Use caudal, altura y potencia del mismo punto de operación. Para justificar una inversión, sustituya los valores de catálogo por mediciones de planta y registre qué cargos de la factura cambian realmente con la operación de esa bomba.
Respuesta rápida: cómo calcular el costo anual
La secuencia es: caudal y TDH → potencia hidráulica → potencia eléctrica de entrada → horas de operación → kWh → tarifa → costo. Si mide directamente los kW eléctricos del conjunto, use esa lectura para calcular el consumo; no vuelva a dividirla entre eficiencias.
| Dato | Qué representa | Fuente recomendada |
|---|---|---|
| Q | Caudal real | Medidor o dato de proceso; indique si es medido o de diseño. |
| H / TDH | Altura dinámica total | Presión de succión y descarga, elevaciones y condiciones del sistema. |
| SG y eficiencia | Propiedad del fluido y desempeño de bomba/motor | Hoja de proceso, curva aplicable, placa o medición. |
| Horas y tarifa | Uso durante el periodo y precio de energía | Historial de operación y factura eléctrica vigente. |
De caudal y TDH a potencia hidráulica
La potencia hidráulica es la potencia que la bomba transfiere al fluido. Para una estimación en unidades SI, use caudal en m³/h, TDH en metros y gravedad específica adimensional:
\[ P_{hid} (\mathrm{kW}) = \frac{Q (\mathrm{m^3/h}) \times H (\mathrm{m}) \times SG}{367} \]
Q = caudal; H = altura dinámica total (TDH); SG = gravedad específica respecto al agua en la base indicada.
En unidades estadounidenses: \(P_{hid} (\mathrm{hp}) = Q (\mathrm{GPM}) \times H (\mathrm{ft}) \times SG / 3{,}960\). Para convertir hp a kW, multiplique por 0.746.
Use la TDH del mismo caso que el caudal. Si parte de presiones, revise unidades, elevación entre los puntos de medición y si la diferencia de presión ya representa la carga que necesita el cálculo. Para fluidos distintos del agua, documente SG o densidad y temperatura; la densidad de soluciones como ácido sulfúrico o sosa cáustica depende de concentración y temperatura. Consulte la guía sobre densidad de ácido y sosa cáustica para ese caso.
De potencia hidráulica a potencia eléctrica de entrada
La potencia eléctrica de entrada es mayor que la hidráulica debido a las pérdidas del conjunto. Cuando no hay una medición directa, puede estimarla dividiendo entre las eficiencias que correspondan:
\[ P_{entrada} (\mathrm{kW}) \approx \frac{P_{hid}}{\eta_{bomba} \times \eta_{motor} \times \eta_{VFD}} \]
Use eficiencias como decimales: por ejemplo, 78% = 0.78. Incluya \(\eta_{VFD}\) solo si el conjunto utiliza un variador; considere pérdidas de transmisión cuando exista una transmisión relevante.
La eficiencia de la bomba cambia con el punto de operación, velocidad, impulsor y condición del equipo. Un desgaste en anillos puede aumentar la fuga interna y reducir el desempeño, pero la pérdida no es un porcentaje universal: confirme las holguras con el manual del fabricante y compare la bomba con su curva aplicable antes de atribuirle un aumento de consumo.
De kW a kWh y costo de energía
Con la potencia eléctrica de entrada en kW, estime la energía del periodo y después aplique la tarifa que corresponde:
\[ E (\mathrm{kWh}) = P_{entrada} (\mathrm{kW}) \times t (\mathrm{h}) \]
\[ C_{energía} = \sum_i \left(P_i \times h_i \times T_i\right) \]
\(h_i\) = horas de operación en el periodo tarifario \(i\); \(T_i\) = tarifa de energía aplicable, por ejemplo en MXN/kWh.
Separe el costo variable de energía de los cargos por demanda, capacidad, distribución, factor de potencia, impuestos u otros conceptos del contrato. Un cambio en el consumo de una bomba no reduce necesariamente la demanda facturable de la instalación; ese ahorro requiere que la intervención reduzca el máximo coincidente que se cobra.
Cómo usar la tarifa eléctrica en México
No existe una tarifa industrial única que sirva para todo México. Confirme en la factura la categoría, tensión de suministro, región y periodo facturado. Por ejemplo, CFE publica GDMTH para servicios en media tensión con demanda igual o mayor a 100 kW y GDMTO para demanda menor a 100 kW. En GDMTH, los periodos Base, Intermedia y Punta dependen de la región y temporada; las cuotas también se consultan por mes. Use la tarifa GDMTH de CFE o la tarifa GDMTO solo si corresponde al contrato de la planta.
Para una bomba que opera bajo una tarifa horaria, distribuya sus horas de operación entre los periodos definidos en la factura y calcule cada tramo con su precio vigente. No suponga un horario Punta nacional fijo ni use una tarifa genérica como si fuera una cotización de CFE. Si la planta tiene otro suministrador o contrato, use sus condiciones reales.
El factor de potencia y la demanda máxima pertenecen al análisis del suministro de la planta. No asigne una penalización fija a una bomba individual sin revisar el nivel de tensión, el contrato, la factura y la contribución del equipo durante el máximo medido.
Ejemplo ilustrativo en unidades SI
Considere una bomba con caudal de 150 m³/h, TDH de 45 m, SG de 1.0, eficiencia de bomba de 78%, eficiencia de motor de 93%, sin VFD, y 8,000 horas de operación al año. Son supuestos ilustrativos, no datos medidos de una planta.
| Cálculo | Resultado aproximado |
|---|---|
| Potencia hidráulica | 150 × 45 × 1.0 / 367 = 18.39 kW (≈18.4 kW) |
| Potencia eléctrica estimada | 18.39 / (0.78 × 0.93) ≈ 25.35 kW (≈25.4 kW) |
| Energía anual | 25.35 × 8,000 ≈ 202,800 kWh/año |
| Costo de energía | 202,800 × tarifa aplicable en MXN/kWh |
El último renglón calcula solo el costo de energía bajo la tarifa indicada; no incluye demanda ni otros conceptos de la factura. Para comparar dos opciones, mantenga iguales caudal, TDH, fluido, horas y servicio requerido. Cambie solo las variables que la reparación, el control o la nueva selección realmente modificarían.
Cómo comparar escenarios sin prometer un ahorro fijo
Presente para cada escenario el punto de operación, kW de entrada, horas, kWh, precio de energía y supuestos. Una eficiencia más alta no prueba por sí sola un ahorro de factura si la bomba también entrega menos caudal o carga, o si las horas y el régimen de operación cambian.
Un VFD puede reducir el consumo cuando la demanda del proceso varía y el nuevo punto de operación satisface el sistema. Calcule la curva del sistema, incluya pérdidas del variador y del motor, y revise límites de velocidad, caudal mínimo y NPSH. En sistemas con carga estática, no convierta la ley de afinidad cúbica en un porcentaje de ahorro garantizado.
En bombas desgastadas, compare datos de operación antes y después de reparar y use la holgura indicada por el fabricante. El desgaste de anillos es una posible causa de pérdida de eficiencia, no una prueba única de que convenga reemplazar la bomba completa.
Cuándo usar mediciones reales
Use mediciones reales cuando el cálculo vaya a respaldar una reparación, compra, cambio de impulsor o inversión energética. Registre kW o kWh, caudal, presión de succión y descarga, velocidad, horas y condición del fluido durante el mismo periodo; anote también si operaban el VFD, las válvulas o bombas en paralelo.
La guía para medir el consumo eléctrico real de una bomba desarrolla métodos, seguridad y consumo específico. La medición ayuda a distinguir una pérdida de la bomba de un cambio de proceso o del sistema.
Errores frecuentes de unidades, eficiencia y tarifa
- Mezclar GPM con metros, pies con m³/h, o hp con kW sin convertir unidades.
- Usar potencia nominal de placa como si fuera la potencia eléctrica medida.
- Aplicar eficiencia de catálogo a un caudal distinto sin revisar la curva correspondiente.
- Calcular TDH solo con una lectura de presión y omitir elevación u otras condiciones relevantes.
- Usar una tarifa plana cuando el contrato separa energía por periodo u otros cargos.
- Multiplicar un ahorro anual por 15 años sin declarar que horas, tarifa y condiciones se mantienen constantes; ese resultado tampoco considera descuento ni variación futura de precios.
Calculadora y siguiente paso
Puede iniciar el cálculo con la calculadora Pump Power. Conserve los datos de entrada y valide las unidades, la curva aplicable y la tarifa antes de usar el resultado para una decisión de compra.
Para una comparación de reparación o reemplazo, reúna el modelo y placa de la bomba, caudal, TDH, fluido y temperatura, potencia medida, horas y factura aplicable. La guía MRO de Goulds 3196 y Durco Mark III explica cómo distinguir una refacción, un conjunto wet-end o una bomba completa; la compatibilidad final requiere verificar la configuración instalada.
