Qué estiman las leyes de afinidad
Las leyes de afinidad permiten estimar cómo se desplaza la curva de una bomba centrífuga cuando cambia su velocidad, bajo condiciones de similitud hidráulica, con el mismo diámetro de impulsor y con propiedades del líquido sin cambios relevantes. La tabla muestra proporciones teóricas entre puntos correspondientes respecto de una velocidad de referencia; no predice por sí sola el caudal real de la instalación ni el ahorro eléctrico, y la eficiencia puede variar entre esos puntos.
| Velocidad relativa | Caudal en la curva | Carga en la curva | Potencia al eje estimada |
|---|---|---|---|
| 100% | 100% | 100% | 100% |
| 90% | 90% | 81% | 73% |
| 80% | 80% | 64% | 51% |
| 70% | 70% | 49% | 34% |
| 60% | 60% | 36% | 22% |
Cómo leerla: son relaciones ideales entre puntos correspondientes de curvas de bomba. En planta, el punto de operación cambia según la intersección de la curva de la bomba con la curva del sistema. La potencia eléctrica también depende de la eficiencia de la bomba, el motor y el variador, así como del perfil de demanda y las horas de operación. Use la tabla como estimación inicial, no como garantía de desempeño o ahorro. Consulte las relaciones de velocidad y curvas de bomba del Hydraulic Institute.
Cómo revisar la curva de la bomba y la del sistema
La curva del sistema reúne la carga estática —asociada con la diferencia de elevación y presión entre el origen y el destino— y las pérdidas por fricción en tuberías, válvulas y equipos. La carga estática no desaparece cuando baja el caudal. Al cambiar la velocidad, la curva de la bomba se desplaza y el punto de operación vuelve a establecerse donde ambas curvas se cruzan.
Antes de definir los límites del variador, reúna la curva correspondiente al modelo, velocidad y diámetro de impulsor instalados; condiciones de succión y descarga; elevaciones o presiones de origen y destino; y caudales mínimo, normal y máximo del proceso. Evalúe varios niveles y configuraciones del sistema si cambian durante la operación. La guía del Hydraulic Institute sobre curvas combinadas de bomba y sistema explica por qué el punto de operación depende de ambas.
Compare los puntos calculados con la región preferida (POR), la región de operación permitida (AOR) y el caudal mínimo que correspondan a esa bomba y aplicación. Confirme esos límites con la curva y la documentación del fabricante; no convierta un porcentaje genérico de velocidad ni una estimación de altura de cierre en frecuencia mínima aprobada. ANSI/HI 9.6.3-2024 trata las regiones de operación; la región permitida depende del diseño y de los factores que el fabricante aplique a la bomba.
Revise también el margen de NPSH en cada condición de caudal y velocidad, junto con temperatura, viscosidad y presión de vapor del líquido. Una estimación a velocidad nominal no sustituye la comprobación del sistema en el rango previsto. Para conocer la aplicación de ASME B73.1, consulte el alcance publicado de la norma; cumplir con las dimensiones de esa familia no establece por sí solo el rango de velocidad admisible de cada conjunto.
Sello mecánico: confirme el plan de tubería y el lavado
Identifique el sello y el plan de tubería que realmente están instalados antes de evaluar el efecto de reducir la velocidad. Si la configuración es Plan 11, el líquido se recircula desde una región de mayor presión de la bomba hacia la cámara del sello a través de una restricción. Su función y caudal dependen del arreglo, las presiones, el orificio, el fluido y las condiciones del sello.
Para el rango de velocidad previsto, verifique la presión disponible entre la toma de descarga y la cámara del sello, la condición del orificio y la línea, el flujo o las temperaturas indicativas de circulación, y cualquier requisito del fabricante del sello. Una reducción de velocidad puede cambiar la presión diferencial disponible, pero no existe un umbral universal de frecuencia o presión aplicable a todos los Plan 11. Si el lavado no cumple los requisitos del sello, la modificación del plan debe especificarse con el proveedor del sello y el responsable del proceso. Consulte la descripción de Flowserve de los planes de tubería para sellos mecánicos.
Motor, rodamientos y límites mecánicos
En motores con ventilador montado en el eje, la capacidad de enfriamiento puede reducirse al operar a baja velocidad. Confirme la curva de carga térmica del motor en el rango de frecuencia y par requeridos, las condiciones ambientales y el método de enfriamiento. Si los datos disponibles no cubren la aplicación, solicite la evaluación del fabricante del motor y del variador antes de fijar límites de operación.
La salida PWM del variador puede introducir esfuerzos de tensión en el aislamiento y corrientes de modo común con efecto en los rodamientos. Revise la compatibilidad del motor, la longitud y el tendido de los cables, la puesta a tierra y las medidas indicadas por los fabricantes del motor y del variador. NEMA MG 1 Part 31 se refiere a motores polifásicos alimentados por variador; la selección de protección contra corrientes de rodamiento se debe basar en el diseño y la evaluación de la instalación, no en un límite universal de HP. Consulte también las consideraciones de ABB sobre motores operados con variadores.
Confirme con el fabricante de la bomba y del motor cualquier velocidad máxima, rango continuo permitido, condición de lubricación de los rodamientos y banda de resonancia. Si las mediciones muestran vibración elevada en una zona estrecha de velocidad, documente la respuesta del conjunto y determine con el fabricante o el responsable de análisis si corresponde configurar una frecuencia de salto. No use un margen porcentual genérico para reemplazar esa revisión.
Lista de verificación para la puesta en marcha
| Momento | Datos que conviene registrar | Qué confirmar |
|---|---|---|
| Antes de energizar | Modelo, número de serie, diámetro de impulsor, curva aplicable, motor, variador y configuración del sello. | Que las curvas, placas y documentos correspondan al equipo instalado y al fluido del proceso. |
| En cada condición estable acordada | Frecuencia y rpm, caudal, presión de succión y descarga, posición de válvulas, nivel o presión de los recipientes, corriente, temperaturas y vibración. | Que la lectura se tome con puntos de medición e instrumentos identificados y que la condición de proceso sea comparable. |
| En el sistema de sello | Plan instalado, presión de toma, condición de la línea/orificio, temperatura y flujo si se mide. | Que el lavado coincida con los requisitos del fabricante del sello para la condición de operación. |
| En controles y protecciones | Frecuencia mínima y máxima aprobadas, alarmas, disparos, pérdida de señal y respuesta ante bajo caudal o pérdida de succión. | Que límites y acciones procedan de los datos del equipo y de la lógica aprobada por la planta. |
Realice las pruebas dentro del rango aprobado y con el procedimiento de la planta. Registre las condiciones de proceso junto con cada lectura; una frecuencia aislada no permite comparar el comportamiento de la bomba si cambiaron el nivel, la presión requerida o la posición de válvulas. Para organizar los datos previos al arranque, consulte el checklist de puesta en marcha de una bomba ANSI.
Qué revisar si aparece un problema después de instalar el VFD
| Síntoma observado | Datos por comparar | Revisión siguiente |
|---|---|---|
| El caudal cae al reducir velocidad | Frecuencia/rpm, caudal, presiones, nivel del origen y destino, válvulas y curva del sistema. | Recalcular el punto de operación con las curvas aplicables y contrastarlo con el caudal mínimo requerido. |
| Aumenta la temperatura o fuga del sello | Plan instalado, presiones, flujo/temperatura de lavado, condición de orificio y fluido. | Verificar circulación y requisitos de la configuración real del sello antes de atribuir la falla a una sola causa. |
| Sube la temperatura del motor | Frecuencia, carga/par, corriente, temperatura ambiente, ventilación y ajustes del variador. | Comparar con la curva de capacidad térmica y las instrucciones del fabricante. |
| La vibración aumenta en un rango de velocidad | Velocidad, caudal, presión, dirección y ubicación de medición, vibración y condición mecánica. | Repetir mediciones comparables y evaluar resonancia, hidráulica, succión, alineación y soportes según corresponda. |
Referencias técnicas
- Hydraulic Institute: Pump Curves, relaciones de curvas y velocidad.
- Hydraulic Institute: Combined Pump & System Curves, punto de operación y componente estática del sistema.
- ANSI/HI 9.6.3-2024, Guideline for Operating Regions. Confirme los límites específicos que el fabricante establezca para cada bomba y aplicación.
- Flowserve: Mechanical Seal Piping Plans, descripción y consideraciones de Plan 11.
- ABB: Effects of variable speed drives to motors.
- NEMA MG 1 Part 31, alcance, motores polifásicos alimentados por variador.
- ASME B73.1, Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process.
