Che cos’è lo SCFM in un compressore d’aria? Spiegazione della differenza tra SCFM e CFM

I preventivi per i compressori d’aria vengono solitamente determinati da un unico dato: la portata d’aria. Gli acquirenti confrontano le schede tecniche, vedono 100 CFM su una pagina e 100 SCFM su un’altra, e danno per scontato che le macchine siano intercambiabili. Ma non lo sono. Il valore lordo della portata d’aria riflette tanto le condizioni climatiche presenti nel locale in cui è installato il compressore quanto le caratteristiche della macchina stessa; infatti, in un sito caldo, umido o ad alta quota, la capacità nominale può ridursi di un quinto senza che venga modificato alcun componente.

Il SCFM, ovvero piedi cubi standard al minuto, è la portata d’aria erogata da un compressore d’aria una volta che il volume in ingresso è stato ricalcolato in base a valori di riferimento fissi di pressione, temperatura e umidità. Il CFM indica il volume effettivo di aria che si muove al minuto, indipendentemente dalle condizioni locali. Il valore SCFM elimina l’influenza del luogo e delle condizioni meteorologiche, mentre il CFM le registra; solo il valore SCFM consente di confrontare due macchine situate in due luoghi diversi a parità di condizioni.

Tale distinzione influisce sulla determinazione delle dimensioni, sui test di accettazione e sulla contabilizzazione energetica; pertanto, è opportuno distinguere attentamente le due grandezze.

SCFM e CFM: qual è la vera differenza?

Il CFM è una misurazione non normalizzata dei piedi cubi d'aria che transitano in un punto ogni minuto alle condizioni di pressione, temperatura e umidità presenti in quel momento. Lo SCFM è lo stesso flusso ricalcolato in base a uno stato di riferimento fisso. Il CFM descrive la realtà locale, mentre lo SCFM descrive una capacità comparabile.

L’importanza di questa distinzione varia a seconda di chi la pone. Un produttore che pubblica i dati di catalogo utilizza lo SCFM, poiché consente un confronto equo all’interno di una gamma di prodotti e tra diverse regioni. Un ingegnere di impianto che dimensiona una linea utilizza lo SCFM per la domanda, poiché i dati sul consumo degli utensili sono pubblicati sulla stessa base. Un ingegnere addetto alla messa in servizio ricorre invece al CFM, poiché è il valore che il misuratore di portata rileva in loco alla pressione di linea. I problemi sorgono quando una base viene sostituita con l’altra senza conversione: questa è la causa più comune di installazioni sottodimensionate.

SCFM e CFM sono la stessa cosa?

Si tratta dello stesso valore solo quando la misurazione viene effettuata esattamente nelle condizioni di riferimento. In tutti gli altri casi i valori divergono e la differenza aumenta con l’allontanarsi dal punto di riferimento.

In un locale a temperatura controllata vicino al livello del mare, la differenza è talmente piccola da poter essere ignorata. Se si sposta la stessa macchina in un’officina calda in una città ad alta quota, il divario è invece così ampio da determinare una scelta diversa dell’attrezzatura. La trappola sta nel fatto che un’etichetta che riporta 100 CFM e un requisito di 100 SCFM sembrano identici a prima vista. Considerarle intercambiabili significa acquistare una macchina con una capacità insufficiente prima ancora di accenderla, con il conseguente deficit che si manifesterà in seguito sotto forma di utensili lenti, bassa pressione all’estremità della linea e un compressore che funziona quando invece dovrebbe essere inattivo.

Quando il valore in SCFM è superiore o inferiore a quello in CFM

La direzione dello spostamento è prevedibile una volta individuata la direzione in cui il sito si discosta dal riferimento.

Poiché lo stato di riferimento è una convenzione piuttosto che una costante fisica, l’abitudine più prudente è quella di specificare la base ogni volta che un dato di flusso passa di mano. Questa ambiguità è di lunga data e ben documentata per piedi cubi standard al minuto, dove la pressione standard può essere definita come 101.325 pascal, 1 bar, 14,73 psia o 14,696 psia, e la temperatura standard come un valore compreso tra 60 °F e 77 °F.

Come convertire i CFM in SCFM

La conversione tra CFM e SCFM è possibile in entrambe le direzioni, purché siano note la pressione assoluta e la temperatura assoluta nel punto di misurazione. Si tratta di un rapporto piuttosto che di un moltiplicatore fisso, pertanto il risultato dipende da quanto le condizioni effettive si discostano da quelle di riferimento.

La conversione segue la legge combinata dei gas, secondo la quale il prodotto della pressione per il volume, diviso per la temperatura assoluta, rimane costante per una data massa di gas. Due sono le conseguenze rilevanti. Le pressioni devono essere espresse in termini assoluti anziché manometrici; pertanto, una lettura di 100 psig corrisponde a circa 114,7 psia a livello del mare. Anche le temperature devono essere assolute, quindi le letture in gradi Fahrenheit vengono convertite aggiungendo 460 per ottenere i gradi Rankine. L’uso della pressione manometrica, o dei gradi Celsius non convertiti, rappresenta l’errore aritmetico più comune nelle analisi della portata d’aria e produce risultati che sembrano plausibili ma che in realtà sono errati di un ampio margine.

A quanti CFM corrisponde 1 SCFM?

Un SCFM equivale esattamente a un CFM solo alle condizioni di riferimento stesse. In qualsiasi altra combinazione di temperatura e pressione, un SCFM corrisponde a un numero diverso di piedi cubi effettivi.

Questi valori indicano la direzione e l’entità piuttosto che valori precisi. Per la scelta delle apparecchiature, utilizzare la pressione assoluta e la temperatura misurate presso il proprio sito.

È possibile convertire i CFM in SCFM?

Sì. Dividere la pressione assoluta effettiva per la pressione assoluta di riferimento, moltiplicare per il rapporto tra la temperatura assoluta di riferimento e la temperatura assoluta effettiva, e applicare il risultato al valore misurato in CFM.

La sequenza è la seguente.

1. Registrare la portata misurata in CFM nel punto di interesse.
2. Per misurare la pressione assoluta nello stesso punto, occorre sommare la pressione atmosferica locale al valore indicato dal manometro.
3. Misurare la temperatura dell'aria e convertirla in unità assolute aggiungendo 460 al valore in gradi Fahrenheit.
4. Inserire i valori di riferimento, utilizzando 14,7 psia e 528 gradi Rankine secondo la convenzione comunemente adottata in Nord America.
5. Moltiplica i termini tra loro per ottenere il valore in SCFM.

Un esempio pratico rende evidente l’effetto. Supponiamo che un compressore eroghi 100 CFM misurati a 14,2 psia e 85 °F. La temperatura assoluta effettiva è di 545 gradi Rankine. Applicando i rapporti si ottiene 100 moltiplicato per 0,966, poi per 0,969, che corrisponde a circa 93,6 SCFM. La stessa macchina in un sito costiero a 60 °F mostrerebbe un valore vicino al suo valore nominale di 100. La macchina non è cambiata; è cambiata la correzione. Quando un calcolo deve coinvolgere anche unità metriche e imperiali, è utile fare riferimento a un Guida alla conversione delle unità di misura per i compressori d'aria consente di evitare un passaggio e previene lo slittamento delle unità.

Termini correlati: ACFM, ICFM e FAD

Nelle schede tecniche e nei rapporti di prova compaiono altri tre termini, ciascuno dei quali risponde a una domanda diversa.

Una sintesi pratica: SCFM è l’unità utilizzata per il confronto, ACFM è quella utilizzata per la costruzione e FAD è quella che viene riportata nei rapporti di prova. Poiché la portata di gas sottostante è la stessa in tutti e tre i casi, le discrepanze tra di esse riflettono lo stato del gas piuttosto che un difetto del compressore.

Qual è un buon valore di SCFM per un compressore d'aria?

Non esiste un valore di SCFM universalmente valido. Una potenza nominale è considerata adeguata solo quando supera la domanda totale simultanea di tutti i dispositivi collegati a valle, tenendo conto di un margine deliberato per perdite, altitudine, temperatura e crescita futura. Ciò che è adeguato o inadeguato si determina in base alla domanda, mai in base al valore riportato sul dispositivo.

Una volta determinata la domanda corretta, abbinarla a una fascia di capacità è semplice. Una piccola officina che utilizza un solo utensile alla volta potrebbe aver bisogno solo di 5-30 SCFM. Un’officina di medie dimensioni con diverse macchine in funzione contemporaneamente si attesta solitamente tra i 50 e i 150 SCFM. Gli stabilimenti nei settori della trasformazione alimentare, dell’imballaggio, dell’elettronica o del taglio laser spesso richiedono dai 300 SCFM in su, dove la presenza di più macchine e una strategia di carico pianificata diventano la norma.

Il valore corretto determina anche in quale fascia di capacità effettuare l'acquisto. Un sito il cui fabbisogno misurato rientra in un intervallo compreso tra circa 80 e 120 SCFM rientra normalmente nella Compressore d'aria da 100-300 CFM una volta aggiunti il buffer e il carico futuro, mentre un fabbisogno superiore a 250 SCFM richiede telai più grandi e una filosofia di controllo diversa.

Adeguamento della portata in SCFM alla domanda di utensili pneumatici e attrezzature

Il consumo degli utensili è il punto di partenza per qualsiasi calcolo della domanda, e i produttori lo pubblicano in forma standardizzata proprio per questo motivo.

Due regole consentono di mantenere il totale realistico. Sommare il consumo di ogni utensile che possa plausibilmente funzionare contemporaneamente, anziché considerare tutti gli utensili presenti nell’inventario. Quindi applicare un margine: circa il 25% per gli utensili a funzionamento intermittente, come le chiodatrici, e il 50% o più per i carichi continui, come levigatrici, spruzzatori e attrezzature per la sabbiatura. È proprio nel calcolo manuale del totale di un lungo elenco di attrezzature che si insinuano gli errori, ed è proprio questo che un Calcolatore di CFM per compressori d'aria è stato progettato per semplificare.

Correzione per altitudine, temperatura e perdite

È raro che un compressore funzioni nelle condizioni previste dalla targhetta, e tre fattori legati al luogo di installazione riducono silenziosamente la quantità d’aria che arriva agli utensili.

Come leggere il valore in SCFM sulla targhetta identificativa di un compressore

Il valore di SCFM riportato sulla targhetta ha senso solo se considerato insieme a tre elementi correlati: le condizioni di riferimento dichiarate, la pressione di mandata alla quale si applica tale valore e la potenza in ingresso necessaria per raggiungerlo. Limitare l’analisi al solo flusso d’aria porta gli acquirenti a scegliere una macchina sottodimensionata.

Una breve lista di controllo copre la maggior parte dei rischi.

1. Verificare le condizioni di riferimento. Se il valore in SCFM è indicato senza specificarne la base di pressione, temperatura e umidità, considerare tale dato come provvisorio fino a quando il fornitore non lo confermi.
2. Controllare la pressione di mandata indicata accanto al valore di portata. Le portate nominali tendono a diminuire all’aumentare della pressione di mandata, quindi un valore indicato a 100 PSI non fornisce alcuna indicazione sulle prestazioni a 150 PSI.
3. Confronta la potenza in ingresso con la portata d'aria. Due macchine con lo stesso valore di SCFM possono differire notevolmente in termini di kilowatt consumati; pertanto, la potenza specifica, espressa in kilowatt per 100 SCFM, rappresenta il termine di paragone più equo.
4. È necessario identificare lo standard di prova a cui si riferiscono i dati, poiché la norma ISO 1217 e le norme nazionali di prova possono riportare valori diversi per la stessa macchina.
5. Cerca una verifica indipendente. In Nord America il Programma di verifica delle prestazioni CAGI pubblica schede tecniche verificate da enti indipendenti relative a compressori rotativi e essiccatori a refrigerazione, rendendo i dati pubblicati verificabili anziché limitarsi a semplici dichiarazioni.
6. Chiedete come si comporta la macchina a carico parziale, perché un’unità dimensionata al decimo di punto della domanda di picco potrebbe trascorrere la maggior parte della sua vita operativa funzionando in modo inefficiente a causa dei continui cicli di accensione e spegnimento.

Domande frequenti

Le tre domande riportate di seguito riguardano gli aspetti che più spesso determinano se un compressore funziona come promesso dopo l'installazione: la composizione del gas, il dimensionamento a valle e il divario tra potenza in horsepower e portata d'aria.

Il valore SCFM si applica anche a gas diversi dall'aria?

Il concetto rimane valido, ma i valori non sono direttamente trasferibili. L’unità SCFM esprime una portata volumetrica in condizioni di riferimento, e la massa rappresentata da tale portata dipende dal peso molecolare e dalla comprimibilità del gas. Una portata di riferimento di azoto o ossigeno corrisponde quindi a una portata massica diversa rispetto allo stesso valore in SCFM riferito all’aria. Dimensionare un compressore per alimentare un generatore in loco significa adeguarsi al fabbisogno di gas dichiarato dal generatore alla pressione richiesta, anziché presumere che il valore relativo all’aria sia applicabile senza modifiche.

Le tubazioni, gli essiccatori e i serbatoi di raccolta devono essere dimensionati in SCFM o in ACFM?

I componenti a valle vengono dimensionati in base alla portata volumetrica effettiva nel proprio punto di funzionamento, espressa in ACFM. Il diametro delle tubazioni, la velocità dell’aria, il tempo di contatto con l’essiccatore e il volume del ricevitore dipendono tutti dallo spazio occupato dall’aria all’interno del sistema, e tale volume si riduce drasticamente all’aumentare della pressione. Indicare i requisiti di un tubo o di un essiccatore in SCFM anziché in ACFM può sottostimare di parecchi volte il volume fisico che un componente deve gestire. La capacità viene confrontata in SCFM; l’hardware viene specificato in ACFM.

Perché due compressori con la stessa potenza in cavalli mostrano valori di SCFM diversi?

La potenza in cavalli (HP) descrive il motore, non la portata d’aria. La portata prodotta da una macchina dipende dall’elemento di compressione, dalla sua velocità, dalla pressione di mandata, dal design del gruppo e dalle perdite della trasmissione; pertanto, due macchine con la stessa potenza nominale possono differire in modo significativo nella portata in SCFM erogata alla stessa pressione. Possono inoltre differire per la potenza assorbita necessaria a fornire tale portata; ecco perché la potenza specifica è il parametro più utile per confrontare l’efficienza e perché i dati verificati sulle prestazioni sono più importanti del semplice valore nominale di potenza in cavalli.