Bombas en paralelo: por qué el caudal no se duplica

Una situación común: una línea necesita más agua, así que la planta instala una segunda bomba igual a la primera y conecta ambas al mismo cabezal de descarga. La expectativa es simple: dos bombas, el doble de caudal. En el ejemplo de este artículo, sin embargo, la segunda bomba sube el caudal total solo un 26.5 % aproximadamente. Eso no significa que las bombas estén mal; así es como interactúan las bombas con la tubería.

La respuesta corta: dos bombas centrífugas iguales en paralelo no entregan necesariamente el doble del caudal de una sola en el mismo sistema. Operar en paralelo significa conectar las bombas a una línea de descarga común para que se repartan el caudal requerido. El caudal real lo define el punto donde la curva combinada cruza la curva del sistema. Si la carga que exige el sistema crece con el caudal, cada bomba sube por su curva y entrega menos que cuando trabajaba sola, y eso limita la ganancia.

Esta guía explica por qué se usan bombas en paralelo, un ejemplo con números y cuatro puntos que revisar: el cabezal común, las bombas distintas, el NPSH al quedar una sola bomba y las válvulas check. Termina con una lista de revisión, preguntas para el proveedor y los límites del método. Si trabaja con documentos de bombas japoneses, la tabla de términos siguiente le ayudará a leerlos.

Términos que verá en documentos japoneses de bombas

Las hojas de datos, las curvas de bomba y los DTI (diagramas de tubería e instrumentación, P&ID) japoneses usan los siguientes términos para los temas de este artículo.

Japonés	Lectura	Español
並列運転	heiretsu unten	operación en paralelo
直列運転	chokuretsu unten	operación en serie
全揚程	zen-yotei	carga total (H); también "altura dinámica total"
吐出量	toshutsu-ryo	caudal (Q)
抵抗曲線	teiko kyokusen	curva del sistema (curva de resistencia)
運転点	unten-ten	punto de operación
締切運転	shimekiri unten	operación a descarga cerrada (caudal cero)
逆止弁	gyakushi-ben	válvula check (válvula de retención)
軸動力	jiku doryoku	potencia en la flecha (potencia al freno)
必要NPSH	hitsuyo NPSH	NPSH requerido (NPSHr)
台数制御	daisu seigyo	control del número de bombas en marcha (secuenciación)

Contenido

1. ¿Por qué operar bombas centrífugas en paralelo?
2. Cómo hallar el caudal real: curva combinada y curva del sistema
3. Cuatro puntos que revisar antes de operar bombas en paralelo
4. Lista de revisión: antes de agregar una bomba en paralelo
5. Preguntas para el proveedor de bombas o el equipo de ingeniería en Japón
6. Nota para plantas en México
7. Límites de esta guía
8. Preguntas frecuentes
9. Fuentes

¿Por qué operar bombas centrífugas en paralelo?

Las plantas eligen la operación en paralelo cuando una sola bomba no alcanza el caudal requerido o cuando quieren variar el número de bombas en marcha según la demanda. Cada bomba trabaja contra la misma carga, y los caudales que entregan a esa carga se suman. A diferencia de la conexión en serie, el paralelo no suma las cargas.

En serie se suma la carga de cada bomba al mismo caudal. En paralelo se suma el caudal de cada bomba a la misma carga. "Si falta carga, serie; si falta caudal, paralelo" es un buen punto de partida, pero en ambos casos el caudal y la carga finales dependen del sistema al que se conectan las bombas.

Operar una bomba en demanda baja y dos en demanda alta puede convenir más que tener una bomba grande estrangulada todo el tiempo. Pero también influyen la eficiencia de cada bomba y el método de control, así que agregar bombas no garantiza por sí solo un ahorro de energía.

Una segunda bomba también puede servir de respaldo si falla la primera. La operación alternada (una bomba a la vez) y la operación de apoyo (las dos en marcha en demanda máxima) requieren capacidades distintas. Defina primero si necesita el caudal completo con una bomba fuera de servicio o si basta con seguir operando a caudal reducido.

Figura 1: Cada bomba descarga por su propia rama antes de unirse al cabezal común

Dos bombas repartiéndose el caudal. Las flechas indican el sentido del flujo; cada rama tiene una válvula check. Deslice hacia los lados para ver la figura completa.

Los símbolos de válvula solo muestran dónde se bloquea el flujo inverso. Se omiten las válvulas de aislamiento para mantenimiento, los instrumentos y los drenes.

En el arreglo básico, cada bomba lleva una válvula check en su descarga y las ramas se unen al cabezal común aguas abajo de esas válvulas. En una planta real también influyen la disposición de la tubería de succión, los cambios de nivel y la longitud de las ramas en cómo se reparten la carga las bombas. Poner dos bombas lado a lado no significa que sus capacidades se sumen sin más.

Cómo hallar el caudal real: curva combinada y curva del sistema

Con dos bombas iguales, cada una entrega el mismo caudal a cualquier carga dada. Para construir la curva combinada, se duplica ese caudal a cada carga y se unen los puntos. La respuesta que se busca es la nueva intersección de la curva combinada con la curva del sistema; duplicar el caudal de una sola bomba no la da.

Aquí hay un sistema ficticio para mostrar el cálculo. La curva de una bomba es H = 40 − 0.005q², y la curva del sistema (la carga que exige la tubería) es H = 10 + 0.005Q². H está en metros y los caudales q y Q en m³/h. Este modelo simplificado ignora cualquier diferencia de pérdidas entre las ramas hasta el punto donde se unen.

Figura 2: Sobre la misma curva del sistema, una bomba da 54.77 m³/h y dos dan 69.28 m³/h

Gráfica del modelo ficticio anterior. La curva de dos bombas se estira a lo largo del eje de caudal y el punto de operación se mueve sobre la misma curva del sistema. Deslice hacia los lados para ver la figura completa.

Los valores son intersecciones del modelo. No se puede leer de esta gráfica el caudal permisible, la potencia ni el NPSH de una bomba real.

Una bomba entrega unos 54.77 m³/h (unos 241 gpm). Las dos juntas entregan unos 69.28 m³/h (unos 305 gpm), un aumento de apenas 26.5 %. Cada bomba lleva ahora la mitad, unos 34.64 m³/h, menos de lo que entregaba sola. La ganancia es pequeña porque la carga que exige el sistema sube al aumentar el caudal.

En este ejemplo, la carga de operación sube de 25 m (unos 82 ft) con una bomba a 34 m (unos 112 ft) con dos. Al construir la curva combinada se suman caudales, no cargas, pero eso no quiere decir que la carga de operación se mantenga constante. Cuanto más empinada es la curva del sistema, menos caudal se gana al agregar una bomba.

En una instalación real también hay pérdidas entre la brida de descarga de cada bomba y el cabezal común. Compare las bombas en el punto de conexión común. Si las ramas difieren en diámetro, longitud o válvulas, incluso dos bombas del mismo modelo pueden no repartirse la carga por igual; por eso conviene incluir cada trayecto de rama al calcular el punto de operación.

Cuatro puntos que revisar antes de operar bombas en paralelo

1. El cabezal común puede necesitar un diámetro mayor

Aguas abajo de la unión, el cabezal común lleva el caudal combinado de todas las ramas, así que conviene revisar su tamaño. La operación en paralelo no exige automáticamente un cabezal más grande. La decisión se basa en el caudal objetivo, el margen de la tubería existente y la pérdida de presión y la velocidad que se acepten.

Por ejemplo, si el caudal real se duplica y el diámetro del cabezal no cambia, la velocidad media se duplica. Cuando el coeficiente de pérdida puede considerarse constante, la pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad, así que se vuelve cuatro veces mayor. Al diseñar para más caudal, vigile este aumento brusco de la pérdida en el cabezal.

Figura 3: Revise la sección del cabezal antes de duplicar el caudal

Comparación ilustrativa con la misma longitud y condiciones, y un coeficiente de pérdida constante. Si hace falta un diámetro mayor depende de la pérdida permisible y de otros factores.

Doble caudal, mismo diámetroVelocidad ×2 → pérdida de carga ×4 (coeficiente de pérdida constante)

Doble caudal, misma velocidadÁrea requerida ×2 → relación de diámetros √2 ≈ 1.414

Secciones simplificadas que muestran diámetro y caudal; no se muestra el perfil real de velocidades. El diámetro nominal y el diámetro interior real son distintos.

Para llevar el doble de caudal a la misma velocidad se necesita el doble de área de sección, es decir, unas 1.414 veces el diámetro interior. Eso no significa duplicar el diámetro nominal; compare diámetros interiores reales. No dimensione la tubería solo con este cálculo: incluya longitud, rugosidad, accesorios, válvulas y condiciones de instalación.

Si el diámetro de la tubería, la apertura de las válvulas y las demás condiciones no cambian, agregar una bomba no desplaza la curva del sistema. El punto de operación simplemente se mueve a donde esa misma curva cruza la curva combinada de las dos bombas. La curva del sistema se vuelve a trazar solo cuando cambia la resistencia, por ejemplo tras cambiar el diámetro o al estrangular una válvula.

En una modificación donde no se puede reemplazar el cabezal, calcule primero el caudal que realmente alcanzará con la bomba adicional y compárelo con el que necesita. Si la bomba extra casi no sube el caudal, revise si el límite real son las pérdidas de presión en la ruta de tubería, las válvulas o los equipos, y compare otras opciones además de agregar una bomba.

2. Bombas distintas pueden quedar a descarga cerrada

Algunos diseños operan en paralelo bombas con desempeño diferente. En ese caso, confirme que cada bomba pueda entregar caudal positivo contra la presión del cabezal común. Las bombas con curvas estables y cargas a válvula cerrada (shut-off) parecidas son más fáciles de combinar; si esas cargas difieren, revise cómo se reparten el caudal en todo el rango de demanda.

Si la presión de cabezal que produce una bomba es mayor que la presión que la otra puede generar a descarga cerrada, la válvula check de la bomba más débil permanece cerrada. Esa bomba sigue girando pero no entrega nada. Compare no solo las cargas a válvula cerrada, sino también las diferencias de presión de succión, las pérdidas de rama y las condiciones de apertura de las válvulas check.

Figura 4: La válvula check detiene el flujo inverso, pero la bomba débil puede seguir sin entregar caudal

Sección simplificada: la presión que puede generar la bomba débil no alcanza la presión del cabezal, así que la válvula sigue cerrada. Verifique en la especificación de la válvula el diferencial de presión de apertura real. Deslice hacia los lados para ver la figura completa.

Las flechas muestran el sentido de la presión, no un flujo real de derecha a izquierda. Una válvula check y la protección de caudal mínimo cumplen funciones distintas.

A descarga cerrada, parte de la energía que la bomba le da al líquido se convierte en calor, lo que puede dañar sellos y piezas internas. Un motor que sigue girando mientras la bomba no entrega caudal no es operación normal y no debe dejarse así.

El caudal cero no es el único riesgo. Vigile también la operación por debajo del caudal mínimo continuo del fabricante y en las zonas inestables de la curva. Incluso bombas del mismo modelo pueden tener desempeño distinto si difieren la velocidad, el diámetro del impulsor, el desgaste o los ajustes de control, así que no basta con que las placas de datos coincidan.

Al agregar una bomba, considere también si podrá medir por separado el caudal y la presión de descarga de la bomba existente y de la nueva. Mirar solo el caudal total puede hacer que se pase por alto una bomba que casi no lleva carga. Revise además la corriente del motor, la vibración y la temperatura de cada bomba.

3. NPSH disponible al quedar una sola bomba: depende de la tubería

No existe una regla general según la cual el NPSH disponible baje al pasar a una sola bomba. El NPSH disponible (NPSHd, o NPSHA en inglés) es una propiedad de la instalación. Depende de la presión en el tanque de succión, el nivel del líquido, la presión de vapor a la temperatura del líquido y las pérdidas en la tubería de succión. Elegir una bomba más pequeña no lo reduce por sí solo.

Lo que sí importa es que el caudal de la bomba restante puede aumentar al pasar de dos bombas a una. En el ejemplo anterior, cada bomba trabaja a 34.64 m³/h con dos en marcha, y la bomba restante sube a 54.77 m³/h al quedar sola. Como el punto de operación cambia, vuelva a revisar las condiciones de succión, el NPSH requerido (NPSHr) y la potencia con ese nuevo caudal.

Figura 5: Al parar una bomba, el caudal baja en la línea común de succión pero sube en la rama que sigue en marcha

Caudales del ejemplo anterior. Calcule la pérdida en la línea común y en la rama en marcha con su propio caudal y luego súmelas para reevaluar la pérdida de succión. Deslice hacia los lados para ver la figura completa.

Esta figura solo ordena los cambios de caudal; no es una simulación que incluya las pérdidas de succión. Que el NPSHd suba o baje depende de la pérdida en cada tramo, el nivel y la temperatura del líquido, entre otras condiciones.

En la rama de succión que va a la bomba restante, la pérdida puede aumentar porque el caudal de esa bomba sube. En cambio, la línea común de succión llevaba el caudal combinado de ambas bombas, así que su pérdida baja cuando el caudal total disminuye tras el cambio. Calcule por separado la rama y la línea común.

Por eso, si el NPSHd sube o baja tras el cambio depende de la disposición de la tubería de succión y del punto de operación. Revise también los casos en que coinciden nivel bajo, temperatura alta del líquido o un filtro (coladera) tapado. Confirme que el NPSHd cumpla el NPSHr del fabricante más el margen especificado, tanto con una bomba como con varias en marcha.

El NPSHr es el NPSH que necesita la propia bomba. Cuando el valor del catálogo es NPSH3, corresponde al criterio de prueba de una caída de 3 % en la carga por cavitación. Un NPSHd por encima de ese valor no garantiza que no se forme ninguna burbuja de vapor. El margen necesario y el rango de operación dependen del modelo de bomba.

Reducir solo la altura de succión no resuelve la cuestión. Revise juntas las pérdidas desde la superficie del líquido hasta la entrada de la bomba y las condiciones de temperatura.

4. Una válvula check en la descarga de cada bomba

En la operación en paralelo, ponga una válvula check en la descarga de cada bomba, antes de la unión, para evitar que la bomba en marcha empuje flujo hacia una bomba detenida. Una sola válvula check después de la unión no impide que el flujo circule de una rama a otra. En el diagrama de tubería, confirme el sentido del flujo y que cada válvula esté donde pueda aislar una rama detenida.

El flujo inverso puede causar condiciones anormales, como que una bomba detenida gire al revés. Si las bombas difieren en capacidad o usan control de velocidad, revise la presión del cabezal común y el diferencial de presión en cada bomba. La válvula check solo evita el retorno; no resuelve la falta de caudal de una bomba débil ni la operación a descarga cerrada.

(El giro inverso por flujo de retorno es un problema distinto de un motor conectado con la secuencia de fases equivocada.)

El cambio brusco de velocidad cuando se cierra una válvula check también cuenta para el golpe de ariete. Un golpe fuerte al parar no es prueba de que la válvula funcione bien. Revise las características de cierre de la válvula y las condiciones de la línea de descarga. En líneas largas o sistemas con grandes diferencias de elevación, considere un análisis de transitorios (surge) cuando sea necesario.

Si combina control de velocidad con secuenciación de bombas, revise además las condiciones de presión al arrancar y parar, el caudal mínimo en demanda baja y la frecuencia con que las bombas arrancan y paran.

Figura 6: Revise también los casos de una bomba, demanda baja y arranque/paro, no solo dos bombas en demanda máxima

Puntos por revisar combinando las curvas del fabricante con las condiciones del sistema. Deslice hacia los lados para ver la tabla completa.

Caso de operación	Qué revisar	Error frecuente
Dos bombas, demanda máxima	Intersección de las curvas combinada y del sistema, pérdida en el cabezal, reparto de carga entre bombas	Suponer que el caudal total es el doble del de una bomba
Una bomba en marcha	Caudal de la bomba restante, potencia en la flecha, NPSHr, pérdida de rama	Suponer que menos bombas significan menos carga para cada una
Demanda baja	Caudal mínimo, operación cerca de descarga cerrada, zona inestable, frecuencia de arranques	No notar que la bomba débil gira pero no entrega nada
Arranque y paro	Prevención de flujo inverso, cierre de la válvula check, golpe de ariete, cambio de control	Suponer que las válvulas check solas resuelven los problemas transitorios

Para las secuencias de operación, siga el manual del equipo y los procedimientos controlados de su planta.

Lista de revisión: antes de agregar una bomba en paralelo

Use esta lista como base para la junta de ingeniería; cada punto se explica en las secciones anteriores.

• ¿Trazó la curva combinada contra la curva del sistema y leyó el nuevo caudal total, en lugar de duplicar el caudal de una sola bomba?
• ¿Conoce la carga de operación con todas las bombas en marcha y cada bomba sigue dentro de su rango de operación permisible en ese punto?
• ¿Calculó la pérdida del cabezal común con el nuevo caudal total, usando diámetros interiores reales y no nominales?
• Si las bombas son distintas (modelo, velocidad, diámetro del impulsor, desgaste), ¿puede cada una entregar caudal positivo a la presión del cabezal en todo el rango de demanda?
• ¿Hay una válvula check en la descarga de cada bomba, antes de la unión?
• Con una bomba detenida, ¿cuál es el caudal de la bomba restante y son aceptables su potencia en la flecha, la capacidad del motor y el NPSHr a ese caudal?
• ¿Calculó por separado las pérdidas de succión de la línea común y de cada rama, incluyendo nivel bajo, temperatura alta y filtro tapado?
• ¿La operación en demanda baja queda por encima del caudal mínimo continuo del fabricante?
• ¿Revisó el golpe de ariete y el cierre de las válvulas check en el arranque, el paro y el disparo de una bomba?
• ¿Puede medir por separado el caudal, la presión de descarga, la corriente del motor, la vibración y la temperatura de cada bomba?

Preguntas para el proveedor de bombas o el equipo de ingeniería en Japón

Si las bombas o el diseño del sistema vienen de Japón, estas preguntas ayudan a obtener los datos necesarios. Puede copiarlas tal cual en un correo.

1. Envíenos las curvas H-Q, de potencia, de eficiencia y de NPSHr de cada bomba, indicando el diámetro del impulsor y la velocidad.
2. ¿El NPSHr de la curva es NPSH3 (caída de 3 % de la carga)? ¿Qué margen de NPSH recomiendan para esta aplicación?
3. ¿Cuál es el caudal mínimo continuo y el rango de operación permisible de cada bomba?
4. Compártanos la curva del sistema usada en el diseño y los puntos de operación esperados con una bomba y con dos en marcha.
5. ¿Las bombas están previstas para operar en paralelo? ¿Sus curvas son estables y con cargas a válvula cerrada parecidas?
6. ¿Qué tipo de válvula check se especifica en cada descarga y cuáles son su diferencial de presión de apertura y sus características de cierre?
7. ¿Se hizo un análisis de golpe de ariete (surge) para arranque, paro y disparo de bomba? Si es así, compartan los resultados.
8. ¿Qué secuencia de arranque y paro y qué lógica de secuenciación recomiendan, incluida la forma de alternar las bombas en demanda baja?

Ejemplo de solicitud: "Planeamos operar las dos bombas en paralelo sobre el cabezal existente. Por favor envíen las curvas de ambas unidades (H-Q, potencia, NPSH3) y la curva del sistema de diseño, y confirmen el punto de operación, la potencia en la flecha y el NPSHr con una bomba y con dos en marcha."

Nota para plantas en México

Este artículo es técnico y no sustituye la normativa aplicable. En México, algunas bombas están sujetas a normas oficiales de eficiencia energética de la serie NOM-ENER, pero cada una cubre tipos de bomba y rangos de potencia específicos; pregunte al proveedor si su bomba entra en el alcance. Para las partes giratorias y la protección de la maquinaria, y para el mantenimiento eléctrico, revise las NOM de la STPS que correspondan (por ejemplo NOM-004-STPS y NOM-029-STPS) en su edición vigente.

Las curvas de desempeño de las bombas suelen declararse según ISO 9906; pida al proveedor la clase de tolerancia con que se garantizan. La equivalencia exacta con una NMX o NOM no se confirmó para este artículo, así que no la dé por hecha sin consultarla con el proveedor.

Límites de esta guía

• El ejemplo numérico es un modelo ficticio y simplificado. Ignora las diferencias de pérdidas entre ramas y no representa ninguna bomba ni sistema real.
• El tamaño de la ganancia de caudal depende de la forma de la curva del sistema. Una curva más empinada tiende a limitar el caudal que se gana al agregar una bomba.
• Los márgenes de NPSH, el caudal mínimo y los rangos de operación permisibles dependen del modelo de bomba. Use los datos del fabricante, no valores generales.
• Las secuencias de arranque y paro, los ajustes de control y la protección contra transitorios son propios de cada planta. Siga el manual del equipo y los procedimientos controlados de su planta; esta guía no es una instrucción de trabajo.
• El ahorro de energía de la operación en paralelo o de la secuenciación depende de las horas de operación, la eficiencia de las bombas, las pérdidas en la tubería, el control y los equipos auxiliares. Compare caso por caso.

Preguntas frecuentes

¿Dos bombas iguales en paralelo duplican el caudal?

No necesariamente. En la curva combinada, el caudal a una carga dada es el doble que el de una bomba, pero el punto de operación real es donde esa curva cruza la curva del sistema. En un sistema donde la carga requerida sube con el caudal, el total puede quedar muy por debajo del doble. Calcule por separado el caudal por bomba y el caudal total.

¿La carga se mantiene igual cuando las bombas operan en paralelo?

No necesariamente. "Sumar caudales a la misma carga" describe cómo se construye la curva combinada; no significa que la carga de operación sea constante. La carga de operación depende de la curva del sistema: si el caudal sube a lo largo de ella, la carga también cambia. En el ejemplo ficticio, pasa de 25 m con una bomba a 34 m con dos.

¿Pueden operar en paralelo bombas de distinto tamaño?

A veces, si el diseño lo permite. Hay que confirmar el caudal positivo, la estabilidad y el rango permisible de cada bomba en todo el rango de demanda. Si la presión del cabezal supera lo que puede generar la bomba más débil, su válvula check no abre y entrega caudal cero. No combine bombas solo por el nombre del modelo.

Si una bomba se detiene, ¿baja la carga de la otra?

No necesariamente. El caudal de la bomba restante puede ser mayor que el de cada bomba cuando operaban las dos. Según las características de potencia de la bomba, la carga del motor también puede cambiar; por eso revise la potencia en la flecha y la capacidad del motor en el punto de operación de una sola bomba. Reevalúe también las pérdidas de la rama de succión y el NPSHr con ese caudal.

¿Operar bombas en paralelo ahorra energía?

Puede, si logra ajustar el número de bombas en marcha o su velocidad a una demanda cambiante. El ahorro anual real depende de las horas de operación, la eficiencia de las bombas, las pérdidas en la tubería, el control y los equipos auxiliares. Agregar una bomba no siempre reduce el consumo de energía.

Fuentes

• Curva combinada, válvulas check individuales, cargas a válvula cerrada distintas y estabilidad: KSB, "Parallel operation" (en inglés)
• Curva del sistema y la suposición de que la pérdida de carga varía con el cuadrado del caudal: KSB, "System characteristic curve" (en inglés)
• NPSH disponible y requerido, plano de referencia, NPSH3: KSB, "NPSH"; Hydraulic Institute, "The Basics of NPSH & Pump Operating Regions" (en inglés)
• Tubería de descarga común y conceptos básicos de la conexión en paralelo: Grundfos, "Pumps in parallel" (en inglés)
• Operación de respaldo y de apoyo, operación alternada (ejemplo de producto): Grundfos, "SCALA1 twin pump configuration" (en inglés)
• Curvas H-Q estables (continuamente descendentes) y curvas de desempeño frente al caudal: Torishima Pump, catálogo CAM/CAS (en japonés)
• Transitorios de arranque y paro, golpe de la válvula check y análisis de surge: Ebara, análisis de golpe de ariete (en japonés)