Cómo calcular la generación de calor en un sello de funcionamiento en seco

La ecuación fundamental Q = μ × P × V × A da la generación de calor en vatios.

• El coeficiente de fricción (μ) Por lo general, varía entre 0.05 y 0.3 para sellos de funcionamiento en secoLos valores más bajos indican materiales como PTFE o grafito de carbono, mientras que los valores más altos indican materiales más duros en malas condiciones.
• Presión de contacto (P) Se mide en pascales o PSI. Encontrará este valor en las especificaciones del fabricante del sello o calculándolo a partir de la fuerza del resorte dividida por el área de contacto.
• Velocidad de deslizamiento (V) es igual a π × D × N / 60, donde D es el diámetro del eje en metros y N es la velocidad de rotación en RPM. A mayor velocidad, mayor calor.

Proceso de cálculo paso a paso

Comience por recopilar los parámetros operativos de su sello: diámetro del eje, velocidad de rotación, presión de contacto y combinación de materiales.

Calcule primero la velocidad de deslizamiento. Para un eje de 50 mm a 3,000 RPM, la velocidad es 3.14 × 0.05 × 3000 / 60 = 7.85 m/s.

Determine su coeficiente de fricción a partir de las tablas de datos de materiales. El carbono frente al acero inoxidable suele dar entre 0.1 y 0.15.

Mida o calcule el área de contacto del sello. Para un sello facial, esto es π × (R²exterior – R²interior) donde R es el radio de las superficies de sellado.

Multiplica todos los valores juntos: Q = 0.12 × 100,000 Pa × 7.85 m/s × 0.0003 m² = 28.3 vatios.

Conversión de la generación de calor en aumento de temperatura

La generación de calor por sí sola no indica si el sello sobrevivirá. Es necesario convertir los vatios al aumento real de temperatura.

La fórmula de aumento de temperatura es ΔT = Q / (m × c × factor de enfriamiento), donde m es la masa del sello, c es la capacidad calorífica específica y el factor de enfriamiento representa la disipación de calor.

Sin refrigeración, un típico sello de carbono Generar 30 vatios podría experimentar un aumento de temperatura de 50 °C. Con una refrigeración adecuada, esta se reduce a 10-15 °C.

Errores Comunes que se deben Evitar

• Nunca utilice valores de fricción de sellos húmedos para calcular el funcionamiento en seco. Los coeficientes de fricción en seco suelen ser de 5 a 10 veces mayores.
• No olvide tener en cuenta varias superficies de sellado. Sellos tándem generar calor en cada interfaz.
• Incluya siempre un factor de seguridad de 1.5 a 2. Las condiciones del mundo real rara vez coinciden con los cálculos ideales.
• Las mediciones de temperatura deben tomarse en la interfaz de sellado, no en la carcasa. La temperatura real cara de sello Funciona mucho más caliente que los componentes que lo rodean.

FAQs

¿Cuál es el rango típico de generación de calor para sellos que funcionan en seco?

La mayoría de los sellos de funcionamiento en seco generan entre 10 y 100 vatios de calor. Las aplicaciones de baja velocidad se mantienen por debajo de los 20 vatios, mientras que las de alta velocidad o sellos de alta presión Puede superar los 75 vatios sin refrigeración.

¿Cómo mido el coeficiente de fricción si no se proporciona?

Haga funcionar el sello en condiciones conocidas y mida el torque. Calcule en sentido inverso usando τ = μ × F × r, donde τ es el torque, F es la fuerza normal y r es el radio.

¿Puedo utilizar la misma fórmula para los sellos de gas?

Sí, la fórmula básica se aplica a los sellos de gas, pero se necesitan coeficientes de fricción diferentes. Los sellos de gas suelen tener valores μ entre 0.02 y 0.08.

¿Debo calcular el calor para las condiciones de arranque?

Sí, el arranque genera la mayor cantidad de calor debido a la mayor fricción antes del rodaje. Utilice coeficientes de fricción un 50 % superiores para sus cálculos de arranque.