Calculadora de leyes de afinidad de bombas y ventiladores: caudal, carga y potencia
Calcula el nuevo caudal, la carga y la potencia de una bomba o ventilador al cambiar la velocidad o recortar el impulsor, las rpm para un caudal objetivo y el ahorro con un variador.
Cómo funciona
Q₂ = Q₁ × (N₂ ÷ N₁) · H₂ = H₁ × (N₂ ÷ N₁)² · P₂ = P₁ × (N₂ ÷ N₁)³ · Las mismas relaciones valen, de forma aproximada, para el diámetro del impulsor D₂ ÷ D₁ a velocidad constante (al recortar, la carga ∝ D^2–2.5)
En una bomba centrífuga o un ventilador, cambiar la velocidad escala toda la curva de desempeño de forma predecible: el caudal cambia con la velocidad, la carga con la velocidad al cuadrado y la potencia con la velocidad al cubo. Las mismas relaciones valen aproximadamente al recortar el impulsor a velocidad constante, que es como los fabricantes ajustan una bomba de catálogo a cada trabajo. Estas leyes explican por qué los variadores de frecuencia son tan atractivos: al 80% de velocidad tienes 80% del caudal con 51% de la potencia. Como son proporciones, funcionan con cualquier unidad siempre que no la cambies (L/min o m³/h, m o psi, kW o HP). Su límite es que mueven el punto de operación por una línea de eficiencia constante y suponen que el sistema es pura fricción; cuando domina la carga estática, el punto real está donde la curva escalada de la bomba cruza la curva del sistema, y la eficiencia baja al alejarse del punto de mejor eficiencia.
Ejemplo resuelto
Luis tiene una bomba que da 300 L/min a 40 m de carga con 5.5 kW a 3,500 rpm, y con un variador la baja a 2,900 rpm (relación 0.829). El nuevo punto es 300 × 0.829 ≈ 248.6 L/min a 40 × 0.829² ≈ 27.5 m, con 5.5 × 0.829³ ≈ 3.13 kW: ahorra 2.37 kW, un 43%. El motor trabajaría a 49.7 Hz si es de 60 Hz. Para dar justo 240 L/min necesitaría 3,500 × 240 ÷ 300 = 2,800 rpm (48 Hz en un motor de 60 Hz), con 25.6 m de carga y 2.82 kW.
Preguntas frecuentes
¿Por qué mi bomba perdió más caudal del que predice la ley al bajarle la velocidad?
Porque el sistema tiene carga estática: al bajar la velocidad la curva de la bomba baja, pero la carga estática no, así que el punto de operación se corre hacia la izquierda más rápido de lo que indica la ley de afinidad. Grafica las dos curvas para verlo.
¿Las leyes de afinidad sirven para bombas de desplazamiento positivo?
Solo la del caudal (el caudal es proporcional a la velocidad). La presión la impone el sistema, y la potencia es proporcional a la velocidad por la presión, no a la velocidad al cubo.
¿Cuánta energía ahorro si bajo la velocidad de una bomba un 20%?
Con la ley del cubo, al 80% de velocidad la potencia queda en 0.8³ = 51.2%, casi la mitad. En la práctica el ahorro es algo menor por las pérdidas del variador y la carga estática, pero sigue siendo muy grande.
Calculadoras relacionadas
Estimación hidráulica con fórmulas estándar y propiedades típicas del fluido (agua, salvo que se indique otra cosa); verifícala con las curvas de la bomba, los datos de la tubería y la norma aplicable antes de especificar equipos.