Cálculo de la altura manométrica total: componentes estáticos, de presión, velocidad y fricción

Actualizado en septiembre de 2026 · Hoja de cálculo de ingeniería para sistemas de líquidos estacionarios revisada conforme a referencias universitarias, gubernamentales y del Hydraulic Institute

El cálculo de la altura manométrica total es un balance energético entre dos extremos, no una recopilación de números positivos. Para un caudal definido, los cambios de cota, presión y velocidad deben expresarse como altura de líquido, con sus signos originales, y sumarse a las pérdidas irreversibles acumuladas en la red de tuberías y sus componentes. Así se obtiene el punto de funcionamiento hidráulico que debe proporcionar una bomba, para el que deberán seleccionarse el modelo de bomba y la potencia del motor. Debe tenerse en cuenta que este punto de funcionamiento no será suficiente para garantizar la prevención de la cavitación de la bomba.

Qué significa la altura manométrica total y dónde empieza y termina el cálculo

La altura manométrica total es la energía por unidad de peso que la bomba debe añadir entre un extremo de aspiración seleccionado y un extremo de impulsión a un caudal indicado. Los extremos determinan todos los signos. Elíjalos antes de medir cotas o presiones, sitúe ambos en una misma cota de referencia y describa el estado del fluido para un escenario de funcionamiento.

Un límite útil puede ir desde la superficie libre de un depósito de origen hasta la superficie libre de un depósito receptor presurizado. Otro límite puede ir desde la ubicación de un manómetro en la brida de aspiración hasta la ubicación de un manómetro en la brida de impulsión. Son balances distintos, y mezclar el manómetro de aspiración de un límite con la cota de otro es una forma sutil de contabilizar dos veces la misma energía.

Las notas sobre sistemas de bombeo de Purdue University lo expresan como una ecuación ampliada de energía mecánica. La guía de TDH de Washington State University hace práctica la convención de signos: la elevación ascendente añade altura manométrica, la descendente la resta, y la presión de entrada preexistente reduce lo que debe añadir la bomba.

La fórmula completa de la altura manométrica total con términos con signo

La hoja de cálculo completa separa los cambios reversibles en los extremos de las pérdidas irreversibles del recorrido. En flujo estacionario e incompresible, la altura manométrica de la bomba es la suma de los términos indicados a continuación. Los coeficientes α corrigen la energía cinética cuando el perfil de velocidad no es uniforme. En muchos cálculos de ingeniería de flujo turbulento en tuberías, α se toma como 1; esto es una aproximación y no un caso general. Las notas sobre sistemas de bombeo de Purdue University muestran el balance ampliado de energía mecánica subyacente. La guía de cálculo del International Code Council (ICC) también separa los componentes de elevación estática, presión y fricción.

Use pies de líquido bombeado en todo el cálculo, o use metros en todo el cálculo. No sume psi, pies, metros y kilopascales en una misma columna. La presión debe convertirse en altura manométrica; esto debe hacerse utilizando la densidad real del líquido. La calculadora anterior acepta deliberadamente componentes de altura ya convertidos para que no pueda ocultar al revisor las hipótesis de densidad, extremos o fricción. Use esta hoja de cálculo como guía para calcular la energía total que debe añadir una bomba, con cada componente expresado en pies de líquido o en metros de líquido. En aplicaciones prácticas, los ingenieros calculan la altura manométrica total para un caudal definido antes de comparar el punto de funcionamiento con una curva de bomba.

Hoja de balance de componentes con signo

Un registro de nueve líneas que conserva el sentido, las evidencias y las comprobaciones de errores antes de la suma algebraica.

Altura estática: elevación, altura de aspiración y la prueba de cota de referencia de los extremos

La altura estática de elevación, z₂ − z₁, se utiliza después de determinar los valores z de los extremos. Un punto de impulsión situado 40 ft por encima de la fuente da +40 ft. Un punto receptor situado 10 ft por debajo de la fuente da −10 ft. Se obtiene una altura neta de elevación nula si los extremos están a la misma cota, aunque la tubería pase por un cambio de elevación.

Prueba de cota de referencia de los extremos

Para las alturas estáticas de elevación, reste las cotas de los extremos; no sume las ganancias o pérdidas de elevación intermedias como alturas estáticas independientes.

Trazar una cota de referencia horizontal, marcar el extremo 1 y el extremo 2, y restar z₁ de z₂ proporcionará el resultado necesario. Los puntos altos intermedios de la tubería afectan a la presión local y al balance de pérdidas, pero no se convierten por separado en cargas de altura estática. El error habitual es contar dos veces una subida intermedia, creando un punto de funcionamiento sobredimensionado aunque la cota del extremo ya esté representada en z₂ − z₁. Un croquis de la cota de referencia revela ese riesgo antes de revisar la curva de la bomba. El cálculo de TDH comienza con la diferencia de cota entre la fuente de fluido y el nivel de líquido receptor. Registre la distancia vertical, la diferencia de elevación vertical y cualquier subida vertical con una misma cota de referencia; la altura estática y la altura de aspiración son denominaciones de campo, no términos adicionales que deban sumarse dos veces. El mismo método de extremos sirve para sistemas de riego y de agua municipal, tanto si los fluidos deben desplazarse cuesta arriba, cuesta abajo o por una red de tuberías. «Altura de aspiración» es una expresión de campo útil, pero no la añada de nuevo si ya está incluida en z₂ − z₁.

Para aplicaciones de pozos y riego, use el nivel de agua durante el bombeo (no la profundidad perforada del pozo) como la cota relevante del lado de aspiración. A continuación, añada la cota del extremo receptor real. La calculadora de dimensionamiento de bombas de pozo profundo de BBP ofrece un enfoque mejor una vez fijado el balance general de altura manométrica.

Altura de presión: convierta la presión manométrica sin suponer que todos los fluidos son agua

La altura de presión es (p₂ − p₁)/(ρg), por lo que tanto la base de presión como la densidad del líquido afectan al resultado. La resta entre presiones manométricas resulta práctica cuando ambos extremos de la comparación se refieren a la presión atmosférica. Si un valor es absoluto y el otro manométrico, llévelos a la misma base y réstelos; después convierta el resultado a pies o metros de líquido.

Para agua cerca de la temperatura ambiente, 1 psi (libra por pulgada cuadrada) equivale aproximadamente a 2,31 ft de agua. Por tanto, un incremento de presión necesario de 10 psi aporta aproximadamente 23,1 ft. Para un líquido con densidad relativa SG, la regla rápida habitual es altura (ft) = 2,31 × Δp (psi) / SG. Con SG = 1.20, los mismos 10 psi representan aproximadamente 19,3 ft de ese líquido más denso, no 23,1 ft.

Una presión de aspiración positiva reduce el incremento de presión que debe generar la bomba. Por ejemplo, p₂ = 30 psig y p₁ = 10 psig dan Δp = +20 psi, no +40 psi. Un vacío en el extremo de aspiración actúa en sentido contrario. Registre en la hoja de cálculo la ubicación de cada manómetro, ambas lecturas y la resta; no introduzca nunca solo el valor del manómetro de impulsión.

Altura de velocidad: cuándo importan el diámetro de la tubería y el coeficiente de energía cinética

La altura de velocidad es una diferencia con signo entre extremos que no siempre constituye una pérdida. Calcule la velocidad (V = Q/A) en ambos extremos, aplique el coeficiente de corrección de energía cinética α adecuado y reste el término de aspiración del término de impulsión. Cuando los valores de áreas, velocidades y α son iguales, la diferencia se anula. Si una tubería se estrecha o descarga como chorro, puede ser relevante.

A 5 ft/s con α = 1, V²/(2g) es aproximadamente 0,39 ft. A 10 ft/s es aproximadamente 1,55 ft, cuatro veces mayor porque la velocidad está al cuadrado. Si el extremo 1 es un depósito grande con velocidad despreciable y el extremo 2 es una tubería de 10 ft/s, el balance añade aproximadamente 1,55 ft. Si ambos extremos son tuberías idénticas de 10 ft/s, los términos se anulan.

El valor de α es aproximadamente 1 en muchos cálculos de ingeniería con flujo turbulento plenamente desarrollado, pero alcanza 2 para un perfil circular de tubería con flujo laminar plenamente desarrollado. La corrección de energía cinética pertenece al mismo balance entre extremos documentado en las notas sobre sistemas de bombeo de Purdue University. Esto importa cuando el número de Reynolds es bajo o el perfil de velocidad en los extremos es muy no uniforme. No use la entrada de altura de velocidad de la calculadora hasta haber determinado fuera de la herramienta las velocidades de los extremos y α. El error consiste en tratar la altura de velocidad como automáticamente despreciable; el riesgo aumenta cuando los diámetros de los extremos difieren porque el mismo caudal genera velocidades distintas. Para su revisión, registre ambos diámetros de los extremos y la base de caudal.

Altura de fricción: pérdidas principales en tuberías, accesorios, válvulas y equipos

La altura de fricción es la parte irreversible del requisito del sistema al caudal indicado. Cuando los instrumentos informen de la misma resistencia como caída de presión, convierta esa lectura a altura de líquido antes de añadirla a la hoja de cálculo. Separar la pérdida en tubería recta de las pérdidas locales permite a los revisores actualizar cualquiera de ellas sin rehacer el cálculo; ambas son no negativas en el sentido de caudal elegido, y ambas cambian con el caudal, el diámetro, la rugosidad, la viscosidad, la posición de la válvula y el estado del equipo.

El factor de fricción de Darcy f_D depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa. Para cada valor K debe utilizarse la velocidad local de la tubería correspondiente a ese accesorio. Un reductor, filtro, válvula de control, intercambiador de calor, tobera y válvula de retención pueden requerir cada uno su propia base. El error habitual es fijar la pérdida por fricción a un caudal; como cambian la velocidad y la base de resistencia, esto puede dejar un punto de funcionamiento insuficiente en otro punto de funcionamiento. Registre el caudal de diseño, la base de la tubería y la posición de la válvula junto con el resultado de pérdidas. La lección de mecánica de fluidos sobre pérdidas en tuberías de Penn State muestra la estructura de Darcy-Weisbach y de los coeficientes K. Una TDH precisa requiere pérdidas de presión y fricción total al caudal deseado, no un caudal nominal tomado de otro diseño de sistema. Calcule la pérdida por fricción a partir de la longitud y el diámetro reales de la tubería, de cada codo, válvula y accesorio; las pérdidas por fricción y demás pérdidas de altura manométrica se incorporan entonces al registro con signo. Cuando cambia el caudal deseado, los pasos más estrechos aumentan las pérdidas por fricción y pueden dejar una bomba insuficiente incapaz de proporcionar la altura manométrica que debe vencer.

Use la calculadora de pérdidas por fricción en tuberías de BBP para calcular el tramo recto y, después, añada las pérdidas verificadas de accesorios y equipos. Mantenga diferenciados los casos limpio y ensuciado. Si un filtro pierde 2 ft cuando está limpio y 10 ft según el criterio de sustitución, ocultar ambos valores bajo «aproximadamente 5 ft» hace que la bomba parezca precisa mientras el escenario de funcionamiento sigue sin definirse.

Ejemplo resuelto: mapa de cálculo de TDH en 5 líneas

Este ejemplo muestra un trasiego descendente de líquido que debe entregarse a un depósito receptor presurizado. Este ejemplo no consiste en una suma simple: la elevación de −10 ft favorece el caudal, mientras que el requisito de presión y las pérdidas del recorrido se oponen a él. Todos los valores mostrados en este ejemplo están expresados como pies del líquido bombeado para un caudal de diseño. Este ejemplo no es un ejemplo de ensayo de campo de BBP. Usar solo entradas positivas es incorrecto para este caso: cambiar −10 ft por +10 ft elevaría el resultado de 23,1 ft a 43,1 ft, una sobreestimación de aproximadamente el 87 % y un riesgo de dimensionamiento. La guía de TDH de Washington State University proporciona la base de elevación y altura de presión con signo utilizada en este ejemplo resuelto.

Compruebe el balance a la inversa: la bomba añade 23,1 ft; la gravedad aporta otros 10 ft porque el destino está más bajo. El sistema pierde 10 ft y aumenta la presión en el receptor en 23,1 ft en conjunto. 23.1 + 10 − 10 − 23.1 = 0. Esto cierra el balance energético y detecta el error de introducir la variación descendente como +10 ft.

Ahora compruebe la sensibilidad sin mover ninguno de los extremos. Si el caudal aumenta y las pérdidas combinadas pasan de 10 ft a 18 ft, el nuevo requisito pasa a ser 31,1 ft. Los términos fijos de elevación y presión no cambiaron; el término de pérdidas sí. Por eso la TDH debe indicarse siempre junto con su caudal de diseño.

De la TDH a la curva del sistema y al punto de funcionamiento de la bomba

Un valor de TDH es un punto del requisito del sistema. Para seleccionar o revisar una bomba rotodinámica, recalcule las pérdidas dependientes del caudal para varios caudales, manteniendo constantes los demás términos fijos. Represente esos totales como la curva del sistema y compárela después con la curva de la bomba del fabricante utilizando la misma velocidad de giro, diámetro de impulsor, base de fluido y convención de ensayo. Para calcular la altura manométrica total a varios caudales, etiquete cada punto de la curva del sistema con el caudal en GPM o en la unidad del proyecto. La curva muestra cómo la TDH representa la energía total necesaria en cada condición de funcionamiento de la bomba, mientras que la velocidad de giro de la bomba o la velocidad variable desplazan la curva de la bomba, no el término estático fijo.

«El caudal al que funciona el sistema se encuentra en la intersección de la curva de altura manométrica del sistema con la curva de rendimiento de la bomba».

Una bomba con una curva publicada que alcance 23,1 ft al caudal requerido es una candidata hidráulica. Las bombas con alturas de cierre simplemente superiores a 23,1 ft no son automáticamente aceptables. Compare el punto de funcionamiento con el rendimiento, el rango de trabajo, la potencia, la velocidad de giro, el diámetro del impulsor, el caudal mínimo continuo estable y los límites de funcionamiento. La guía de leyes de afinidad de bombas de BBP muestra cómo cambia la posición de la curva con la velocidad de giro y el diámetro.

Para garantizar que la bomba sea adecuada para el accionamiento, calcule por separado los requisitos de eje y de entrada con la fórmula de potencia de la bomba, y confirme el rendimiento supuesto con la fórmula de rendimiento de la bomba. El caudal más la TDH describen el punto de funcionamiento hidráulico; no garantizan la capacidad del motor ni un funcionamiento eficiente. Para sistemas con VFD, registre la frecuencia variable y la velocidad de giro de la bomba ordenada. Los variadores de frecuencia modifican la curva de bomba disponible y los requisitos de potencia de la bomba; no modifican el término fijo de cota de los extremos.

Circuitos cerrados, fluidos de alta viscosidad, fenómenos transitorios y comprobaciones que la TDH no sustituye

Una hoja de cálculo de TDH correctamente cumplimentada está diseñada para tener un alcance limitado. Una función de una hoja de cálculo de TDH correctamente cumplimentada es mostrar que la misma cota y presión en los extremos pueden anularse en un circuito cerrado mientras se mantienen las pérdidas por fricción. Puede mostrar que la misma cota y presión en los extremos se anulan en un circuito cerrado, pero no elimina la fricción, demuestra el margen de aspiración, corrige una curva de bomba ensayada con agua por viscosidad ni predice el golpe de ariete. El mismo método de extremos se aplica a los circuitos de agua de calefacción, ventilación y aire acondicionado, siempre que se definan las propiedades del fluido y los escenarios de funcionamiento. La siguiente matriz le ayudará a determinar si los cálculos de cinco líneas son suficientes o si necesita utilizar un modelo especializado.

Una hoja de cálculo de TDH correcta no verifica el margen de aspiración. La altura de aspiración disponible depende de la presión de aspiración, la presión de vapor, la temperatura, la cota y las pérdidas en aspiración. La altura de aspiración requerida la proporciona el fabricante de bombas para el caudal especificado. Una coincidencia de TDH no verifica un margen de aspiración adecuado. Utilice la guía de cavitación de bombas de BBP para estructurar esa revisión. La explicación del Hydraulic Institute sobre la actualización de ANSI/HI 9.6.1 de 2024 confirma que el margen no incluido en la suma de TDH debe quedar fuera del alcance del cálculo de TDH. Elegir la bomba adecuada también requiere requisitos de potencia de bomba específicos del proyecto, un factor de seguridad justificado por la incertidumbre y comprobaciones de aspiración que eviten la cavitación de la bomba. La TDH por sí sola no puede garantizar un funcionamiento óptimo de la bomba ni demostrar que la bomba debe proporcionar un margen de aspiración adecuado; solo indica la altura manométrica hidráulica que requiere el punto de funcionamiento seleccionado.

Entrega de cálculo en cuatro campos para la selección de bombas

Entrega de cálculo en cuatro campos

Diagrama de extremos, escenarios de funcionamiento, evidencia de componentes y supuestos preparados para la revisión de la curva de la bomba.

Un fabricante de bombas dispone de los datos necesarios para revisar el punto de funcionamiento cuando el cálculo se presenta como una entrega técnica compacta en lugar de un único valor de TDH sin etiquetar. Envíe cuatro campos: el diagrama de extremos, los escenarios de caudal y fluido, el registro de componentes con signo y los supuestos con su incertidumbre. Esto conserva la trazabilidad del cálculo, mientras que la elección del modelo se determina mediante curvas de rendimiento verificadas.

Por último, en su mensaje al fabricante de bombas, muestre la curva de bomba propuesta y el rendimiento en el punto de funcionamiento, así como el diámetro del impulsor, la velocidad de giro, la potencia absorbida, la potencia nominal del motor, el intervalo de funcionamiento preferente, la altura neta positiva de aspiración requerida y cualquier corrección disponible por viscosidad del líquido o contenido de sólidos. Para ello, BBP dispone de una guía para redactar una solicitud de oferta de bomba industrial, que abarca el proceso de compras más amplio.

Si su aplicación se encuentra en el ámbito de una familia de bombas, compare el punto de funcionamiento con la gama de productos de bombas centrífugas o la guía de selección de bombas de aspiración axial. Consulte la guía de bombas centrífugas de agua de BBP para obtener información más general. Para estimaciones rápidas relacionadas con la agricultura, puede utilizar la calculadora de TDH de BBP; este artículo presenta el método más general y auditable.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la altura manométrica dinámica?

¿Cuál es la fórmula para calcular la altura manométrica total?

¿Cómo convierto TDH a psi?

¿Se anula la altura manométrica estática en un sistema de circuito cerrado?

¿La altura manométrica de fricción es lo mismo que la altura manométrica dinámica total?

¿Se incluye la altura neta positiva de aspiración en la TDH?

Nota de ingeniería: los ejemplos son ilustraciones derivadas para validar la hoja de cálculo. La selección final de la bomba debe utilizar curvas actuales del fabricante y comprobaciones específicas del proyecto de aspectos hidráulicos, mecánicos, eléctricos, de aspiración, fenómenos transitorios y propiedades del fluido.