Cómo calcular los CFM de un soplador: velocidad, desplazamiento y pasos de conversión

Un soplador con capacidad de 600 CFM en fábrica a menudo probará cerca de 540 CFM una vez que el silenciador, el tubo de descarga y el difusor estén atornillados. Esa brecha no es una falla de fabricación. Es la diferencia entre el volumen que los rotores desplazan por revolución y el volumen que realmente cruza un plano de medición a la presión y temperatura existentes allí.

Tres rutas de cálculo cubren casi todos los casos reales: una trayectoria de velocidad en la tubería, la fórmula de desplazamiento para máquinas de desplazamiento positivo y la curva de fabricante para sopladores centrífugos y turbo. Cada uno responde una pregunta ligeramente diferente y cada uno puede devolver un número incorrecto en un veinte por ciento si las unidades o el plano de medición se manejan descuidadamente.

Lo que realmente mide el número de CFM de un soplador

CFM es un caudal volumétrico: los pies cúbicos de gas que pasan por un plano fijo en un minuto, medidos a la presión y temperatura en ese plano. No es una cifra de masa, por lo que máquinas idénticas que mueven flujos de masa idénticos pueden reportar diferentes valores de CFM en una mañana fría y una tarde calurosa.

Las tres etiquetas en las hojas de datos se comportan de manera diferente y mezclarlas es la fuente más común de errores de tamaño:

• ACFM refleja las condiciones en el punto de medición, generalmente la brida de entrada del soplador, en el momento de la lectura.
• SCFM se corrige a una referencia estándar, típicamente 68 F, 14,7 psia y 36 por ciento de humedad relativa en la práctica industrial de EE. UU., aunque los puntos de referencia de 60 F siguen siendo comunes en algunos sectores.
• ICFM se refiere a la brida de entrada del soplador y es la cifra que la mayoría de los fabricantes citan al indicar la capacidad de una máquina.

Un soplador de raíces de tres lóbulos del tamaño de la aireación de aguas residuales en un clima cálido debe calcularse primero en función del flujo másico de oxígeno y luego convertirse nuevamente al ACFM que la máquina verá físicamente. Si omite ese paso, la cuenca se quedará sin aire cada mes de agosto.

Método de velocidad: CFM es igual a área de tiempos de velocidad

Para calcular CFM en un conducto o tubería, multiplique la velocidad promedio del aire en pies por minuto por el área de la sección transversal en pies cuadrados. Para una tubería redonda, el área es 3,1416 veces el radio al cuadrado.

La aritmética es simple. En la medición es donde se gana o se pierde la precisión.

1. Elija un plano de medición con entre siete y diez diámetros de conducto rectos aguas arriba y al menos tres aguas abajo. Un plano justo después de un codo puede leer lejos del promedio cerca de la pared.
2. Atraviesa la sección. Registre la velocidad en varios puntos a lo largo de dos diámetros perpendiculares en lugar de una lectura de línea central; un conducto de 12 pulgadas normalmente necesita de ocho a veinte puntos para obtener un promedio defendible.
3. Promedie las lecturas, convierta la velocidad a pies por minuto si su instrumento informa metros por segundo, luego multiplique por el área.
4. Registre la temperatura del gas y la presión barométrica al mismo tiempo. Necesitará ambos para la corrección de la condición estándar más adelante.

Un ejemplo trabajado concreta la escala. Un conducto de 12 pulgadas tiene un radio de 0,5 pies, por lo que su área es 0,785 pies cuadrados. Una velocidad promedio de 2000 pies/min a través de esa sección da aproximadamente 1570 CFM.

La elección del instrumento es más importante de lo que admiten la mayoría de los guías. Un tubo pitot estático con un manómetro funciona muy por encima de aproximadamente 1000 pies/min pero se desplaza a baja velocidad. Un anemómetro térmico es mejor por debajo de ese rango. Una boquilla de flujo calibrada o un medidor de vórtice instalado es el método de referencia cuando el número tiene consecuencias comerciales.

Método de desplazamiento para sopladores de desplazamiento positivo

Para los sopladores de raíz, de paletas giratorias y de tornillo, el flujo entregado equivale al desplazamiento por revolución multiplicado por la velocidad del eje y luego reducido por las pérdidas por deslizamiento.

Tomemos como ejemplo un soplador de raíces de tres lóbulos que desplaza 0,55 pies cúbicos por revolución y funciona a 1200 rpm. El desplazamiento teórico es de 660 CFM. El deslizamiento hacia atrás a través de las holguras del rotor reduce esa cifra y la reducción crece con la presión de descarga.

Las cifras de eficiencia anteriores son ilustrativas, no una garantía de catálogo. Los valores reales dependen del juego del rotor, el estado de los cojinetes y el gas que se maneja. Cuando el número deba mantenerse en un contrato, solicite la prueba de desempeño en taller en su punto de servicio; nuestro guía de especificaciones del soplador de raíces enumera los datos que vale la pena pedir.

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Lectura de CFM a partir de la curva de rendimiento de un soplador

En los sopladores centrífugos, multietapas y turbo, el flujo no se fija únicamente por la velocidad. Los CFM entregados son el punto donde la curva presión-flujo del soplador cruza la curva de resistencia del sistema.

Los fabricantes publican esas curvas para una condición de entrada determinada, una velocidad determinada y una densidad de gas determinada. Mueve cualquiera de los tres y el punto de operación se mueve con ellos. De ello se desprenden tres consecuencias prácticas:

• Un filtro de entrada sucio aumenta la resistencia del sistema, por lo que el punto de operación se desliza a lo largo de la curva y el flujo cae aunque no haya cambiado nada dentro del soplador.
• El flujo varía aproximadamente con la velocidad, la presión con el cuadrado de la velocidad y la potencia del eje con el cubo. Reducir la velocidad en un diez por ciento reduce el flujo en aproximadamente un diez por ciento, pero la potencia en aproximadamente un veintisiete por ciento.
• Una curva dibujada en condiciones de entrada de 68 F exagera la presión que una máquina puede mantener cuando el gas de entrada llega a 150 F, porque la densidad es menor.

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Conversión entre SCFM y ACFM

Convierta SCFM a ACFM multiplicando por la relación entre la presión absoluta estándar y la real y por la relación entre la temperatura absoluta real y la estándar, usando grados Rankine.

Ejemplo: un soplador de 500 SCFM a 68 F y 14,7 psia aspira aire a 90 F con una presión barométrica del sitio de 14,4 psia. La corrección es 500 x (14,7 / 14,4) x (550 / 528), lo que equivale a unos 531 ACFM. El flujo de masa no cambia; el volumen que maneja la máquina en la entrada no lo es.

Gabinete de arranque de conversión de frecuencia XBQ para control de velocidad del ventilador Gabinete de arranque de soplador con entrada trifásica 380V, salida 0–400 Hz y protección IP20; Admite regulación de velocidad para ahorrar energía. Ver producto →

Debido a que el flujo sigue la velocidad casi linealmente, un variador de frecuencia es a menudo la forma más barata de ajustar un soplador de gran tamaño a los CFM que el proceso realmente necesita, y el ahorro en potencia del eje es mayor que el ahorro en flujo.

Verificaciones de campo y cinco errores que distorsionan el resultado

La mayoría de las disputas sobre CFM se reducen al plano de medición, a unidades mixtas o a un deslizamiento ignorado en lugar de a una máquina defectuosa.

1. Una lectura de velocidad de línea central única. En el flujo desarrollado, exagera la velocidad promedio entre un cinco y un quince por ciento, y aguas abajo de una válvula puede ser mucho peor.
2. Comparación de una cotización SCFM con una medición de campo ACFM. En un día caluroso, las dos cifras difieren en más de un diez por ciento antes de que algo realmente vaya mal.
3. Tratar el desplazamiento nominal como flujo entregado. La holgura del rotor, el desgaste y el aumento de la presión se ven afectados.
4. Medición cerca de un silenciador, junta de expansión o curva, donde el perfil de velocidad no tiene posibilidad de estabilizarse.
5. Ignorando la altitud. A 1.500 m, un soplador de desplazamiento fijo mueve casi el mismo ACFM pero aproximadamente un quince por ciento menos de masa, y la presión que puede generar cae en consecuencia.

Los compradores pueden atajar la mayor parte de esto solicitando datos de prueba de fábrica en las condiciones de entrada del sitio. La ingeniería detrás de esas pruebas está en la empresa. descripción general de fabricación y calidad , que cubre los pasos de mecanizado y equilibrio del rotor que deciden qué tan cerca se encuentra el flujo entregado de la curva publicada.

Preguntas frecuentes

¿Puedo calcular los CFM del ventilador a partir de los amperios del motor?

Sólo como un control aproximado. La corriente sigue la potencia del eje, y la potencia del eje depende del flujo y la presión juntos, por lo que los mismos amperios pueden significar un flujo alto a baja presión o un flujo bajo a alta presión. Sin una curva de potencia calibrada a una presión de descarga conocida, los amperios por sí solos no le darán CFM.

¿Un soplador más grande siempre produce más CFM?

No. El flujo entregado depende de la resistencia del sistema contra la que trabaja la máquina. Un soplador más grande limitado por una tubería de tamaño insuficiente o una válvula parcialmente cerrada puede mover menos aire que una unidad más pequeña en un sistema abierto.

¿Qué tan preciso es el método de recorrido de velocidad?

Con un recorrido multipunto adecuado en un buen plano de medición, normalmente se sitúa entre el tres y el cinco por ciento. Una lectura de un solo punto puede fácilmente dar entre un diez y un veinte por ciento de error, lo cual es suficiente para que un soplador del tamaño correcto parezca un fracaso.

¿Por qué los CFM de mi soplador disminuyen a medida que aumenta la presión?

En una máquina de desplazamiento positivo, una mayor presión de descarga empuja más gas a través de los espacios libres del rotor, por lo que el deslizamiento aumenta y el flujo entregado disminuye. En una máquina centrífuga, el punto de operación simplemente se desliza a lo largo de la curva hacia un flujo más bajo.