Leis de afinidade de bombas e variação de velocidade

Visão Geral

As leis de afinidade de bombas descrevem como a vazão, altura e potência mudam quando a velocidade rotacional ou o diâmetro do impelidor de uma bomba centrífuga é variado. Elas são fundamentais para a seleção de bombas, dimensionamento de acionamentos de velocidade variável e previsão de desempenho fora do projeto.

Existem dois conjuntos de leis de afinidade: um para uma bomba específica quando a velocidade rotacional muda, e outro para uma família de bombas geometricamente semelhantes quando o diâmetro do impelidor muda.

Fórmulas Principais

Variação de Velocidade

Quando apenas a velocidade rotacional muda (diâmetro do impelidor mantido constante):

$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}$

$\frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2$

$\frac{P_2}{P_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3$

$\frac{NPSH_{a2}}{NPSH_{a1}} \approx \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2$

Variação de Diâmetro do Impelidor

Quando apenas o diâmetro do impelidor muda (velocidade mantida constante):

$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{D_2}{D_1}$

$\frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{D_2}{D_1}\right)^2$

$\frac{P_2}{P_1} = \left(\frac{D_2}{D_1}\right)^3$

Potência Hidráulica

$P = \frac{Q \cdot H \cdot \rho \cdot g}{\eta}$

NPSH Disponível

$NPSH_a = \frac{P_s}{\rho g} + \frac{v_s^2}{2g} - \frac{P_v}{\rho g}$

Variáveis

Referência de Variação de Velocidade

Calculadora de Mudança de Velocidade

Calculadora de Variação do Diâmetro do Impulsor

Conversor de Unidades

Curvas de Afinidade Interativas

Tabelas da Fonte Original Restauradas

As seguintes tabelas são restauradas da página da fonte original para preservar os dados de referência completos.

Imagens da Fonte Original

As seguintes imagens da fonte original são preservadas para evitar a perda de material de referência visual. Quando uma imagem contém gráficos ou dados tabulares, seus valores extraídos são representados nas tabelas, calculadoras ou gráficos interativos da página; as imagens restantes são mantidas como referências visuais da fonte.

Notas de Engenharia

• As leis de afinidade são aproximadas para grandes mudanças. Desvios aumentam conforme a velocidade se afasta do ponto de projeto original porque as curvas do sistema mudam e a eficiência não é perfeitamente preservada. Uma mudança de velocidade de ±20% é geralmente confiável; além disso, verifique com as curvas do fabricante.
• As leis de diâmetro do impulsor usam a razão $D$, não a largura cortada. Alguns textos distinguem $D^1$ (expoente da lei do ventilador) do expoente empírico da lei do ventilador de ~1.0 para variação de diâmetro em bombas centrífugas. A relação clássica $Q \propto D$ é mais precisa para pequenos cortes.
• NPSH aumenta com o quadrado da velocidade, então reduzir a velocidade muitas vezes melhora as condições de sucção, enquanto aumentar a velocidade pode empurrar uma bomba para cavitação. Sempre verifique os requisitos de NPSH na nova velocidade.
• Dimensionamento do motor e VFD. Como a potência escala com o cubo da velocidade, pequenas reduções na velocidade geram grandes economias. No entanto, o motor e o acionamento de frequência variável ainda devem lidar com a classificação de potência em velocidade total durante partidas ou picos transitórios.
• Interação com a curva do sistema. As leis de afinidade descrevem a mudança da curva da bomba; o ponto operacional real depende da interseção com a curva do sistema. Uma redução de velocidade desloca a curva da bomba para dentro e para baixo, alterando o ponto de trabalho.
• Não aplicável a bombas de deslocamento positivo. Essas leis são derivadas da geometria de bombas centrífugas. Bombas de deslocamento positivo seguem relações velocidade-vazão diferentes com vazão quase constante por revolução.

Referências

• Engineering ToolBox — Leis de Afinidade de Bombas