Apostila selos-mecanicos-burgmann

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Apostila selos-mecanicos-burgmann

  1. 1. 1 6(/26 0(&Æ1,&26 21(,78$d­2 ± ,1752'8d­2 Este trabalho apresenta conceitos que delineiam a concepção de selos mecânicos axiais procurando fornecer subsídios aos usuários deste elemento de máquina quando necessitarem efetuar avaliações de propostas e analisar aplicações. ± *(1(5$/,'$'(6 As vedações são componentes cuja função é impedir o fluxo de um fluido qualquer entre dois meios e podem ser classificados como segue abaixo: ± 6(/26 0(Æ1,26 Como exposto anteriormente, este é um tipo de vedação dinâmica com contato que compensa o seu desgaste axialmente e destina-se a isolar dois, ou mais ambientes, quando entre eles passar um eixo rotativo com nenhum ou com pouco deslocamento axial. Doravante, esta vedação será chamada de “selo mecânico” como é comumente conhecida. Suas principais aplicações são em: ª Bombas centrífugas; ª Bombas rotativas de deslocamento positivo; ª Ventiladores; ª Reatores e agitadores para a industria química; ª Compressores; ª Eixos propulsores de embarcações navais; ª Redutores. 9('$d®(6 (67È7,$6 ',1Æ0,$6 6(0 217$72 )Ë6,2 20 217$72 )Ë6,2 5$',$,6 $;,$,6 -XQWDV /DELULQWRV 5HWHQWRUHV H JD[HWDV 6HORV 0HFkQLFRV
  2. 2. 2 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ± 35,1Ë3,2 '( )81,21$0(172 A forma mais simples de selo mecânico seria aquela representada na figura 1, onde uma das faces de contato é formada pela face frontal de um ressalto no eixo e a outra pela face frontal de um ressalto na carcaça. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR UXGLPHQWDU Sendo a pressão P1 P0 o eixo é forçado axialmente do meio “1” para o meio “0”, fechando a interface de vedação, tanto mais, quanto maior for o diferencial P1/P0. Esta forma construtiva para tornar-se funcional, necessitaria de um fechamento prévio da interface de vedação e um deslocamento axial do eixo à medida que as faces de vedações forem se desgastando. A fim de evitar os problemas construtivos funcionais a solução interessante é construir as partes sujeitas ao movimento relativo, independentes do eixo e da carcaça a fim de facilitar sua confecção e permitir a escolha adequada de materiais. Outra medida necessária é a introdução de um elemento elástico capaz de compensar o desgaste das faces. Tal forma construtiva encontra-se representada na figura 2. Nesta solução ainda são deficientes a transmissão de torque do eixo para a face rotativa e as vedações secundárias, ou seja, a vedação entre os componentes rotativos / eixo e a vedação entre o componente estacionário / carcaça. )LJXUD
  3. 3. 3 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 Nos selos mecânicos comerciais como mostrado na figura 3, todos estes aspectos estão previstos e por isto pode-se afirmar que todos os selos mecânicos são compostos de: • Conjunto de compensação de desgaste, composto de: ª Anel deslizante ª Vedação secundaria • Conjunto axialmente fixo, composto de: ª Contra anel ª Vedação secundaria )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRPHUFLDO Em resumo, os selos mecânicos são compostos de: • Anel deslizante • Contra-anel • Vedações secundárias • Mola • Anel de arrasto O sistema de transmissão de torque é composto de anel de arrasto e parafuso, porém, esta função poderá estar sendo desempenhada por outros componentes, como por exemplo mola ou foles. Praticamente todos os selos mecânicos apresentam, de uma forma ou de outra, os seguintes elementos, que a seguir estão sendo expressos em função da figura 3: ª Vedação principal ou dinâmica: composta pela interface de vedação, ou seja, pelo contato entre o anel deslizante e contra anel. ª Vedações secundárias: são aquelas que efetuam a vedação entre partes do selo mecânico e componentes do equipamento. Podem ser feitos por anéis elastoméricos ou não. ª Mola: possui a função de manter a interface de vedação fechada, quando não houver pressão hidráulica, agindo sobre o selo mecânico. A função deste elemento poderá, em algumas formas construtivas de selos mecânicos, estar sendo desempenhado por um fole. ª Arrasto ou ancoragem: possui a função de transmitir o torque do eixo para o conjunto de compensação quando este for rotativo ou de ancorá-lo, quando este for estacionário. Este papel poderá, em algumas formas construtivas de selos mecânicos, estar sendo desempenhado por uma mola ou um fole. ± )250$6 2167587,9$6 Muitas são as formas construtivas dos selos mecânicos, mas basicamente podemos dividi- los em dois grupos principais: ª Com conjunto de compensação rotativo e sede estacionária como representado na figura 4. ª Com conjunto de compensação estacionário e sede rotativa como representado na figura 5.
  4. 4. 4 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 • SELOS MECÂNICOS COM CONJUNTO DE COMPENSAÇÃO ROTATIVO É a forma construtiva mais usual. Destina-se a velocidade de deslize, na interface de vedação, de até aproximadamente 20 m/s. A partir deste valor, o efeito da força centrífuga pode afetar o desempenho do elemento elástico. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP FRQMXQWR GH FRPSHQVDomR URWDWLYR • SELOS MECÂNICOS COM CONJUNTO DE COMPENSAÇÃO ESTACIONÁRIO É a forma construtiva apropriada para velocidades de deslize mais elevadas, uma vez que possui apenas a sede e sua vedação rotativas, minimizando desta forma eventuais problemas de desbalanceamento dinâmico. Nada impede sua aplicação em velocidades baixas. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP FRQMXQWR GH FRPSHQVDomR HVWDFLRQiULR Cada um destes grupos ainda pode ser dividido em função do tipo de elemento elástico que compõe o conjunto de compensação. Este elemento, geralmente uma mola ou um fole, possui a função de manter a interface fechada quando sobre o selo mecânico não estiver atuando a pressão hidráulica. Na figura 6 está representada uma classificação geral destes componentes.
  5. 5. 5 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 )LJXUD ± ODVVLILFDomR JHUDO GH HOHPHQWRV HOiVWLFRV • MOLA ÚNICA HELICOIDAL CÔNICA Montada sempre como elemento elástico único, é capaz de compensar grandes erros de posicionamento do eixo, sem alterar significativamente sua carga. É recomendável evitar seu emprego em selos mecânicos com tamanhos maiores que 75 mm de eixo, pois, a partir daí, começam, ser de manuseio incômodo. Por outro lado, sua aplicação em tamanhos pequenos é interessante por ser um elemento relativamente grande e pouco suscetível a emperramento por impurezas ou alterações de fase de produto. Sua distribuição de força irregular ao longo do perímetro da interface de vedação é, na prática, irrelevante. Por ser também um elemento de transmissão de torque, determina que o selo mecânico seja dependente do sentido de rotação, sendo que nestes casos é necessário especificar a mola de acordo com o sentido de giro do eixo. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP PROD ~QLFD KHOLFRLGDO F{QLFD  ¢¡¤£¦¥ §¢¨©¥ ¤ ¥ §¥ £ ¢¢¢¥ § §¢!¢¥ § !¨!£#%$¢¢¥ §¢ (/(0(172 (/È67,2  ¢¡¤£¦¥ §¢¨©¥ ¤¥ §¥ £ ¢¢¢¥ § !¨!£# '$¢£#()¥ 0¤£# 1¨!£¦¡¦ ¨!¢¢2¢£# 3¨!¢¤¢§4  5¡6(87£¦¥ §¢¨9¨!¢¢2¢£#¨ 5¡6(87£¦¥ §¢¨@£#'¡¤£#
  6. 6. 6 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 • MOLA ÚNICA HELICOIDAL CILÍNDRICA É capaz de compensar grandes erros de posicionamento do eixo, sem alterar significativamente sua carga. É recomendável evitar seu emprego em selos mecânicos com tamanhos maiores que 75mm, pois, a partir daí, começam a ser de manuseio incômodo. Por outro lado, sua aplicação em tamanhos pequenos é interessante por ser um elemento relativamente grande e pouco suscetível a emperramento por impurezas ou alterações de fase do produto. Sua distribuição de força irregular ao longo do perímetro da interface de vedação é, na prática, irrelevante. Sem qualquer outro sistema de transmissão de torque, determina que o selo mecânico seja dependente do sentido de rotação. Nestes casos é necessário especificar a mola de acordo com o sentido de giro do eixo. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP PROD ~QLFD KHOLFRLGDO FLOtQGULFD • MOLA ÚNICA ONDULADA Caracteriza-se por necessitar de pouco espaço e ser de fácil montagem. Apresenta curva característica muito acentuada, o que implica numa variação grande de carga em função do deslocamento axial se comparado com as molas helicoidais. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP PROD ~QLFD RQGXODGD
  7. 7. 7 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 • MOLAS MÚLTIPLAS HELICOIDAIS CILÍNDRICAS Com forma construtiva idêntica a figura 8, sendo que a diferença consiste no agrupamento destes elementos quando de sua aplicação. Apresentam uma boa distribuição de carga ao longo do perímetro da interface de vedação se distribuídas uniformemente. É recomendável evitar seu emprego em selos mecânicos com tamanhos menores que 50 mm, pois, a partir daí, começam a tornar-se muito pequenas e portanto suscetíveis a emperramento por impurezas ou alterações de fase do produto. Estes problemas podem ser minimizados pela adoção de modelos de selos mecânico que as mantenham fora do produto. Possuem pequeno curso para compensação de erros no posicionamento do eixo, e que tornam seu uso ainda mais crítico para tamanhos menores de selos mecânicos. • FOLE DE BORRACHA Confeccionado a partir de manta de borracha pura (normalmente viton, etileno ou perbunam) e vulcanizado em temperaturas entre 150 a 180 ºC em moldes de acordo a geometria e diâmetro desejado. O fole de borracha em um selo mecânico não é sujeito a nenhuma torção. O projeto do fole de borracha incorpora diversas funções tais como arrasto, elemento de vedação secundário e alojamento para o anel deslizante. A transmissão de torque é feita através da mola e de anéis angulares montados externamente sobre o mesmo. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP IROH GH ERUUDFKD • FOLE METÁLICO ONDULADO Confeccionado a partir de uma chapa fina lisa calandrada e soldada longitudinalmente. As ondulações na chapa são feitas por repuxo mecânico ou hidrostático. Alteram suas características físicas com a variação da pressão de trabalho e apresentam pequena suscetibilidade a impurezas, facilidade de limpeza e boa resistência a variações de temperaturas.
  8. 8. 8 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP IROH PHWiOLFR RQGXODGR • FOLE METÁLICO LAMELAR Confeccionado a partir de anéis pré-ondulados e ligeiramente cônicos com soldagem interna e externa destes. Caracterizam-se por ocuparem pouco espaço apresentando melhor estabilidade física e menor histerese se comparados aos foles ondulados. )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR FRP IROH PHWiOLFR ODPHODU
  9. 9. 9 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ± )25d$6 ( 35(66®(6 • PRESSÃO HIDRÁULICA As forças hidráulicas atuantes sobre o selo mecânico são, em sua maior parte, neutralizadas por forças da mesma intensidade, porém, em sentidos opostos. Apenas uma ação resultante é formada pela área AH indicada na figura 13, sobre a qual é gerada a “força hidráulica” (Fh). Dentro deste raciocínio pode-se conceber duas categorias de selos mecânicos, ou seja, aqueles que possuem uma área de interface de vedação A menor que a área de atuação hidráulica AH, e aqueles cuja área de interface de vedação A é maior que a área de atuação hidráulica AH. Na figura 13 pode-se ver as duas relações. )LJXUD ± 5HODomR GDV iUHDV KLGUiXOLFDV H GH LQWHUIDFH Nos selos onde $+ / $ ! a pressão de contato na interface é maior ou igual a pressão hidráulica, sendo por isto, chamados de selos mecânicos QmR EDODQFHDGRV. Nos selos onde $+ / $ a pressão de contato na interface é menor que a pressão hidráulica, sendo por isto, chamados de selos mecânicos EDODQFHDGRV. Os fatores de balanceamento variam de 1 a 2 nos selos não balanceados e de 0,6 a 0,99 na maioria dos selos balanceados. Devido ao alivio de pressão na interface dos selos balanceados é que estes são mais adequados para aplicações em pressões hidráulicas mais elevadas, nada impedindo, porém, sua utilização em pressões baixas. Do ponto de vista teórico deve-se esperar um vazamento ligeiramente maior nos selos balanceados em relação aos não balanceados, quando sujeitos as mesmas condições operacionais, porque a força total de fechamento é menor. • FORÇA DE MOLA De maneira similar à pressão hidráulica, a força de mola gera também uma pressão de contato na interface de vedação chamada de ³3)´. Sua função é manter a interface de vedação fechada enquanto não houver pressão hidráulica atuando sobre o selo. Os valores desta pressão ficam numa faixa de 10 a 50 N/cm², e de 5 a 25 N/cm². As aplicações de selos mecânicos devem ser feitas de tal forma que a força resultante da pressão hidráulica some-se à força das molas, pois do contrario poderá ocorrer abertura da interface de vedação.
  10. 10. 10 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ± ',6326,d­2 '( 6(/26 0(Æ1,26 • SELO MECÂNICO SIMPLES São aqueles que possuem uma única interface de vedação, como mostram as figuras anteriores. Sua refrigeração e lubrificação é feita na maioria dos casos pelo próprio produto que se pretende vedar e por isto apresentam limitações quanto: ª A quantidade de sólidos em suspensão. ª Teor de gases em suspensão. ª Pressão de vapor. ª Agressividade química. ª Viscosidade. Sua utilização deve ser preferencial pela maior simplicidade de operação. )LJXUD ± 6HOR VLPSOHV • SELO MECÂNICO MÚLTIPLO Pode-se dispor de dois ou mais selos numa mesma vedação, objetivando determinadas soluções, como a combinação de dois selos na disposição oposta (back-to-back), mostrado na figura 15, ou a disposição em série (tandem ou dual para selos API 682), como mostrado na figura 16. Combinações com mais de dois selos são raras, podendo citar-se três ou mais selos em série e dois selos em disposição oposta mais um em série com o selo externo. ¾ 'LVSRVLomR 2SRVWD Esta combinação consiste em montar os dois conjuntos de compensação entre os contra anéis, como mostrado na figura 15, formando-se entre o produto e a atmosfera uma câmara intermediaria, que deverá ser preenchida por um liquido de obturação. É necessário que este circule, por convecção natural ou de forma forçada, bem como seja pressurizado a uma pressão superior à pressão do produto junto ao selo interno.
  11. 11. 11 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR HP GLVSRVLomR RSRVWD EDFNWREDFN
  12. 12. As principais características desta disposição são: ª Conseguir-se 100% vedação do produto em relação a atmosfera. Possíveis vazamentos ocorrem do líquido de obturação para o produto e do líquido de obturação para a atmosfera. ª Poucas peças do selo entram em contato com o produto, conseguindo-se assim otimizar a resistência química pela eliminação ou redução de componentes metálicos com o produto. ª Permite a vedação de gases ou líquidos com alto percentual de sólidos em suspensão, pois o líquido que está na interface de vedação é um líquido limpo (líquido de obstrução). ª O produto sofrerá pequena contaminação pelo líquido de obturação. ™ LUFXODomR SRU RQYHFomR 1DWXUDO Funciona a contento somente em velocidades baixas ( 2m/s) e preferencialmente com eixos na posição vertical. Em velocidades maiores a turbulência criada pela parte rotativa dentro da câmara compromete ou inviabiliza a convecção natural. Neste caso os seguintes aspectos devem ser observados: ª Saída do liquido de obturação deve estar localizado no ponto mais alto da câmara para permitir a auto escorva da câmara. ª Não apresente segmento de tubulação horizontal ou descendente na saída da câmara, pois impede o deslocamento do líquido de obturação no seu movimento ascendente, pela sua menor densidade, quando aquecido pelas faces de vedação. ª A tubulação não tenha mais que três curvas e que estas sejam de raio longo para minimizar as perdas de carga. ª A tubulação tenha um diâmetro interno mínimo de 13 mm para minimizar as perdas de carga.
  13. 13. 12 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ™ LUFXODomR SRU $QHO GH %RPEHLR Funciona em velocidades 2m/s e pode ser utilizado onde não houver diferencial de pressão capaz de gerar a vazão necessária do liquido de obturação. Neste caso os seguintes aspectos devem ser observados: ª Evitar que existam segmentos descendentes na saída da câmara, pois estes poderiam impedir o fluxo do liquido de obturação, uma vez que o anel de bombeio é um elemento de deslocação de baixa eficiência. ª A tubulação não possua mais que três curvas e que estas sejam de raio longo para minimizar as perdas de carga. ª Uma das conexões do líquido de obturação esteja no ponto mais alto da câmara para permitir a escorva da câmara. ª A tubulação tenha um diâmetro interno mínimo de 13 mm para minimizar as perdas de carga. ™ LUFXODomR )RUoDGD O líquido de obturação provem de uma fonte com pressão adequada, como por exemplo, uma unidade hidráulica ou tubulação pressurizada e retorna para o outro local com pressão inferior. Neste caso devera ser observado que a regulagem de pressão seja feita a jusante do selo mecânico. As funções do líquido são: ª Lubrificar as interfaces de vedação. ª Refrigerar os selos mecânicos. Com relação ao líquido de obturação deverá ser observado que este seja: ª Pressurizado em 2 bar acima da pressão do produto, junto ao selo interno até o patamar de 20 bar. Acima deste diferencial deverá ser de no mínimo 10% da pressão do produto junto ao selo. ª Limpo. ª Não agressivo e não tóxico. ª Compatível com o produto a ser vedado. Esta disposição é usualmente denominada de selo mecânico duplo ou dual. ¾ 'LVSRVLomR HP VpULH Esta forma consiste em montar dois selos mecânicos em série como mostrado na figura 16, formando-se entre o produto e a atmosfera uma câmara intermediaria, que deverá ser preenchida por um líquido de obturação. É necessário que este circule, por convecção natural ou de forma forçada, bem como seja pressurizado a uma pressão inferior a pressão do produto junto ao selo interno, ou até que seja completamente despressurizado. Somente nos selos duais o líquido de obturação poderá ser pressurizado. Em caso de se utilizar líquido de obturação sem pressão, é importante otimizar-se as propriedades deslizantes da combinação de materiais que compõe a interface de vedação, pois como o diferencial de pressão a ser vedado é pequeno, a pressão poderá ser insuficiente para forçar o líquido de obstrução para dentro da interface, provocando falta de lubrificação.
  14. 14. 13 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 )LJXUD ± 6HOR 0HFkQLFR HP GLVSRVLomR HP VpULH As principais características desta disposição são: ª Conseguir-se boa vedação do produto em relação à atmosfera, pois os possíveis vazamentos do produto ocorrem dentro de um ambiente confinado. ª O produto não sofrerá contaminação pelo liquido de obturação. ª Mesmas características citadas no selo de disposição oposta são válidas, quando se tratar de selo dual pressurizado. ± 0$7(5,$,6 A forma de abordagem deste capítulo segue as especificações da norma EN 12756, por esta ser mais detalhada no tocante a especificação de materiais, ficando divididos em: ª Materiais deslizantes ª Vedações secundárias ª Partes metálicas 0$7(5,$,6 '(6/,=$17(6 Os materiais deslizantes podem ser classificados como indicado na figura 17.
  15. 15. 14 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 )LJXUD ± ODVVLILFDomR GH PDWHULDLV GHVOL]DQWHV FRQIRUPH QRUPD (1 9 DUY}HV 6LQWpWLFRV São obtidos a partir de coque, grafite, antracite e aglutinantes como piche ou resina sintética. Corpos compactados desta mistura são sinterizados a uma temperatura de 1.300°C. Neste processo a coqueficação do aglutinante provoca porosidade na ordem de 10 a 30%, que por reimpregnação é reduzida para 1 a 2%. Pela proporção dos componentes básicos são diferenciados os seguintes tipos: o Carvão duro (100% de carbono, 0% de grafite) o Carvão grafite (40 a 60% de carbono, 60 a 40% de grafite) ƒ $59­2 *5$),7( 20 ,035(*1$d­2 '( 5(6,1$ %
  16. 16. Possui boa resistência química, porém, resistência mecânica mais baixa se comparada aos carvões sintéticos com impregnação metálica. O limite, com relação a temperatura, quando aplicado como material deslizante, fica em aproximadamente 150°C. A partir desta temperatura poderá ocorrer a deterioração da resina e por efeito da dilatação desta, ocorrem pequenos lascamentos do material, conhecidos como “blistering”. $59®(6 6,17e7,26 0$7(5,$,6 '(6/,=$17(6 $59­2 *5$),7( (/(752*5$),7( 0(7$,6 0$,d26 5(9(67,'26 $5%(726 $5%(72 '( 781*67Ç1,2 $5%(72 '( 6,/Ë,2 (/(752*5$),7( 6,/,,$'2 Ï;,'2 '( $/80Ë1,2 3/È67,26 ACB D6E¦F6GCB H#IP)QARP)B G¤FESIT!F6D6E¦F ACB D6E¦F6GCB H#IP)QAVU8Q4GRGCF#IW)XQ 32/,7(75$)/825(7,/(12
  17. 17. 15 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ƒ $59­2 *5$),7( 20 ,035(*1$d­2 0(7È/,$ $
  18. 18. Possui maior resistência mecânica que os carvões sintéticos impregnados com resina e menor resistência química, em função do metal utilizado como impregnante. O metal utilizado, via de regra, é o antimônio. O limite de temperatura para sua aplicação é de aproximadamente 400°C. Ultrapassando-se esta temperatura, na interface de vedação, aparecerão sobre esta, deposições lamelares. A resistência química será função do metal impregnante. ƒ (/(752*5$),7( É obtido a partir da requeima de componentes em carvão duro ou carvão grafite a uma temperatura de 2.500°C. Neste processo ocorre o crescimento dos cristais do material, praticamente amorfo, surgindo daí pequenos cristais de eletrografite. Em comparação ao carvão grafite, o eletrografite apresenta uma menor resistência mecânica, porém, uma maior condutibilidade térmica. Como o carvão grafite sua utilização dá-se na forma impregnada, sendo esta metálica (antimônio) (C1), ou resinóide (C2). Aplicações altamente solicitadas tendem para a utilização de carvões de granulometria fina que apresentam maior resistência mecânica. Para compensar a menor condutividade destes materiais torna-se imperativo direcionar o fluxo de refrigeração para as faces a fim de remover o calor gerado. 9 0HWDLV São utilizados na forma de peças maciças ou revestidas. Sua utilização dá-se nas aplicações de media e alta pressão. ƒ 0$,d26 6
  19. 19. Os melhores resultados são conseguidos com ligas especiais fundidas, a base de níquel ou cromo que apresentam boas propriedades deslizantes e boa resistência química. As ligas a base de níquel apresentam dureza na faixa de 120 a 170 HB, enquanto as ligas a base de cromo, apresentam dureza na faixa de 300 HB. ƒ 5(9(67,'26 A utilização de metais revestidos esteve sempre limitada por: ª Espessura fina do revestimento, não permitindo recuperação . ª Falhas no revestimento, permitindo o ataque ao metal base. ª Propriedades físicas: dilatação diferente do metal base, podendo provocar lascamento do revestimento. ª Dificuldade de garantia da qualidade do processo de revestimento, podendo provocar a corrosão do material base ou o lascamento do revestimento. Na forma de revestimentos pode-se citar o Stellit e o oxido de cromo. Ambos encontram-se em processo de desuso por não apresentarem mais vantagens técnicas ou econômicas sobre os carbetos. 9 DUEHWRV São ligas binárias de elementos com o carbono, sendo divididos em carbetos: ª Salinos ª Covalentes ª Metálicos Como matéria prima para selos mecânicos são utilizados basicamente, o carbeto metálico de tungstênio (W) e o covalente de silício (SiC). Por razões técnicas e econômicas estes carbetos são utilizados, alem da forma maciça, também na forma emanchada para tungstênio e silício e na forma soldada para carbetos de tungstênio e aglutinante com cobalto.
  20. 20. 16 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 ƒ $5%(726 '( 781*67Ç1,2 8Y 8`
  21. 21. É obtido pela sinterização de corpos pré-compactados de carbono e tungstênio a uma temperatura de 1.500°C. O grão do carbeto possui uma dureza próxima a do diamante. Como o carbeto de tungstênio em sua forma pura apresenta insuficiente resistência, faz-se necessário a interligação de um aglutinante metálico. Como aglutinante são utilizados em ordem crescente de resistência química, o cobalto (U1), níquel (U2) ou cromo-níquel-molibdênio. O teor de aglutinante varia entre 6 e 9%. A utilização destes materiais é determinada por: ª Todos os tipos de carbeto de tungstênio apresentam seu ponto fraco no aglutinante, devido a sua baixa resistência química. Características do produto a ser vedado e variações de temperatura podem conduzir a corrosão seletiva do aglutinante, alterações da superfície polida e conseqüente vazamento. ª Em aplicações altamente solicitadas os carbetos de tungstênio perderam importância pelo desenvolvimento de novos materiais cerâmicos. ƒ $5%(726 '( 6,/Ë,2 É obtido pela ligação de silício (Si) com o carbono (C), a partir de quartzo, coque, argila e sal em fornos elétricos a temperaturas de 1.900°C a 2.200°C. O carbeto de silício é condutor de eletricidade e possui dureza próxima a do diamante. Forma-se, em uma temperatura mais baixa, a fase cúbica chamada GH -SiC e, em uma temperatura mais alta, a fase hexagonal chamada de -SiC. A temperatura de mudança entre as fases é 2.100°C. Na forma de pó o carbeto de silício é matéria prima para carbeto de silício diretamente sinterizado (S-SiC) e carbeto de silício sinterizado por reação (Si-SiC). A utilização destes materiais apresenta as seguintes características: ª Carbeto de silício que apresenta Si livre possui resistência química mais baixa, em especial, no campo alcalino, onde ocorre a corrosão seletiva do Si livre. ª As peças maciças apresentam a fragilidade típica dos materiais cerâmicos. Por este motivo faz- se necessário configurações, bem como sistemas de transmissão de toque específicos. ª Inserções de grafite melhoram significativamente as prioridades tribológicas. As perdas de resistência mecânica daí resultante podem ser toleradas. ª Grafites superficialmente siliciados tem suas aplicações limitadas ao campo de baixas e medias pressões em função de sua estrutura. ƒ $5%(726 '( 6,/Ë,2 ',5(7$0(17( 6,17(5,=$'26 4Y
  22. 22. É obtido pela sinterização dLUHWD GR 6L HRX 6L XWLOL]DQGR SURGXWRV DX[LOLDUHV FRPR ERUR berílio ou alumínio. A mistura, sob forma de pó, é pré-compactada e nesta forma sinterizada a uma temperatura de 1.900 a 2.200 ºC, quando então os produtos auxiliares promoverão a fusão superficial dos grãos de carbeto e o adensamento do material. Por não haver Si livre no carbeto diretamente sinterizado, este pode ser utilizado em toda a faixa de pH. Este material é mais quebradiço que o carbeto de silício obtido por reação. Sua estrutura é mais fina e homogênea. ƒ $5%(726 '( 6,/Ë,2 6,17(5,=$'26 325 5($d­2 4`
  23. 23. O Si-SiC é obtido pela mistura de -SiC, sob a forma de pó, com a grafite e aglutinantes orgânicos. Os corpos pré-compactados são aquecidos a uma temperatura de 1.000 ºC para a coqueficação do aglutinante. Para que ocorra a siliciação, os corpos são em seguida mergulhados em um banho de silício fundido a uma temperatura de 1.500 a 2.200 ºC, assim o silício penetra nos poros da peça reagindo com o carbono livre desta e formando SiC secundário. O carbeto de silício, assim obtido, pode conter até 10% de silício livre. Por este motivo sua aplicação é restrita a produtos com pH máximo de 10. Em função da matéria prima a granulometria do produto final poderá ser fina ou grossa. ƒ (/(752*5$),7( 6,/,,$'2 4a
  24. 24. É composto de 55% eletrografite livre, 45% de carbeto de silício e 0,5 a 1% de silício livre. É obtido pelo mergulho de peças de eletrografite, sob vácuo, em banho de silício fundido a uma temperatura de 2.200 ºC. A penetração do silício pode chegar a 10 mm. Uma parte do carbono reage com o silício, formando SiC. Poros e granulometria do material base influenciam as propriedades do produto final. Como fatores limitantes apresenta: alto custo e prazo de entrega longo.
  25. 25. 17 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 9 Ï[LGR GH $OXPtQLR 9
  26. 26. É o mais conhecido dos materiais óxido-cerâmicos para aplicação como material deslizante. É um material sinterizado, compacto, de granulometria fina, frágil e resistente a abrasão. Podem ser adicionados aglutinantes e dependendo do grau de pureza desejado, pode ser misturado a outros óxidos metálicos, pré-compactado e nesta forma sinterizado a uma temperatura de 1.600 a 1.750ºC. Em geral sua combinação dá-se com carvões sintéticos ou carbeto de tungstênio em aplicações de baixa ou media pressão (p 25 bar). Esta limitação ocorre em função dos grãos que compõem a interface de vedação apresentarem arestas vivas e de sua relativamente baixa condutibilidade térmica. Nas aplicações sob pressões elevadas, ocorre um alto desgaste do material mole, por este ser forçado sobre as arestas afiadas dos grãos do óxido de alumínio. Em conjunto com alguns tipos de carvões, forma uma das combinações com maior resistência química. 9 3OiVWLFRV São materiais que apresentam em sua combinação uma grande quantidade de ligação de macro- moléculas orgânicas obtidas sinteticamente ou pela transformação de produtos naturais. São via de regra conformáveis quando sujeitos a temperatura e pressão. Como material deslizante destaca-se o politetrafluoretileno (PTFE), cuja aplicação se faz necessária para produtos altamente oxidantes, como por exemplo o H2O2, onde os carvões não mais resistem. ƒ 32/,7(75$)/825(7,/(12
  27. 27. O PTFE possui uma boa resistência a altas temperaturas mas também apresenta uma grande variação do seu coeficiente de dilatação em função da variação de temperatura. Flui na temperatura ambiente, quando sujeitado a cargas. Esta fluidez, bem como a variação do coeficiente de dilatação e sua baixa resistência a abrasão podem ser melhoradas pela adição de fibra de vidro (Y1) ou carbono (Y2). O PTFE é resistente a praticamente todas as substâncias, exceção feita a metais alcalinos fundidos ou diluídos, alguns compostos de cloro-flúor-carbono (CFC), flúor e fluoretos de cloro, temperaturas e pressões elevadas, poliésteres que contenham aminas em temperaturas superiores a 160 ºC e estireno em temperaturas maiores que 80 ºC. Propriedades das combinações dos materiais de face : b ced f8gih c8h p q¢r)sStur givwf x¤y€ƒ‚S„S…S† ‡ ˆ ‰  ‘’ “©” “•’ “•– — Carvão com impregnação de resina B a Carvão com impregnação de antimônio A a a PTFE Y a a a Fundido de cromo S c f c a a Carbeto de tungstênio com impregnação de níquel U2 d f e a a b f h Carbeto de silício dir. sinterizado Q1 d f e a a b f h a Carbeto de silício sinterizado por reação Q2 d g e a a b f h c f b g h Eletrografite sinterizado Q3 d f e a a b f h d f h e f h d f h Óxido de alumínio V c g a g a f h f h g h g h a Combinação não usual a Propriedade deslizante – excepcional e Propriedade deslizante – regular b Resistência química – boa f Propriedade deslizante – boa c Resistência química – ótima g Propriedade deslizante – ótima d Resistência a abrasão – ótima h )LJXUD ± 3URSULHGDGHV GDV FRPELQDo}HV GH PDWHULDLV GHVOL]DQWHV 9('$d®(6 6(81'È5,$6
  28. 28. 18 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 As vedações secundárias podem ser classificadas como indicado na figura 19. )LJXUD ODVVLILFDomR GRV PDWHULDLV SDUD YHGDo}HV VHFXQGiULDV FRQIRUPH QRUPD (1 Æ (ODVW{PHURV Elastômeros são materiais poliméricos com grandes cadeias moleculares, não perdendo as características elásticas com a variação de temperatura. Em baixas temperaturas aumentam sua rigidez e em altas temperaturas mantém a elasticidade, sem fluir, até atingir sua temperatura de deterioração. Podem ser obtidos a partir de meios orgânicos (plantas vegetais) ou de hidrocarbonetos (borracha sintética). Atualmente, são produzidos em torno de 30 tipos de elastômeros, sendo os principais: o Borracha de nitril-butadieno (NBR) o Borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM) o Borracha fluorada (FKM) o Borracha perfluorada (FFKM) ƒ %255$+$ '( 1,75,/%87$',(12 1%5
  29. 29. É uma denominação generalizada para a mistura dos polímeros citados. O teor de acrilo-nitrila varia de 18 a 50% e influencia de forma acentuada as propriedades do elastômero. Altos teores de acrilo- nitrila melhoram a resistência a óleos e combustíveis, reduzindo entretanto, a flexibilidade a frio, a elasticidade e o coeficiente de deformação residual. NBR possui boas propriedades mecânicas e comparado a outros elastômeros, uma boa resistência e abrasão. Possui resistência a temperatura na faixa de -40 a +100 ºC por um período de 1000 horas. Resiste bem quimicamente a: ª Hidrocarbonetos alifáticos (propano, butano, gasolina, óleos e graxas minerais, diesel, óleo combustível). ª Óleos e graxas de origem vegetal e animal. ª Ácidos, bases e soluções salinas diluídas, em baixas temperaturas. ª Combustíveis com alto teor de aromáticos (gasolina aditivada). ª Hidrocarbonetos aromáticos (benzeno). ª Hidrocarbonetos clorados (tricloroetileno). ª Solventes polares (acetona). ª Fluidos de freio a base de glicol. ª Ozônio. 120(6 20(5,$,6 Perbunan .................... : Bayer ƒ %255$+$ '( (7,/(123523,/(12 (3'0
  30. 30. 9('$d®(6 6(81'È5,$6 (/$67Ð0(526 (/$67Ð0(526 5(9(67,'26 1­2 (/$67Ð0(526
  31. 31. 19 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 EPDM é obtido pela co-polimerização de etileno, propileno e de um dieno. Uma característica deste material é a sua excepcional resistência ao envelhecimento, intempéries e ao ozônio. Sua resistência a temperaturas vai de -50 a +150 ºC. Resiste bem quimicamente a: ª Água quente e vapor (até 150ºC). ª Fluidos de freio a base de glicol (até 150 ºC). ª Muitos tipos de ácidos orgânicos e inorgânicos. ª Detergentes, hidróxido de sódio e hidróxido de potássio. ª Fluidos hidráulicos a base de Ester de Ácido Fosfórico. ª Óleos e graxas a base de silicone. Não resiste quimicamente a: ª Óleos, graxas e combustíveis. 120(6 20(5,$,6 Nordel ........................ : Du Pont ƒ %255$+$ )/825$'$ ).0
  32. 32. É um polímero formado por fluoreto de vinildienoe hexafluorpropileno. Apresenta uma larga faixa de aplicação quanto a temperatura, que vai de -25 a +200 ºC. É quimicamente estável, pouco permeável a gases e apresenta pouca perda de massa quando submetido ao vácuo. A resistência ao ozônio, a intempéries e a radiação é muito boa. Novos desenvolvimentos que apresentam cadeias de peróxido em sua estrutura indicam boa resistência em aplicações em que fluorcarbonos convencionais não mais resistem, tais como álcoois, água quente e vapor. Resiste bem quimicamente a: ª Óleos e graxas minerais (apresentam leve inchamento a óleos segundo ASTM nº1 a 3). ª Óleos e graxas a base de silicone. ª Óleos e graxas de origem animal e vegetal. ª Hidrocarbonetos alifáticos (gasolina, butano, propano, gás natural). ª Hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, tolueno). ª Hidrocarbonetos clorados (tricloroetileno, tetracloroetileno). ª Combustíveis, inclusive os aditivados com metanol. Não é resistente quimicamente a: ª Solventes polares (acetona, metil-etil-cetona, etil-acetato, dietil-eter). ª Fluidos de freio a base de glicóis. ª Aminas, amônia e álcalis. ª Vapor de água super aquecido. ª Ácidos fórmico e acético. NOMES COMERCIAIS Viton ....................... : Du Pont Fluorel .................... : 3M ƒ %255$+$ 3(5)/825$'$ )).0
  33. 33. 20 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 Ligação do tetrafluoretilino com fluorelastômero. Alia a resistência química do PTFE com a elasticidade dos fluorelastômeros. Em caso de aplicações em água quente absorve a mesma. Apresenta uma larga faixa de aplicação quanto a temperatura, que vai de -30 a +316 ºC. Apresenta pouca perda de massa quando submetido ao vácuo, mesmo em altas temperaturas. Resiste bem quimicamente a: ª Praticamente quase todos os produtos químicos. ª Oxigênio, ozônio, intempéries e envelhecimento. Não resiste quimicamente a: ª Substâncias a base de flúor. ª Álcalis (sódio e potássio). NOMES COMERCIAIS Kalrez .......................... : Du Pont Chemraz ...................... : Greene, Tweed Æ (ODVW{PHURV 5HYHVWLGRV Aplicam-se apenas a anéis do tipo “O” aliando a elasticidade do núcleo (elastômero) com a resistência química do revestimento (PTFE e FEP). Podem ser divididos em revestimentos abertos ou fechados. ƒ $1e,6 20 5(9(67,0(1726 $%(5726 Nestes o núcleo elastomérico, em flúor elastômero, borracha de etileno propileno ou borracha de silicone é envolto por uma ou duas camadas de PTFE. Estes revestimentos apresentam uma abertura como indicado nas figuras 20 e 21. Estes anéis somente podem ser montados em ranhuras axialmente abertas, uma vez que não permitem sua deformação, sob pena de desencaparem. )LJXUD ± $QHO ³2´ FRP UHYHVWLPHQWR GH XPD FDPDGD GH 37)( )LJXUD ± $QHO ³2´ FRP UHYHVWLPHQWR GH GXDV FDPDGDV GH 37)( ƒ $1e,6 20 5(9(67,0(172 )(+$'2
  34. 34. 21 6(/26 0(Æ1,26 21(,78$d­2 Trata-se de um anel “O” com núcleo em fluorelastômero ou silicone, revestido com borracha de etileno-propileno-dieno fluorada (FEP), que apresenta propriedades similares ao PTFE. O revestimento de FEP recobre o núcleo sem aberturas, como mostra a figura 22. Estes anéis apresentam limitações em aplicações dinâmicas severas. As tolerâncias elevadas de fabricação afetam a compressão dos anéis, podendo ocorrer vazamento nas vedações secundárias dos anéis deslizantes, onde a compressão destes anéis é baixa. )LJXUD ± $QHO ³2´ FRP UHYHVWLPHQWR IHFKDGR HP )(3 Æ 1mR (ODVW{PHURV É a denominação genérica dada a substâncias sintéticas e naturais, que em comparação aos elastômeros, apresentam baixa elasticidade ou fluem quando sujeitos a pequenas cargas, como por exemplo, polímeros ou fibras. Dentre estes se destacam: ª Grafite expandido ª PTFE ƒ *5$),7( (;3$1','2 Apresenta em sua composição 99,9% de carbono sob forma lamelar, podendo ser conformado sem o auxílio de aglutinantes sob a forma de placas, fitas e anéis. Este material é resistente: ª Quimicamente (0 = pH = 14). ª Termicamente (-200 a +550 ºC). ª A radioatividade. ƒ 37)( Ver descrição feita para o politetrafluoretileno (PTFE) em 0$7(5,$,6 '(6/,=$17(6. 3$57(6 0(7È/,$6 Pela norma EN 12756 os componentes metálicos são divididos em: ª Materiais para molas. ª Demais partes metálicas. Neste campo são utilizadas as mais diversas ligas ferrosas ou não, como indicado na tabela da figura 23, que são escolhidas em função de sua resistência química e mecânica a ser buscada em bibliografia específica. A relação abaixo apresenta uma relação dos metais fornecendo sua descrição básica ou marca, bem como o respectivo código da norma EN 12756. ˜¢™¦d)e f¦gih¢j kml¤knƒoSpSqSr h¤setuvwe xey#g D Aço carbono E Aço cromo F Aço cromo-níquel G Aço cromo-níquel-molibdênio M Ligas com alto teor de níquel N Bronze T Demais ligas )LJXUD ± 0DWHULDLV 0HWiOLFRV

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