Qué se validó
Se auditaron las calculadoras públicas de SEMHYS en su versión en vivo, más los motores server-side de HYDRA Web (golpe de ariete, bomba sumergible y bomba contra incendio):
- Calculadora de bombas — punto de operación, altura dinámica total (TDH), NPSH disponible, velocidad y potencia.
- Diámetro económico de tubería — diámetro óptimo, velocidad, pérdidas por fricción y costo.
- Ahorro energético / VFD — consumo en kWh, ahorro anual, CO₂ evitado y retorno de inversión.
- Golpe de ariete (transitorios) — motor server-side de HYDRA Web: celeridad de onda (Korteweg), tiempo crítico 2L/a, sobrepresión de Joukowsky y Michaud, envolvente de presión.
- Bomba sumergible de pozo — motor server-side de HYDRA Web: nivel dinámico y TDH, potencia/motor, dimensionado de cable por caída de tensión (NEC Cap. 9 / IEC 60228) + ampacidad, refrigeración del motor y sumergencia.
- Bomba contra incendio (NFPA 20) — motor server-side de HYDRA Web: verificación de curva (churn ≤140%, ≥65% a 150% del caudal), coherencia, succión, jockey, cabezal de prueba y potencia del driver.
El objetivo: un informe de exactitud defendible, con criterios de ingeniería y fuentes independientes, antes de recomendar públicamente estas herramientas.
Metodología — tres verificaciones independientes
Ninguna comprobación usó nuestras propias hojas de cálculo (sería un razonamiento circular). Cada resultado se contrastó contra tres fuentes independientes entre sí:
Criterio de aceptación por tolerancia de ingeniería: APROBADO ≤ 5 %, REVISAR 5–10 %, RECHAZADO > 10 %. Se cubrieron casos extremos: caudales muy bajos y muy altos, altitudes de 0 a 3800 msnm, agua caliente hasta 80 °C, tramos largos, bombeo continuo vs intermitente y perfiles de carga parcial.
Resultados
| Calculadora | Verificaciones | Desviación media | Desviación máxima | Resultado |
|---|---|---|---|---|
| Bombas | 54 | 0.12 % | 1.74 % | 100 % aprobado |
| Diámetro económico | 24 | 0.00 % | 0.00 % | 100 % aprobado |
| Ahorro energético | 23 | 0.00 % | 0.00 % | 100 % aprobado |
| Golpe de ariete (HYDRA Web) | 9 | 0.12 % | 0.71 % | 100 % aprobado |
| Bomba sumergible (HYDRA Web) | 14 | 0.32 % | 2.22 % | 100 % aprobado |
| Bomba contra incendio NFPA 20 (HYDRA Web) | 28 | 0.01 % | 0.06 % | 100 % aprobado |
| Global | 152 | < 0.2 % | 2.22 % | 100 % aprobado |
Diámetro económico — es la norma RAS 2000, al pie de la letra
La fórmula de diámetro económico de la calculadora coincide carácter por carácter con la Ecuación B.8.5 del RAS 2000 (Título B), incluidos el coeficiente y el exponente. La desviación fue del 0.00 % en todos los casos.
Ahorro energético — reproduce casos reales del US DOE
La calculadora reproduce casos publicados del Departamento de Energía de EE. UU. dentro del redondeo: por ejemplo, un caso de bombeo de agua con variador arroja 58,400 kWh/año de ahorro y un retorno de 5.1 años, igual que la fuente. Las leyes de afinidad que respaldan el ahorro con variadores se tomaron verbatim de las guías del US DOE.
Bombas — física verificada y precisa a gran altitud
Presión atmosférica, presión de vapor, NPSH, fricción, potencia y punto de operación quedaron dentro del 1.74 % frente a las referencias independientes. La presión atmosférica usa la fórmula barométrica de la atmósfera estándar, exacta incluso en ciudades andinas de gran altitud (Bogotá, Quito, La Paz). En un caso publicado de agua a 80 °C, la cabeza de presión de vapor coincide de forma exacta con la referencia.
Golpe de ariete — celeridad y sobrepresión verificadas contra la teoría y un caso real
El motor de transitorios de HYDRA Web se contrastó con oráculos independientes (una reimplementación limpia de la celeridad de Korteweg y de Joukowsky, sin compartir código con el motor), con valores de literatura (Wylie & Streeter, Hydraulic Institute, AWWA M11) y con un caso de campo real de nuestro toolkit maestro. La celeridad en acero (D/e=100) coincide al 0.01 %, la sobrepresión de Joukowsky (ρ·a·V) al 0.01 %, y el caso de campo (PVC RDE21) al 0.71 %. Todas las 9 verificaciones quedaron dentro de la tolerancia de ≤5 %.
Bomba sumergible — cable y refrigeración verificados de forma independiente
El motor de bomba sumergible de HYDRA Web se contrastó con oráculos independientes: la caída de tensión se recalculó por el método K/circular-mils del NEC (una formulación distinta de las tablas de resistencia Ω/km del motor) con desviación de 2.22 %; las áreas de conductor (AWG↔mm²) coinciden con los valores publicados; la velocidad de refrigeración del motor se verificó como caudal sobre el área anular (entubado−motor); y el balance de energía del TDH cerró al 0.00 %. Se comprobó además que el cable elegido cumple caída ≤ objetivo y ampacidad ≥1.25·I, y que el motor cubre la potencia al freno. 14/14 verificaciones dentro de tolerancia. El alcance eléctrico llega a cable y ampacidad; la selección de protecciones corresponde a un ingeniero licenciado.
Bomba contra incendio — verificación NFPA 20 contra los límites de la norma
Se contrastó con oráculos independientes de los criterios públicos de NFPA 20: la presión a caudal cero (churn) frente al límite del 140 % y la presión a 150 % del caudal frente al mínimo del 65 %, verificando el comportamiento exacto en los límites (140,0 % pasa, 140,4 % falla; 65 % pasa, 64 % falla). Se ancló contra los límites de una ficha de bomba listada real (140 % del shutoff = 351,4 psi; 65 % a 150 % = 163,1 psi), con coincidencia al 0,06 %, más el dimensionado del cabezal de prueba, la potencia pico, la fricción de succión a 150 % (Hazen-Williams, que ajusta el semáforo de succión según el tipo de bomba), el chequeo de reducciones (excéntrica en succión / concéntrica en descarga) y el selector de arranque informativo, la capa de plausibilidad (entradas absurdas no muestran verde: p.ej. 38 salidas de cabezal, motor sobredimensionado, succión subdimensionada, caudal fuera del rango listado 25–5000 gpm) y el dictamen general (CUMPLE / NO CUMPLE / CUMPLE CON OBSERVACIONES). 28/28 verificaciones. El usuario ingresa los puntos de su propia bomba; nunca se incrusta una curva de fabricante. El diseño y la aceptación los sella un ingeniero licenciado y los aprueba la AHJ.
Fuentes de referencia
- Hydraulic Institute — estándares ANSI/HI y publicaciones de Pumps & Systems.
- Wylie & Streeter — Fluid Transients in Systems; AWWA M11 — Steel Pipe Design (golpe de ariete).
- NEC (NFPA 70) Cap. 9, Tablas 8–9 — resistencia de conductores; IEC 60228 — conductores; práctica de motores sumergibles (bombas de pozo).
- NFPA 20 — Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection (curva de aceptación 140%/65%, cabezal de prueba).
- US DOE — Improving Pumping System Performance y hojas técnicas de bombeo y variadores.
- RAS 2000 — Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (Colombia), Título B.
- R. Mott — Applied Fluid Mechanics (ejemplos resueltos de NPSH).
- Formulación IAPWS-97 para las propiedades del agua; atmósfera estándar internacional (ISA).
- Librerías de ingeniería de código abierto revisadas por pares (fluids, iapws) para la recomputación independiente.
Buen uso y límites honestos
Estas son herramientas de estimación preliminar. Para un uso correcto:
- Bombas: el NPSH mostrado es de referencia (succión inundada); ingresa la altura y las pérdidas de succión para el valor real de tu instalación. La fricción usa Hazen-Williams (estándar en agua), conservador frente a Darcy-Weisbach a alta velocidad. La selección final debe validarse contra la curva certificada del fabricante.
- Diámetro: el diámetro nominal se toma como interno; para una cédula o RDE específica, verifica el diámetro interno real.
- Energía: el resultado es exacto para las potencias que ingresas; idealmente úsalas medidas en campo. La ley de afinidad (potencia ∝ velocidad³) solo aplica a sistemas de baja altura estática.