La fuerza de apertura es un parámetro crítico en el diseño y la selección de sellos mecánicos. En esta publicación del blog, analizaremos en profundidad los factores que influyen en la fuerza de apertura y realizaremos los cálculos necesarios para determinar la fuerza de apertura total de un sello mecánico.
Exploraremos los cuatro componentes principales que contribuyen a la fuerza de apertura: fuerza del resorte, fuerza hidráulica, fuerza de fricción y fuerza de adhesión. Para cada factor, analizaremos los principios subyacentes y proporcionaremos fórmulas detalladas y cálculos de ejemplo para ilustrar cómo cuantificar su impacto en la fuerza de apertura total.
¿Qué es la fuerza de apertura?
La fuerza de apertura, también conocida como fuerza de despegue, es un parámetro crítico en el diseño y funcionamiento de sellos mecánicos. Se refiere a la fuerza necesaria para superar las fuerzas de cierre que actúan sobre las caras del sello, lo que permite que se separen y creen una película de fluido entre ellas. Esta película de fluido es esencial para el funcionamiento adecuado del sello, ya que evita el contacto directo entre las caras, minimiza el desgaste y ayuda a disipar el calor.
Factores que afectan la fuerza de apertura
Fuerza de la primavera
La fuerza del resorte es uno de los componentes principales de la fuerza de apertura en un sello mecánico. Sellos mecánicos Por lo general, se emplean resortes, como resortes helicoidales o fuelles, para proporcionar una fuerza de cierre constante en las caras del sello. La fuerza del resorte ayuda a mantener el contacto entre las caras durante el funcionamiento y compensa cualquier desgaste o expansión térmica.
La magnitud de la fuerza del resorte depende del diseño del resorte, del material y de la compresión. Los fabricantes de sellos suelen proporcionar datos de fuerza del resorte para sus productos, que se pueden utilizar para calcular la fuerza de apertura.
Fuerza hidráulica
La fuerza hidráulica, también conocida como fuerza de presión del fluido, es otro factor importante que contribuye a la fuerza de apertura. Esta fuerza se genera por la presión del fluido que actúa sobre las caras del sello. La fuerza hidráulica tiende a separar las caras, contrarrestando las fuerzas de cierre y ayudando a la formación de la película de fluido.
La magnitud de la fuerza hidráulica depende de la presión del fluido, la geometría de las caras del sello y la relación de equilibrio del sello. La relación de equilibrio es un parámetro de diseño que determina la proporción de la cara de foca área sometida a la presión del fluido.
Fuerza de fricción
La fuerza de fricción es una fuerza resistiva que se opone al movimiento relativo entre las caras del sello. En los sellos mecánicos, la fuerza de fricción surge del contacto entre las caras giratorias y estacionarias del sello. Esta fuerza depende del acabado de la superficie, las propiedades del material y la presión de contacto entre las caras.
La fuerza de fricción contribuye a la fuerza de cierre en un sello mecánico, y su magnitud debe ser superada por la fuerza de apertura para lograr el funcionamiento adecuado del sello.
Fuerza de adherencia
La fuerza de adhesión, también llamada fuerza de fricción, es una fuerza de atracción que se produce entre las caras del sello cuando están en contacto estrecho. Esta fuerza es el resultado de interacciones moleculares, como las fuerzas de van der Waals, y está influenciada por las propiedades de la superficie y la presencia de contaminantes o películas de fluidos.
La fuerza de adhesión puede ser significativa en ciertas aplicaciones, particularmente cuando las caras del sello están muy pulidas o cuando se trata de fluidos viscosos.
Cálculo de la fuerza de apertura
Cálculo de la fuerza del resorte
La fuerza del resorte (Fs) se calcula utilizando la ley de Hooke:
Fs = k×x
Dónde:
- k es la constante del resorte (N/m)
- x es la compresión del resorte (m)
Ejemplo:
- Constante de resorte (k) = 10 000 N/m
- Compresión del resorte (x) = 0,005 m
Fs = 10.000 N/m × 0,005 m = 50 N
Cálculo de fuerza hidráulica
La fuerza hidráulica (Fyo) se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Fyo = P × A × B
Dónde:
- P es la presión del fluido (Pa)
- A es el área de la cara del sello (m²)
- B es la relación de equilibrio (sin unidades)
Ejemplo:
- Presión del fluido (P) = 1.000.000 Pa (10 bar)
- Área de la cara del sello (A) = 0,0001 m²
- Relación de equilibrio (B) = 0,8
Fyo = 1.000.000 Pa × 0,0001 m² × 0,8 = 80 N
Cálculo de la fuerza de fricción
La fuerza de fricción (FF) se calcula utilizando la siguiente fórmula:
FF = μ × Fdo
Dónde:
- μ es el coeficiente de fricción (sin unidades)
- Fdo es la fuerza de cierre (N), que incluye la fuerza del resorte y cualquier otra fuerza de cierre
Ejemplo:
- Coeficiente de fricción (μ) = 0,1
- Fuerza de cierre (Fdo) = 100 N (incluida la fuerza del resorte calculada anteriormente)
FF = 0,1 × 100 N = 10 N
Estimación de la fuerza de adhesión
Fuerza de adhesión (Fa) es difícil de calcular con precisión, ya que depende de diversos factores, como las propiedades de la superficie, las propiedades del fluido y las condiciones ambientales. En la práctica, la fuerza de adhesión suele estimarse en función de datos experimentales o fórmulas empíricas.
Para este ejemplo, supongamos una fuerza de adhesión estimada de 5 N.
Fa = 5 N
Fuerza de apertura total
La fuerza de apertura total (Fo) es la suma de la fuerza hidráulica y la fuerza de adhesión, menos la fuerza del resorte y la fuerza de fricción:
Fo = Fyo + Fa – Fs – FF
Usando los valores de los ejemplos anteriores:
- Fuerza hidráulica (Fyo) = 80 N
- Fuerza de adhesión (Fa) = 5 N
- Fuerza del resorte (Fs) = 50 N
- Fuerza de fricción (FF) = 10 N
Fo = 80 N + 5 N – 50 N – 10 N = 25 N
En este ejemplo, la fuerza de apertura total es de 25 N. Este valor indica la fuerza mínima necesaria para superar las fuerzas de cierre y crear una película de fluido entre las caras del sello.
English 
Korean 
German 
Italian 
Spanish 
French 
Japanese 
Portuguese 
Russian 
Turkish 
Vietnamese 
Romanian 
Arabic 
Dutch