Calculadora de leyes de afinidad de bombas

Calcule cómo los cambios en la velocidad de la bomba o el diámetro del impulsor afectan el caudal, la carga y la potencia usando las leyes de afinidad de bombas.

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Cómo funciona

Las leyes de afinidad de bombas (también conocidas como leyes de los ventiladores o leyes de semejanza) describen la relación matemática entre la velocidad de la bomba, el diámetro del impulsor, el caudal, la carga y la potencia. Estas leyes permiten a los ingenieros predecir cómo se comportará una bomba cuando cambian las condiciones de operación.

Las tres leyes de afinidad

Las leyes de afinidad relacionan el cambio de velocidad (N) o de diámetro del impulsor (D) con el caudal (Q), la carga (H) y la potencia (P):

Primera ley — Caudal:

Q₂ / Q₁ = N₂ / N₁ (o D₂ / D₁)

Segunda ley — Carga:

H₂ / H₁ = (N₂ / N₁)² (o (D₂ / D₁)²)

Tercera ley — Potencia:

P₂ / P₁ = (N₂ / N₁)³ (o (D₂ / D₁)³)

Estas relaciones suponen que la eficiencia de la bomba permanece aproximadamente constante durante el cambio de las condiciones de operación.

Cuándo usar las leyes de afinidad

Las leyes de afinidad se aplican comúnmente en los siguientes casos:

  • • Control de velocidad con VFD: Predecir el rendimiento de la bomba a diferentes velocidades del motor al usar un variador de frecuencia (VFD) para ajustarse a la demanda del sistema y ahorrar energía.
  • • Recorte del impulsor: Estimar el efecto de reducir el diámetro del impulsor para ajustar una bomba a los requisitos del sistema sin reemplazar la bomba completa.
  • • Auditorías energéticas: Calcular el ahorro de energía potencial al reducir la velocidad de la bomba en lugar de estrangular el caudal con válvulas.
  • • Diseño del sistema: Dimensionar bombas para diferentes puntos de operación en la curva del sistema.

Limitaciones

Las leyes de afinidad tienen limitaciones importantes que se deben tener en cuenta:

  • • Solo son válidas para condiciones geométricamente similares y la misma bomba.
  • • La precisión disminuye para cambios de velocidad o diámetro mayores a aproximadamente 20–25%.
  • • Suponen que la eficiencia de la bomba permanece constante, lo cual es una aproximación.
  • • No consideran los cambios en la viscosidad ni en la densidad del fluido.
  • • Las leyes de recorte del impulsor son menos precisas que las leyes de cambio de velocidad, especialmente para grandes reducciones de diámetro.
  • • Se aplican a bombas centrífugas que operan lejos de las condiciones de cierre y de descarga libre.

Preguntas frecuentes

Aquí encontrará las respuestas a las preguntas frecuentes sobre las leyes de afinidad de bombas.

Preguntas frecuentes

¿Qué son las leyes de afinidad de bombas?

Las leyes de afinidad de bombas son un conjunto de tres relaciones matemáticas que describen cómo los cambios en la velocidad de la bomba o el diámetro del impulsor afectan el caudal, la carga y la potencia. El caudal varía linealmente con la relación, la carga varía con el cuadrado de la relación y la potencia varía con el cubo de la relación. Estas leyes se derivan del análisis dimensional y son fundamentales en la ingeniería de bombas centrífugas.

¿Cómo usan los VFD las leyes de afinidad para ahorrar energía?

Los variadores de frecuencia (VFD) ajustan la velocidad del motor para adecuar la salida de la bomba a la demanda del sistema. Debido a que la potencia varía con el cubo de la velocidad, incluso una pequeña reducción de velocidad genera un ahorro de energía significativo. Por ejemplo, reducir la velocidad de la bomba en un 20% disminuye el consumo de potencia en aproximadamente un 49%. Esto es mucho más eficiente que estrangular con una válvula, que desperdicia energía como caída de presión.

¿En qué se diferencia el recorte del impulsor del cambio de velocidad?

Aunque ambos métodos usan las mismas ecuaciones de las leyes de afinidad, el recorte del impulsor es una modificación física permanente que reduce el diámetro exterior del impulsor. El cambio de velocidad mediante un VFD es ajustable y reversible. Las leyes de afinidad para el recorte del impulsor son un poco menos precisas porque reducir el diámetro cambia la geometría del impulsor, y pueden necesitarse correcciones para recortes grandes que superen el 10-15% del diámetro original.

¿Qué ahorro de energía puedo esperar al reducir la velocidad de la bomba?

El ahorro de energía sigue la ley del cubo. Una reducción de velocidad del 10% ahorra aproximadamente un 27% de potencia. Una reducción del 20% ahorra aproximadamente un 49% de potencia. Una reducción del 50% ahorra aproximadamente un 87.5% de potencia. Sin embargo, la bomba debe seguir cumpliendo los requisitos mínimos de caudal y carga del sistema. El ahorro real depende de la curva del sistema y del punto de operación de la bomba.

¿Cuáles son las limitaciones de las leyes de afinidad?

Las leyes de afinidad suponen condiciones geométricamente similares y eficiencia constante, lo cual es una aproximación. Se vuelven menos precisas para cambios de velocidad o diámetro que superen el 20-25%. No consideran los efectos de la viscosidad, la cavitación ni la operación cerca de las condiciones de cierre o de descarga libre de la bomba. Para aplicaciones críticas, deben usarse las curvas de bomba del fabricante a diferentes velocidades para una predicción de rendimiento más precisa.

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