Come calcolare il CFM di un ventilatore: velocità, spostamento e passaggi di conversione

Un soffiatore con potenza nominale di 600 CFM in fabbrica spesso testa circa 540 CFM una volta che il silenziatore, il tubo di scarico e il diffusore sono imbullonati. Questo divario non è un difetto di fabbricazione. È la differenza tra il volume spostato dai rotori per giro e il volume che attraversa effettivamente un piano di misurazione alla pressione e alla temperatura ivi esistenti.

Tre percorsi di calcolo coprono quasi ogni caso reale: una traslazione di velocità nel tubo, la formula di spostamento per macchine volumetriche e la curva del produttore per ventilatori centrifughi e turbo. Ciascuno risponde a una domanda leggermente diversa e ciascuno può restituire un numero sbagliato del 20% se le unità o il piano di misurazione vengono maneggiati con noncuranza.

Cosa misura effettivamente il numero CFM del ventilatore

CFM è una portata volumetrica: i piedi cubi di gas che passano un piano fisso in un minuto, misurati alla pressione e alla temperatura su quel piano. Non è una cifra di massa, quindi macchine identiche che muovono flussi di massa identici possono riportare valori CFM diversi in una mattina fredda e in un pomeriggio caldo.

Le tre etichette sulle schede tecniche si comportano diversamente e mescolarle è la fonte più comune di errori di dimensionamento:

• ACFM riflette le condizioni nel punto di misurazione, solitamente la flangia di ingresso del ventilatore, al momento della lettura.
• SCFM viene corretto su un riferimento standard, tipicamente 68 F, 14,7 psia e 36% di umidità relativa nella pratica industriale statunitense, sebbene i punti di riferimento di 60 F rimangano comuni in alcuni settori.
• ICFM si riferisce alla flangia di ingresso del ventilatore ed è la cifra citata dalla maggior parte dei produttori quando dichiarano la capacità della macchina.

Un soffiatore a tre lobi dimensionato per l'aerazione delle acque reflue in un clima caldo deve essere prima calcolato sul flusso di massa di ossigeno, quindi riconvertito nell'ACFM che la macchina vedrà fisicamente. Salta questo passaggio e ogni agosto il bacino resterà a corto d'aria.

Metodo della velocità: CFM è uguale all'area dei tempi di velocità

Per calcolare il CFM in un condotto o tubo, moltiplicare la velocità media dell'aria in piedi al minuto per l'area della sezione trasversale in piedi quadrati. Per i tubi tondi l'area è 3,1416 volte il raggio quadrato.

L'aritmetica è semplice. La misurazione è il luogo in cui si vince o si perde la precisione.

1. Scegliere un piano di misurazione con da sette a dieci diametri di condotto rettilinei a monte e almeno tre a valle. Un aereo subito dopo un gomito può leggere lontano dalla media vicino al muro.
2. Attraversa la sezione. Registrare la velocità in diversi punti lungo due diametri perpendicolari invece di una lettura della linea centrale; un condotto da 12 pollici di solito richiede da otto a venti punti per una media difendibile.
3. Media delle letture, converti la velocità in piedi al minuto se il tuo strumento riporta metri al secondo, quindi moltiplica per l'area.
4. Registra contemporaneamente la temperatura del gas e la pressione barometrica. Entrambi saranno necessari per la correzione delle condizioni standard in seguito.

Un esempio pratico rende concreta la scala. Un condotto da 12 pollici ha un raggio di 0,5 piedi, quindi la sua area è di 0,785 piedi quadrati. Una velocità media di 2.000 piedi/min attraverso quella sezione dà circa 1.570 CFM.

La scelta dello strumento conta più di quanto ammetta la maggior parte delle guide. Un tubo di Pitot statico con manometro funziona ben al di sopra di circa 1.000 piedi/min, ma va alla deriva a bassa velocità. Un anemometro termico è meglio al di sotto di tale intervallo. Un ugello di flusso calibrato o un misuratore di vortice installato è il metodo di riferimento quando il numero ha conseguenze commerciali.

Metodo di spostamento per soffianti a spostamento positivo

Per i ventilatori Roots, rotanti a palette e a vite, il flusso erogato equivale alla cilindrata per giro moltiplicata per la velocità dell'albero, quindi ridotta dalle perdite per scorrimento.

Prendiamo un soffiatore per radici a tre lobi con una cilindrata di 0,55 piedi cubi per giro e un funzionamento a 1.200 giri al minuto. La cilindrata teorica è di 660 CFM. Lo slittamento attraverso i giochi del rotore riduce tale cifra e la riduzione aumenta con la pressione di scarico.

I dati sull'efficienza riportati sopra sono illustrativi e non costituiscono una garanzia del catalogo. I valori reali dipendono dal gioco del rotore, dalle condizioni dei cuscinetti e dal gas convogliato. Quando il numero deve reggere in un contratto, richiedi il test di performance in officina presso il tuo punto di lavoro; nostro guida alle specifiche del soffiatore per radici elenca i dati che vale la pena richiedere.

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Lettura del CFM da una curva delle prestazioni del ventilatore

Nei ventilatori centrifughi, multistadio e turbo, la portata non è determinata solo dalla velocità. Il CFM erogato è il punto in cui la curva pressione-portata della ventola incrocia la curva di resistenza del sistema.

I produttori pubblicano tali curve a una condizione di ingresso dichiarata, una velocità dichiarata e una densità di gas dichiarata. Muovi uno qualsiasi dei tre e il punto operativo si sposterà con loro. Ne conseguono tre conseguenze pratiche:

• Un filtro in ingresso sporco aumenta la resistenza del sistema, quindi il punto di funzionamento scivola lungo la curva e il flusso diminuisce anche se nulla è cambiato all'interno del ventilatore.
• Il flusso varia all'incirca con la velocità, la pressione con il quadrato della velocità e la potenza dell'albero con il cubo. Tagliando la velocità del 10% si riduce la portata di circa il 10% ma la potenza di circa il 27%.
• Una curva tracciata in condizioni di ingresso di 68 F sovrastima la pressione che una macchina può mantenere quando il gas in ingresso arriva a 150 F, perché la densità è inferiore.

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Conversione tra SCFM e ACFM

Convertire SCFM in ACFM moltiplicando per il rapporto tra pressione assoluta standard e effettiva e per il rapporto tra temperatura assoluta effettiva e standard, utilizzando i gradi Rankine.

Esempio: un ventilatore da 500 SCFM a 68 F e 14,7 psia aspira aria a 90 F con una pressione barometrica del sito di 14,4 psia. La correzione è di 500 x (14,7/14,4) x (550/528), che equivale a circa 531 ACFM. Il flusso di massa è invariato; il volume che la macchina gestisce in ingresso non lo è.

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Poiché il flusso segue la velocità in modo quasi lineare, un azionamento a frequenza variabile è spesso il modo più economico per ridurre una ventola sovradimensionata al CFM effettivamente necessario al processo, e il risparmio nella potenza dell'albero è maggiore del risparmio nel flusso.

Controlli sul campo e cinque errori che distorcono il risultato

La maggior parte delle controversie CFM riguardano il piano di misurazione, unità miste o errori ignorati piuttosto che una macchina difettosa.

1. Una singola lettura della velocità della linea centrale. Nel flusso sviluppato sovrastima la velocità media del 5-15% e a valle di una valvola può essere molto peggiore.
2. Confronto di un preventivo SCFM con una misurazione sul campo ACFM. In una giornata calda i due numeri differiscono di oltre il 10% prima che qualcosa vada effettivamente storto.
3. Trattare lo spostamento della targa come flusso erogato. Il gioco del rotore, l'usura e l'aumento della pressione sono tutti fattori che influiscono negativamente.
4. Misurazione in prossimità di un silenziatore, giunto di dilatazione o curvatura, dove il profilo di velocità non ha alcuna possibilità di stabilizzarsi.
5. Ignorando l'altitudine. A 1.500 m un ventilatore a cilindrata fissa muove quasi lo stesso ACFM ma circa il 15% in meno di massa, e la pressione che può creare diminuisce di conseguenza.

Gli acquirenti possono abbreviare la maggior parte di questi problemi richiedendo i dati dei test di fabbrica nelle condizioni di ingresso del sito. L'ingegneria dietro questi test risiede nell'azienda panoramica della produzione e della qualità , che copre le fasi di lavorazione e bilanciamento del rotore che determinano quanto il flusso erogato si avvicina alla curva pubblicata.

Domande frequenti

Posso calcolare il CFM del ventilatore dagli amplificatori del motore?

Solo come controllo approssimativo. La corrente tiene traccia della potenza dell'albero e la potenza dell'albero dipende dal flusso e dalla pressione insieme, quindi gli stessi ampere possono significare un flusso elevato a bassa pressione o un flusso basso ad alta pressione. Senza una curva di potenza calibrata a una pressione di scarico nota, gli amplificatori da soli non ti daranno CFM.

Un soffiatore più grande fornisce sempre più CFM?

No. La portata erogata dipende dalla resistenza del sistema contro cui lavora la macchina. Un ventilatore più grande, strozzato da un tubo sottodimensionato o da una valvola parzialmente chiusa, può spostare meno aria di un'unità più piccola su un sistema aperto.

Quanto è accurato il metodo di spostamento in velocità?

Con una corsa multipunto corretta su un buon piano di misurazione, l'intervallo è generalmente compreso tra il 3 e il 5%. Una lettura a punto singolo può facilmente essere sbagliata dal 10 al 20%, il che è sufficiente per far sembrare un soffiatore di dimensioni corrette un guasto.

Perché il CFM del mio soffiatore diminuisce quando la pressione aumenta?

Su una macchina volumetrica, una pressione di scarico più elevata spinge indietro più gas attraverso gli spazi del rotore, quindi lo scorrimento aumenta e il flusso erogato diminuisce. Su una macchina centrifuga, il punto operativo scorre semplicemente lungo la curva verso il flusso inferiore.