Cómo aplicar las leyes de afinidad en bombas ANSI

Cuando buscas ajustar el desempeño de una bomba ANSI sin reemplazarla, una herramienta poderosa que tienes a tu favor son las leyes de afinidad. Estas leyes te permiten estimar cómo cambiarán el caudal, la presión y la potencia cuando modificas la velocidad de giro o el diámetro del impulsor. Aplicarlas correctamente te ayuda a optimizar la curva hidráulica, reducir el consumo energético y extender la vida útil del equipo.

1. Principio de las leyes de afinidad

Las leyes de afinidad describen la relación matemática entre velocidad (N), caudal (Q), altura o presión (H) y potencia (P) de una bomba centrífuga, manteniendo la geometría del impulsor constante:

• Caudal (Q) ∝ Velocidad (N)
• Altura (H) ∝ (Velocidad)² (N²)
• Potencia (P) ∝ (Velocidad)³ (N³)

Esto significa que si aumentas la velocidad un 10 %, el caudal aumentará un 10 %, la presión un 21 % y la potencia un 33 %.
Por ello, cuando ajustas la frecuencia de un motor mediante un variador (VFD), es vital verificar la potencia absorbida para evitar sobrecargar el motor.

2. Aplicación práctica al variar la velocidad

En plantas industriales, especialmente en ingenios azucareros, plantas de tratamiento o evaporadores, los cambios de velocidad permiten adaptar la bomba a la demanda del proceso.
Por ejemplo, si operas una bomba ANSI diseñada para 1,750 rpm a una velocidad de 1,400 rpm:

• Q₂ = Q₁ × (N₂ / N₁)
• H₂ = H₁ × (N₂ / N₁)²
• P₂ = P₁ × (N₂ / N₁)³

Supongamos que la bomba entrega 300 m³/h a 50 m de carga a 1,750 rpm. Si reduces a 1,400 rpm:

Q₂ = 300 × (1,400 / 1,750) = 240 m³/h

H₂ = 50 × (1,400 / 1,750)² = 32 m

P₂ ≈ 0.52 × P₁

Así, puedes reducir la potencia casi a la mitad, con un descenso proporcional del caudal, lo cual resulta muy útil en procesos estacionales o variables.

3. Ajuste del rendimiento mediante el diámetro del impulsor

Otra forma de aplicar las leyes de afinidad es modificando el diámetro del impulsor (D).
La relación se expresa como:

• Q₂ = Q₁ × (D₂ / D₁)
• H₂ = H₁ × (D₂ / D₁)²
• P₂ = P₁ × (D₂ / D₁)³

Si reduces el diámetro del impulsor de 250 mm a 230 mm (un 8 % menos), la carga caerá cerca de un 15 % y el caudal un 8 %.
Este método se utiliza comúnmente para ajustar bombas ANSI a nuevas condiciones sin modificar la instalación, evitando el uso de válvulas estranguladoras que desperdician energía.

4. Límites y precauciones

Aunque las leyes de afinidad son muy útiles, debes tener en cuenta algunos límites:

• No se aplican exactamente igual si el cambio de velocidad o diámetro supera el ±15 % del punto original.
• Las pérdidas internas y el NPSHr cambian con la velocidad, por lo que debes revisar el margen de NPSHa disponible.
• A velocidades bajas, puede haber inestabilidad hidráulica o pérdida de eficiencia.
• Verifica siempre que la curva del motor y del sistema se crucen en un punto estable y seguro.

5. Aplicaciones típicas

En ingenios azucareros, puedes reducir velocidad durante periodos de baja molienda para ahorrar energía sin afectar la operación.

En plantas de tratamiento de agua, los VFD permiten ajustar el caudal en función de la demanda del sistema.

En evaporadores y procesos térmicos, pequeñas variaciones en el caudal pueden optimizar la transferencia de calor y evitar cavitación.

¿Buscas optimizar el rendimiento de tus bombas ANSI mediante ajuste de velocidad o impulsor?

En Bombas y Procesos te ayudamos a aplicar las leyes de afinidad para mejorar eficiencia, reducir consumo y extender la vida útil de tus equipos.
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