Centímetros cúbicos estándar por minuto

Unidad de caudal de fluido

Los centímetros cúbicos estándar por minuto ( SCCM ) son una unidad utilizada para cuantificar el caudal de un fluido. 1 SCCM es idéntico a 1  cm³ _STP /min. Otra expresión sería Nml/min. Estas condiciones estándar varían según los diferentes organismos reguladores. Un ejemplo de condiciones estándar para el cálculo de SCCM es = 0 °C (273,15 K) ^[1] y = 1,01 bar (14,72 psia ) y un factor de compresibilidad unitario = 1 (es decir, se utiliza un gas ideal para la definición de SCCM ). ^[2] Este ejemplo es para la industria de fabricación de semiconductores. ${\displaystyle T_{n}}$ ${\displaystyle p_{n}}$ ${\displaystyle Z_{n}}$

Conversión a caudal másico y caudal molar

Para propósitos de conversión, es útil pensar en un SCCM como el caudal másico de un centímetro cúbico por minuto de un fluido, típicamente un gas, a una densidad definida a alguna temperatura estándar, y presión . ${\displaystyle T_{n}}$ ${\displaystyle p_{n}}$

Para convertir un SCCM a la medida del caudal másico en el sistema SI, kg/s, se confía en la relación fundamental entre el caudal másico y el caudal volumétrico (ver caudal volumétrico ), ^{[3] [4]}

${\displaystyle {\dot {m}}=\rho _{n}{\dot {q}},}$

donde es la densidad en algunas condiciones estándar y una ecuación de estado como ${\displaystyle \rho _{n}}$

${\displaystyle \rho _{n}={\frac {p_{n}M}{Z_{n}R_{u}T_{n}}},}$

siendo el peso molecular del fluido , el factor de compresibilidad del fluido y la constante universal de los gases . Al incluir en la relación anterior entre y unidades de medida y su conversión entre corchetes se obtiene ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle Z_{n}}$ ${\displaystyle R_{u}}$ ${\displaystyle {\dot {m}}}$ ${\displaystyle {\dot {q}}}$

${\displaystyle {\dot {m}}\left[{\frac {kg}{s}}\right]=\rho _{n}\left[{\frac {kg}{m^{3}}}\right]{\dot {q}}\left[{\frac {cm^{3}}{min}}{\frac {1\,min}{60\,s}}{\frac {1m^{3}}{10^{6}\,cm^{3}}}\right],}$

donde está en , en y está en . A partir de entonces, reemplazando con la ecuación de estado anterior se obtiene ${\displaystyle {\dot {m}}}$ ${\displaystyle kg/s}$ ${\displaystyle \rho _{n}}$ ${\displaystyle kg/m^{3}}$ ${\displaystyle {\dot {q}}}$ ${\displaystyle cm^{3}/min}$ ${\displaystyle \rho _{n}}$

${\displaystyle {\dot {m}}\left[{\frac {kg}{s}}\right]={\frac {p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\dot {q}}\left[{\frac {cm^{3}}{min}}{\frac {1\,min}{60\,s}}{\frac {1m^{3}}{10^{6}\,cm^{3}}}\right].}$

Utilizando esta última relación, se puede convertir un caudal másico en la unidad más familiar de kg/s a SCCM y viceversa con

${\displaystyle 1\,{\frac {kg}{s}}=6E7{\frac {Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}{p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}}SCCM,}$

y

${\displaystyle 1\,SCCM=1.6667E-8{\frac {p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\frac {kg}{s}}.}$

Con esta conversión de SCCM a kg/s, se pueden usar las calculadoras de unidades disponibles para convertir kg/s a otras unidades, ^[5] como g/s del sistema CGS o slug/s.

Según las fórmulas anteriores, la relación entre SCCM y el caudal molar en kmol/s viene dada por

${\displaystyle 1\,{\frac {kmol}{s}}=6E7{\frac {Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}{p_{n}[Pa]}}SCCM,}$

y

${\displaystyle 1\,SCCM=1.6667E-8{\frac {p_{n}[Pa]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\frac {kmol}{s}}.}$

Ejemplos de conversión

Para ver algunos ejemplos de uso, considere la conversión de 1 SCCM a kg/s de un gas de peso molecular , donde está en kg/kmol. Además, considere condiciones estándar de 101325 Pa y 273,15 K, y suponga que el gas es un gas ideal (es decir, ). Usando el método del paréntesis de unidades (ver conversión de unidades ) se obtiene: ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle Z_{n}=1}$

${\displaystyle 1\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667E-8{\frac {101325[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=7.4364E-10\,\,M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]\,{\frac {kg}{s}}.}$

Considerando el nitrógeno, que tiene un peso molecular de 28 kg/kmol, 1 SCCM de nitrógeno en kg/s viene dado por:

${\displaystyle 7.4364E-10\,\cdot \,28=2.0822E-8{\frac {kg}{s}}.}$

Haciendo lo mismo con 1 SCCM de helio, que tiene un peso molecular de 4 kg/kmol, se obtiene:

${\displaystyle 7.4364E-10\,\cdot \,4=2.9745E-9{\frac {kg}{s}}.}$

Observe que 1 SCCM de helio es menor en kg/s que un SCCM de nitrógeno.

Para convertir 50 SCCM de nitrógeno con las consideraciones anteriores se hace

${\displaystyle 50\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667E-8{\frac {101325[Pa]28\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=1.04E-6{\frac {kg}{s}}.}$

Para convertir 1 SCCM a kmol/s se hace

${\displaystyle 1\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667E-8{\frac {101325[Pa]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=7.4364E-10\,{\frac {kmol}{s}}.}$

Unidades relacionadas de medida de flujo

Una unidad relacionada con el SCCM es el SLM o SLPM que significa litro estándar por minuto . Su conversión es

${\displaystyle 1\,{\text{SCCM}}=10^{-3}\,{\text{SLM}},}$

y

${\displaystyle 1\,{\text{SLM}}=10^{3}\,{\text{SCCM}}.}$

Otra unidad es el SCFM, que significa pies cúbicos estándar por minuto .

Otra unidad más relacionada con SCCM (y SLM) es el PCCM (y PLM), que significa centímetro cúbico perfecto por minuto (litro perfecto por minuto). Un PCCM es un SCCM cuando el gas es ideal. En otras palabras, un PCCM es exactamente igual que un SCCM si y sólo si se encuentran en las relaciones anteriores. ${\displaystyle Z_{n}=1}$

Referencias

1. Mayo, GS, Spanos, CJ (2006). Fundamentos de fabricación de semiconductores y control de procesos . John Wiley e hijos. pag. 110.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
2. SEMI (2024). SEMI E12: Guía para unidades estandarizadas de presión, temperatura, densidad y flujo utilizadas en medidores de flujo másico y controladores de flujo másico. SEMI . Consultado el 24 de marzo de 2024 .
3. Spitzer, DW (1991). Medición de Flujo: Guías Prácticas para Medición y Control . ES UN. pag. 341.
4. Hoffman D., Singh B., Thomas III JH (1998). Manual de ciencia y tecnología del vacío . Prensa académica. pag. 377. Código Bib : 1998hvst.book.....H.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
5. "Guía NIST del SI, Apéndice B.9: Factores para unidades enumeradas por tipo de cantidad o campo de la ciencia". Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Departamento de Comercio de EE. UU., Gobierno de Estados Unidos . 17 de febrero de 2022 . Consultado el 21 de febrero de 2024 .

enlaces externos

• Calculadora de caudal másico (incluido SCCM)