Fabrikanten van verwarmings- en koelapparatuur drukken de luchtuitwisselingscapaciteit uit in kubieke voet per Minuut (CFM), maar dit aantal varieert afhankelijk van de temperatuur en druk van de lucht uitgewisseld. Mede om producten te kunnen vergelijken, drukken fabrikanten de capaciteit soms uit in Standard Cubic Feet per Minute (SCFM), waarbij wordt uitgegaan van een standaard temperatuur en druk. Als u een toepassing heeft die een bepaalde capaciteit vereist bij een bepaalde temperatuur en druk, en de capaciteit van het systeem dat u overweegt, geeft de capaciteit weer in SCFM, u hebt een manier nodig om te converteren tussen CFM en SCFM. Een uitdrukking afgeleid van de ideale gaswet stelt je in staat om dat te doen.
Wat zijn CFM en SCFM?
Volumetrische luchtstroom wordt gemeten in kubieke voet per minuut, maar omdat de dichtheid van lucht en andere gassen verandert met temperatuur en druk, varieert dit aantal. De dichtheid varieert direct met de druk en omgekeerd met de temperatuur. Ingenieurs noemen CFM vaak de werkelijke kubieke voet per minuut (ACFM) om de relatie tussen luchtstroom en luchtdichtheid te onderstrepen.
Verwijzen naar een luchtstroom bij standaardomstandigheden verwijdert de variabiliteit. Hoewel er wereldwijd meer dan één standaard in gebruik is, gebruikt de American Society of Mechanical Engineers de volgende standaardwaarden:
- Atmosferische druk = 14,7 psi
- Kamertemperatuur = 68 graden Fahrenheit
- Relatieve vochtigheid = 36 procent
- Luchtdichtheid = 0,075 lbs/cu.ft
Wanneer het vermogen van een verwarmings- of koelaggregaat wordt uitgedrukt in SCFM, zijn dit de voorwaarden die de waarde aanneemt.
Converteren van SCFM naar ACFM en terug
De ideale gaswet, pV = nRT, geeft ons de relatie tussen druk, volume en temperatuur van een ideaal gas, waarbij n het aantal mol van het gas is en R een constante is. Lucht is geen ideaal gas, maar we kunnen een bruikbare vergelijking maken tussen SCFM en ACFM door het als zodanig te beschouwen.
Ten behoeve van deze berekening staat m voor de massa van het gas, wat een uitdrukking geeft voor dichtheid (d), die wordt gedefinieerd als de massa van het gas per volume-eenheid (m/V); d = m/V = P/RT. Het isoleren van de massa van het gas dat wordt verplaatst (m) en delen door de tijd die nodig is om het te verplaatsen, geeft de volgende uitdrukking: m/t = d (V/t). In woorden, het massadebiet is gelijk aan de dichtheid vermenigvuldigd met het volumetrisch debiet.
Gebruikmakend van deze relatie en verwijzend naar de ideale gaswet, krijgen we de volgende uitdrukkingen:
SCFM = ACFM (PEEN/Pzo • Tzo/TEEN )
- PEEN = Werkelijke druk
- Pzo = Standaarddruk
- TEEN = Werkelijke temperatuur
- Tzo = Standaard temperatuur
In de absolute schalen die vereist zijn door de ideale gaswet, is de standaard atmosferische druk 14,7 psi en de standaardtemperatuur is 528 graden Rankine, wat gelijk is aan 68 graden Fahrenheit. Met behulp van deze waarden verkrijgen we:
SCFM = ACFM (PEEN/14.7 psi) (528˚R/TEEN)
ACFM = SCFM (14,7 psi/PEEN) (TEEN/528˚R)
Rekening houdend met vochtigheid
De vergelijking afgeleid van de ideale gaswet is bruikbaar voor de meeste situaties, maar omdat lucht geen ideaal gas, een nauwkeurigere relatie tussen ACFM en SCFM houdt rekening met het vochtgehalte van de lucht:
ACFM = SCFM • Pzo - (RHzo • PVzo)/Pb - (RHEEN • PVEEN) • TEEN/Tzo • Pb/PEEN
- RHzo = Standaard relatieve vochtigheid
- RHEEN = Werkelijke relatieve vochtigheid
- PVzo = Verzadigde dampdruk van water bij standaardtemperatuur
- PVEEN = Verzadigde dampdruk van water bij werkelijke temperatuur
- Pb = Barometrische druk