4 componentes del TDH que definen la potencia de tu bomba de pozo profundo

Qué es el TDH y por qué es el parámetro central del dimensionamiento

El TDH (Total Dynamic Head) es la altura manométrica total que una bomba debe vencer para que el sistema opere en las condiciones de diseño. Se expresa en metros de columna de agua (m.c.a.) y es el parámetro que, junto con el caudal, define el punto de operación en la curva de rendimiento de la bomba.

La fórmula general es:

TDH = H_nd + H_desc + H_f + H_p

Donde:

• H_nd = Nivel dinámico del agua (m)
• H_desc = Altura de descarga o diferencia de elevación (m)
• H_f = Pérdidas por fricción en tuberías y accesorios (m)
• H_p = Presión requerida en el punto de entrega (m)

Cada componente tiene una fuente de datos distinta y un método de cálculo específico.

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Los 4 componentes del TDH

1. Nivel dinámico del agua (H_nd)

El nivel dinámico es la profundidad a la que desciende el espejo del agua dentro del pozo cuando la bomba está en operación al caudal de diseño. No es la profundidad total del pozo ni el nivel estático (medido con la bomba apagada).

Durante el bombeo, el nivel del agua desciende por el efecto de la extracción. Ese descenso —llamado abatimiento— puede ser de 5 metros en un acuífero de alta productividad o de 30 metros en uno de baja permeabilidad. Usar el nivel estático en lugar del dinámico subestima el TDH y garantiza que la bomba trabaje fuera de su punto de diseño.

El nivel dinámico se obtiene con una prueba de bombeo ejecutada por un hidrogeólogo certificado. Para pozos en operación, se puede medir con una sonda de nivel durante una sesión de bombeo a caudal constante durante al menos dos horas.

Dato mínimo aceptable: Nivel dinámico al caudal de diseño, en metros desde la superficie.

2. Altura de descarga — diferencia de elevación (H_desc)

Es la diferencia de elevación entre el punto de descarga del pozo (generalmente el cabezal) y el punto más alto del sistema al que se debe llevar el agua: un tanque elevado, una torre de enfriamiento, una cámara de proceso o la entrada a una red de distribución.

Si el punto de entrega está a la misma elevación que el cabezal del pozo, este componente es cero. Si el proceso requiere subir el agua 20 metros desde el nivel del cabezal, ese valor se suma al TDH.

Advertencia frecuente: En plantas industriales con múltiples niveles, es común calcular solo la diferencia entre el piso de planta y el punto de uso, omitiendo que el cabezal del pozo puede estar varios metros por debajo del nivel del piso terminado.

3. Pérdidas por fricción en tuberías y accesorios (H_f)

La fricción entre el agua en movimiento y las paredes internas de la tubería consume energía. Esa energía perdida se expresa en metros de columna de agua y debe ser vencida por la bomba. Las pérdidas aumentan con la velocidad del flujo, la longitud de la tubería, la rugosidad interna del material y el número de accesorios (codos, válvulas, tees).

El método estándar de cálculo es la ecuación de Hazen-Williams, utilizada para agua limpia a temperatura ambiente:

hf = (10.67 × L × Q^1.852) / (C^1.852 × D^4.87)

Donde:

• hf = pérdida por fricción (m)
• L = longitud equivalente de tubería (m)
• Q = caudal (m³/s)
• C = coeficiente de rugosidad Hazen-Williams
• D = diámetro interior de la tubería (m)

Coeficientes de rugosidad C más utilizados en instalaciones industriales mexicanas:

Pérdidas por accesorios: Los codos, válvulas, tees y reducciones no tienen longitud física pero generan fricción equivalente a un tramo de tubería. El método práctico es calcular una longitud equivalente para cada accesorio y sumarla a la longitud real de tubería antes de aplicar la ecuación.

Como referencia conservadora para sistemas industriales estándar: los accesorios suman entre el 20 y el 40% de la longitud real de tubería en instalaciones con trazado directo. En sistemas con múltiples cambios de dirección o válvulas de control, ese porcentaje puede superar el 60%.

Tabla de pérdidas por fricción de referencia rápida — tubería de acero galvanizado (C = 120):

Valores calculados con Hazen-Williams, C = 120, agua a 20 °C.

4. Presión requerida en el punto de entrega (H_p)

Muchos sistemas industriales no solo necesitan que el agua llegue a un punto: necesitan que llegue con una presión mínima para alimentar un proceso, llenar un tanque a presión o mantener el caudal en una red de distribución con demanda variable.

Esa presión se convierte a metros de columna de agua para integrarla al TDH:

H_p (m) = Presión requerida (bar) × 10.2

Ejemplos comunes en planta industrial:

• Alimentación a tanque atmosférico abierto: H_p = 0 (solo se requiere que el agua llegue)
• Alimentación a red de proceso con 2 bar de presión mínima: H_p = 2 × 10.2 = 20.4 m
• Alimentación a sistema de aspersión con 3.5 bar: H_p = 3.5 × 10.2 = 35.7 m

Omitir este componente en sistemas presurizados es el segundo error más frecuente después de usar el nivel estático en lugar del dinámico.

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Cómo convertir el TDH calculado a potencia de motor

Con el TDH y el caudal de diseño definidos, la potencia del motor se calcula con la siguiente fórmula:

P (HP) = (Q [L/s] × TDH [m]) / (76 × η_bomba × η_motor)

Donde:

• Q = caudal de operación en litros por segundo
• TDH = altura manométrica total en metros
• η_bomba = eficiencia hidráulica de la bomba (valor típico: 0.65 – 0.78)
• η_motor = eficiencia del motor eléctrico (valor típico: 0.88 – 0.93 para motores sumergibles industriales)

Factor de altitud: En instalaciones sobre los 1,500 metros sobre el nivel del mar, multiplica la potencia calculada por el siguiente factor antes de seleccionar el motor estándar:

El resultado de la fórmula es la potencia mínima requerida en el eje del motor. Selecciona siempre el motor estándar inmediatamente superior a ese valor, nunca el inmediatamente inferior. Las potencias estándar de motores sumergibles en México son: 5, 7.5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75 y 100 HP.

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Ejemplo de cálculo completo: planta procesadora en Querétaro

Datos del sistema:

Una planta procesadora de alimentos en Querétaro requiere equipar un pozo profundo para suministro de agua de proceso. El pozo y las condiciones del sistema son:

• Profundidad total del pozo: 90 metros
• Nivel estático del agua: 52 metros desde superficie
• Nivel dinámico al caudal de diseño (prueba de bombeo): 68 metros
• Caudal de diseño: 12 L/s (43.2 m³/h)
• Diferencia de elevación entre cabezal del pozo y tanque receptor: 15 metros
• Tubería de descarga: acero galvanizado DN80 (3"), longitud real 170 m
• Accesorios equivalentes (30% sobre longitud real): 170 × 1.30 = 220 m de longitud equivalente
• Presión mínima requerida en entrada al tanque: 1.5 bar
• Altitud de la planta: 1,820 MSNM

Paso 1: Nivel dinámico

H_nd = 68 m

Paso 2: Altura de descarga

H_desc = 15 m

Paso 3: Pérdidas por fricción

De la tabla: DN80 a 8 L/s = 4.4 m/100m. Para 12 L/s, se aplica la ecuación de Hazen-Williams (C = 120, D = 0.080 m):

hf = (10.67 × 220 × 0.012^1.852) / (120^1.852 × 0.080^4.87)
hf = (10.67 × 220 × 2.77 × 10⁻⁴) / (7,078 × 4.54 × 10⁻⁶)
hf = 0.650 / 0.0321 = 20.2 m

H_f = 20 m (redondeado conservadoramente)

Paso 4: Presión en punto de entrega

H_p = 1.5 bar × 10.2 = 15.3 m ≈ 15 m

TDH total:

TDH = 68 + 15 + 20 + 15 = 118 m

Paso 5: Potencia del motor

Con η_bomba = 0.72 y η_motor = 0.90:

P = (12 × 118) / (76 × 0.72 × 0.90)
P = 1,416 / 49.2
P = 28.8 HP

Paso 6: Corrección por altitud

Altitud 1,820 MSNM → factor 1.10:

P_corregida = 28.8 × 1.10 = 31.7 HP

Motor seleccionado: 40 HP (potencia estándar inmediatamente superior a 31.7 HP).

Si el ingeniero de proyecto hubiera usado el nivel estático (52 m) en lugar del dinámico (68 m) y hubiera omitido la presión de entrega, el TDH calculado habría sido 52 + 15 + 20 = 87 m. La potencia resultante sería 21.2 HP, corregida a 23.3 HP → motor de 25 HP. Un motor de 25 HP operando en un sistema que exige 40 HP trabaja en sobrecarga permanente desde el primer día.

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Caso práctico: corrección de TDH en planta química, Tamaulipas

Un ingeniero de proceso de una planta química en Altamira contactó a BAMSA después de que su bomba sumergible de 25 HP perdiera caudal de forma progresiva en los primeros seis meses de operación. El equipo había sido seleccionado por el proveedor original con un TDH estimado de 85 metros.

BAMSA realizó el cálculo detallado del sistema con los datos reales:

El TDH real era un 60% mayor al calculado por el proveedor original. El motor de 25 HP estaba operando al 140% de su carga nominal, lo que explicaba el calentamiento progresivo y la caída de caudal.

Especificación BAMSA: Bomba sumergible en acero inoxidable 316L (el análisis de agua indicó 210 mg/L de cloruros, compatible con el acuífero costero de Tamaulipas), motor de 40 HP 440V trifásico con protección térmica integrada, recalculado para TDH = 117 m y Q = 8 L/s.

Resultado: El sistema lleva 19 meses operando sin intervenciones correctivas. El consumo energético mensual bajó 18% respecto al equipo anterior, que trabajaba en sobrecarga permanente.

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Checklist de cálculo de TDH para bombas de pozo profundo

Antes de calcular, confirma que tienes estos datos:

1. Nivel dinámico del agua al caudal de diseño (no el nivel estático)
2. Caudal de diseño en L/s o m³/h
3. Diferencia de elevación entre cabezal del pozo y punto de entrega más alto (m)
4. Longitud real de tubería de descarga (m) y diámetro nominal con espesor de pared
5. Material de la tubería y edad aproximada de instalación (para seleccionar coeficiente C)
6. Inventario de accesorios: número de codos 90°, válvulas, tees, reducciones
7. Presión mínima requerida en el punto de entrega (bar)
8. Altitud de la instalación (MSNM) para aplicar factor de corrección al motor

Si algún dato no está disponible, identifícalo antes de calcular. Un TDH basado en estimaciones parciales es más peligroso que no tener cálculo, porque genera una falsa confianza en un número incorrecto.

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Conclusión

El TDH no es un parámetro que se estima: se calcula con cuatro datos medibles y verificables. Nivel dinámico, diferencia de elevación, pérdidas por fricción y presión de entrega. Omitir cualquiera de los cuatro o sustituir datos reales por estimaciones produce un dimensionamiento incorrecto que se manifiesta en los primeros meses de operación.

En aplicaciones industriales donde el costo de un paro de producción supera en horas el costo total del equipo, la calidad del cálculo de TDH es una decisión de gestión de riesgo, no solo de ingeniería.

En BAMSA validamos el cálculo de TDH de cada proyecto antes de emitir una propuesta. Si tienes los datos de tu sistema y necesitas verificar el dimensionamiento, contacta a nuestro equipo técnico o inicia el proceso en nuestra cotizadora interactiva.

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