU, caudal de 60 L/min y presión diferencial de 8 bar. La Tabla 2 del manual FBE indica 1.150 rpm en ese intervalo para tamaños listados. Velocidad y modelo requieren confirmar todas las condiciones.
Adoptando, para fines del ejemplo, una eficiencia volumétrica de 0,90 en esa condición (el valor real viene de la curva del modelo): el caudal teórico necesario es 60 ÷ 0,90 = 66,7 L/min. El desplazamiento volumétrico mínimo es Vg = 66,7 × 1000 ÷ 1150 = 58 cm³/rev — el modelo elegido es el de catálogo con Vg inmediatamente superior.
La potencia hidráulica es 60 × 8 ÷ 600 = 0,80 kW; con eficiencia total de 0,60 en el ejemplo, la potencia en el eje es 1,33 kW. Con la reserva del manual para motores de ese rango, el motor comercial inmediatamente superior cierra la selección — sujeta a la confirmación de la curva certificada del modelo.
- Rotación por viscosidad: 1.000 SSU → 1150 rpm (accionamiento directo, 6 polos)
- Caudal teórico: 60 ÷ 0,90 = 66,7 L/min → Vg mínimo = 58 cm³/rev
- Potencia: P_hid = 0,80 kW → P_eje = 1,33 kW → motor comercial superior, con reserva del manual
- Verificaciones finales: límites de presión, condiciones de aspiración, potencia de arranque y protección por alivio.
6. Los cuatro errores que más comprometen el dimensionamiento
Revise estos cuatro puntos antes de elegir la bomba y el motor:
- Viscosidad de la hoja de datos, no de la operación: el fluido frío en el arranque puede ser varias veces más viscoso que a la temperatura de régimen — la potencia de arranque y la pérdida de carga deben verificarse en la peor condición, no en la nominal.
- Rotación por encima de la admisible para la viscosidad: el caudal de catálogo en la rotación equivocada genera cavitación en la succión y desgaste acelerado de bujes y engranajes.
- Motor sin reserva sobre la potencia calculada: las variaciones de viscosidad, de presión y el propio arranque consumen el margen — la reserva tabulada en el manual no es conservadurismo, es régimen transitorio real.
- Succión tratada como detalle: una línea larga y estrecha en la entrada de un fluido viscoso derrumba el NPSH disponible — el dimensionamiento de la succión es tan determinante como el de la descarga.
Regla de oro del dimensionamiento de bombas de desplazamiento positivo: el fluido define la rotación, la rotación define el tamaño, el circuito define la potencia — nunca en el orden inverso.
7. Checklist: los 7 datos que cierran el dimensionamiento
Envíe los datos siguientes para evaluar la selección. Ingeniería puede solicitar información adicional y confirmar modelo, velocidad, motor y documentación en la propuesta. El ejemplo numérico no es una curva certificada ni aprobación de suministro.
- Fluido bombeado (nombre comercial y concentración, si es solución)
- Viscosidad a la temperatura de operación (SSU o cSt)
- Temperatura de trabajo — mínima y máxima
- Caudal exigido por el proceso (L/min o m³/h)
- Presión de descarga — o trazado de la línea (diámetro, longitud, elevación, accesorios)
- Condición de succión: altura de aspiración o succión inundada, longitud de la línea
- Régimen de operación: continuo o intermitente, arranques por día