Bomba sumergible

Una bomba sumergible para pozo profundo es una bomba centrífuga multietapa: el agua pasa secuencialmente por varios rodetes (impellers) montados en un mismo eje, y cada etapa —rodete más difusor— suma una fracción de altura de elevación. La altura total que entrega la bomba es aproximadamente la altura por etapa multiplicada por el número de etapas, mientras que el caudal lo fija el diámetro y el diseño del rodete. Por eso, a igual caudal, una bomba que debe elevar agua 200 m lleva muchas más etapas que una para 40 m. Esta arquitectura multietapa es lo que distingue a la bomba de pozo de una bomba superficial común.

Conviene aclarar una confusión frecuente en el mercado chileno: la bomba sumergible y el motor sumergible son piezas físicamente distintas del mismo conjunto. La bomba (pump-end) es el cuerpo hidráulico de rodetes y difusores que impulsa el agua; el motor sumergible es la máquina eléctrica, llena de agua o aceite, que se acopla debajo de la bomba y la acciona. Ambos se unen por un acoplamiento estándar NEMA (4″, 6″, 8″, 10″), lo que permite combinar un pump-end con un motor de fabricantes distintos siempre que respeten las dimensiones NEMA; el acoplamiento transmite además el empuje axial de la bomba al cojinete de empuje del motor. Cruzat trabaja con equipos Franklin Electric, marca de referencia en motores y bombas sumergibles.

La selección no se hace por HP ni por precio, sino cruzando la curva H-Q de la bomba (altura vs caudal) con la altura dinámica total del sistema (TDH o HDT). La TDH se compone del nivel dinámico del pozo, la altura geométrica hasta el punto de descarga, las pérdidas por fricción en la cañería de impulsión y la presión residual requerida. La altura máxima de la bomba ocurre a caudal cero (shut-off, válvula cerrada) y el caudal máximo a altura mínima; el punto de operación es la intersección entre la curva de la bomba y la curva del sistema, y debe quedar dentro de la región de operación preferente (POR), del orden del 70-120 % del caudal de mejor eficiencia (BEP), idealmente con el caudal nominal de diseño en torno al 80-110 % del BEP. Sobredimensionar la bomba por seguridad es un error: la lleva a operar fuera de esa ventana, con vibración, recirculación y desgaste prematuro.

El criterio de diseño parte de la prueba de bombeo, que entrega el caudal sustentable y el nivel dinámico. Sobre ese nivel dinámico medido se proyecta el descenso futuro del acuífero antes de calcular la altura, y las pérdidas por fricción en la impulsión se estiman con un coeficiente de rugosidad conservador (de diseño, no de cañería nueva) para no subdimensionar. La bomba se elige con un margen de caudal-altura sobre la TDH requerida y el motor con un margen de potencia sobre la potencia absorbida, de modo que ninguno de los dos quede operando al límite. Si la TDH del sistema supera la altura máxima de la curva, la bomba no entrega agua y el motor gira en vacío, consumiendo energía y dañándose.

Dos condiciones físicas son críticas. Primero, la refrigeración del motor: debe haber agua circulando junto a él a velocidad suficiente. Franklin Electric, por ejemplo, especifica una velocidad mínima de flujo de aproximadamente 0,08 m/s (0,25 ft/s) para motores de 4″ de 3 HP o más en agua hasta unos 30 °C, y del orden de 0,15 m/s (0,5 ft/s) para motores de 6″ y 8″. Por eso la bomba se instala sobre el tramo de cañería ciega, no frente al screen ranurado, para que el agua suba a lo largo del motor; cuando el diámetro del pozo es muy holgado o la bomba queda frente al ranurado, se agrega una camisa de flujo (flow sleeve) que fuerza el agua por la carcasa. Segundo, la sumergencia: la columna de agua sobre la succión debe garantizar el NPSH disponible para evitar cavitación y vórtices que arrastren aire. El riesgo aparece cuando el nivel dinámico cae cerca de la succión, lo que refuerza por qué la cota de instalación se fija con margen bajo el nivel dinámico de diseño.