What are the affinity laws?

The affinity laws (also called fan laws or pump laws) are a set of three relationships that describe how flow, head/pressure, and power change with rotational speed or impeller diameter for centrifugal pumps, fans, and turbines. Flow varies linearly, head varies as the square, and power varies as the cube of the speed ratio.

When do affinity laws apply?

Affinity laws apply to centrifugal pumps, fans, and blowers operating on a fixed system curve. They assume geometrically similar conditions and incompressible flow. They work best for speed changes up to about ±30% from the design point.

What are the limitations of affinity laws?

Affinity laws are approximations. They do not account for efficiency changes at off-design conditions, system curve shifts, cavitation, or compressibility effects. For large speed or diameter changes (>30%), actual performance may deviate significantly from predictions.

How does VFD speed control save energy?

Because power varies as the cube of speed, even a small speed reduction yields large energy savings. Reducing speed by 20% reduces power consumption by approximately 49% (0.8³ = 0.512). This is why Variable Frequency Drives (VFDs) are highly cost-effective for flow control compared to throttling valves.

What is the relationship between flow and pressure?

Per the affinity laws, if speed changes by a ratio r, flow changes by r and pressure/head changes by r². So if you double the speed, flow doubles but pressure quadruples. If you halve the speed, flow halves but pressure drops to one quarter.

Herramienta de ingeniería gratuita

Calculadora de Leyes de Afinidad

Calcule el nuevo caudal, la altura manométrica/presión y la potencia cuando cambia la velocidad de la bomba o del ventilador (o el diámetro del impulsor). Basado en las leyes de afinidad de bombas centrífugas.

Bombas y Ventiladores Velocidad y Diámetro Ahorro con VFD

Resultados

Nuevo Caudal Q₂

—

Nueva Altura Manométrica / Presión H₂

—

Nueva Potencia P₂

—

Relación de Velocidad (n₂/n₁)

—

Relación de Caudal (Q₂/Q₁)

—

Relación de Altura Manométrica (H₂/H₁)

—

Relación de Potencia (P₂/P₁)

—

Las Tres Leyes de Afinidad

Las leyes de afinidad relacionan el caudal, la altura manométrica (presión) y la potencia con los cambios en la velocidad de rotación o el diámetro del impulsor para bombas centrífugas, ventiladores y sopladores:

Donde la relación puede ser n₂/n₁ (cambio de velocidad) o D₂/D₁ (cambio de diámetro).

Cambio de Velocidad vs. Cambio de Diámetro

Las mismas relaciones matemáticas se aplican tanto para cambios de velocidad como para cambios de diámetro del impulsor:

Parámetro	Cambio de Velocidad	Cambio de Diámetro
Caudal Q	Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)	Q₂ = Q₁ × (D₂/D₁)
Altura Manométrica H	H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²	H₂ = H₁ × (D₂/D₁)²
Potencia P	P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³	P₂ = P₁ × (D₂/D₁)³

Ahorro de energía con VFD

Dato clave: La potencia varía como el cubo de la velocidad. Una reducción de velocidad del 20 % ahorra aproximadamente el 49 % de la potencia (0,8³ = 0,512). Por esta razón, los variadores de frecuencia (VFD) son una de las medidas de ahorro de energía más rentables para bombas y ventiladores.

Reducción de velocidad	Reducción de caudal	Reducción de altura manométrica	Ahorro de potencia
10%	10%	19%	27%
20%	20%	36%	49%
30%	30%	51%	66%
40%	40%	64%	78%
50%	50%	75%	88%

Ejemplo práctico

Ejemplo: aumento de velocidad de bomba centrífuga

Datos: n₁ = 1450 RPM, n₂ = 1750 RPM, Q₁ = 100 m³/h, H₁ = 25 m, P₁ = 7,5 kW

Relación de velocidad r = 1750 / 1450 = 1,2069

Q₂ = 100 × 1,2069 = 120,7 m³/h

H₂ = 25 × 1,2069² = 36,4 m

P₂ = 7,5 × 1,2069³ = 13,2 kW

⚠️ Limitaciones: Las leyes de afinidad asumen eficiencia constante, condiciones geométricamente similares y flujo incompresible. Para cambios de velocidad superiores a ±30 %, el rendimiento real puede desviarse significativamente. Las leyes de recorte del impulsor son menos precisas que las de cambio de velocidad: verifíquelas siempre con las curvas del fabricante.