Le tenute meccaniche necessitano di una piccola quantità di perdite per funzionare correttamente. Questa piccola perdita aiuta effettivamente a lubrificare e raffreddare il facce di foca, facendoli durare più a lungo.

La formula di base del tasso di perdita

La formula più comune per calcolare la portata delle perdite della tenuta meccanica è:

Q = (π × h³ × ΔP) / (6 × η × ln(r₂/r₁))

Dove:

• Q = tasso di perdita (m³/sec o in³/sec)
• r₁ = raggio della faccia interna (mm o pollici)
• r₂ = raggio della faccia esterna (mm o pollici)
• H = altezza dello spazio tra le facce (μm o μin)
• ΔP = differenza di pressione attraverso la guarnizione (Pa o psi)
• η = viscosità dinamica del fluido (Pa·s o lbf-sec/in²)
• ln = logaritmo naturale

Questa formula funziona al meglio quando le superfici di tenuta scorrono su una sottile pellicola liquida con un contatto minimo.

Esempio di calcolo

Facciamo un esempio concreto:

Valori dati:

• Raggio interno (r₁) = 26,98 mm
• Raggio esterno (r₂) = 31,75 mm
• Altezza del gap (h) = 0,254 μm
• Differenza di pressione (ΔP) = 1,8 MPa (1.800.000 Pa)
• Viscosità (η) = 0,001 Pa·s (acqua a 20°C)

Passaggio 1: calcolare ln(r₂/r₁)

ln(31,75/26,98) = ln(1,177) = 0,163

Passaggio 2: Calcola h³

(0,254 × 10⁻⁶)³ = 1,638 × 10⁻²⁰ m³

Fase 3: Metti tutto insieme

Q = (3,14159 × 1,638 × 10⁻²⁰ × 1.800.000) / (6 × 0,001 × 0,163)

Q = 9,26 × 10⁻¹⁵ / 9,78 × 10⁻⁴

Q = 9,47 × 10⁻¹² m³/sec

Conversione in unità più pratiche:

9,47 × 10⁻¹² m³/sec = 0,34 mL/ora

Formula alternativa per casi speciali

Per le guarnizioni pressurizzate esternamente, potresti vedere questa formula più complessa:

Q = 7,5 × 10⁻¹⁵ × (1 + 0,0013 × D)³ × n¹·⁹ × h⁻⁰·¹ × (k + pf)⁻⁰·⁹ × Dp⁰·¹

Questa formula include fattori aggiuntivi come il diametro dell'albero (D), la velocità (n) e la pressione superficiale (pf).

Perdite normali vs. eccessive

Cosa si considera normale? La maggior parte delle tenute meccaniche perde tra 5 e 10 cc/ora (centimetri cubi all'ora) durante il normale funzionamento. Ciò equivale a circa 1-2 cucchiaini all'ora.

Se il tasso di perdita calcolato o misurato è molto più alto, potrebbe significare:

• Facce di tenuta danneggiate
• Installazione non corretta
• Materiali sbagliati per il tuo fluido
• Vibrazioni eccessive o disallineamento

Quando le formule non funzionano

A volte non è possibile calcolare con precisione la portata della perdita perché:

• Le superfici di tenuta sono danneggiate o usurate in modo non uniforme
• Non c'è pellicola liquida stabile tra le facce
• La guarnizione è asciutta o semi-asciutta
• Esistono molteplici percorsi di perdita

In questi casi sarà necessario misurare la perdita effettiva o sostituire la guarnizione.

Misurazione del tasso di perdita effettivo

Se hai bisogno di verificare i tuoi calcoli:

1. Raccogliere le perdite in un periodo di tempo stabilito
2. Misurare il volume raccolto
3. Calcola la velocità = volume / tempo

Ricordarsi di tenere conto dell'evaporazione quando si maneggiano fluidi volatili.