Como os selos mecânicos são classificados?

Os selos mecânicos desempenham um papel crucial na funcionalidade e longevidade de equipamentos rotativos, atuando como a base para conter fluidos em sistemas onde um eixo rotativo passa através de um alojamento estacionário. Reconhecidos pela sua eficácia na prevenção de vazamentos, os selos mecânicos são parte integrante de diversas aplicações industriais, desde bombas até misturadores. Sua classificação é diferenciada, dependendo de vários parâmetros que incluem características de projeto, materiais usados ​​e condições operacionais, para citar apenas alguns. Este artigo investiga as complexidades da classificação de selos mecânicos, fornecendo distinções claras entre os tipos disponíveis e esclarecendo como cada um é adequado para funções específicas. Para engenheiros e profissionais da indústria que procuram aprofundar a sua compreensão sobre estes componentes ou para aqueles que selecionam um selo adequado às suas necessidades, uma exploração nesta área será indispensável. Desvende conosco o intrincado mundo dos selos mecânicos enquanto navegamos por suas diversas classificações e pelas implicações que cada uma delas traz para as operações industriais.

Classificação por características de design

Selos mecânicos tipo empurrador

Os selos mecânicos são componentes críticos em diversos equipamentos industriais, garantindo a contenção de fluidos e evitando vazamentos. Uma categoria chave dentro dessas vedações são as vedações mecânicas do tipo empurrador. Essas vedações são caracterizadas por sua capacidade de manter contato com as faces da vedação por meio de um elemento de vedação secundário dinâmico, normalmente um O-ring ou um V-ring. O que distingue os selos do tipo empurrador dos outros é a sua natureza adaptativa; eles compensam o desgaste e o desalinhamento durante a operação, “empurrando” a vedação secundária ao longo do eixo ou da luva para manter a integridade da vedação.

Uma de suas vantagens é a capacidade de ajuste ao desgaste da face e às variações de pressão na câmara de vedação sem perder eficácia. Essa capacidade de ajuste os torna adequados para aplicações onde tais alterações são comuns, aumentando a vida útil e a confiabilidade do equipamento.

No entanto, uma limitação inerente é que, sob condições de alta pressão, existe o risco de que a vedação secundária possa ser extrudada na folga entre o eixo e as peças estacionárias da carcaça da bomba se não for projetada ou suportada adequadamente.

Os selos mecânicos do tipo pusher, portanto, oferecem um equilíbrio entre adaptabilidade e durabilidade em aplicações moderadas, mas requerem consideração cuidadosa em cenários de alta pressão para garantir desempenho e segurança contínuos.

Selos mecânicos do tipo não empurrador

Os selos mecânicos do tipo sem impulsor são uma categoria distinta de soluções de vedação que operam sem o uso de elementos de vedação secundários dinâmicos que se movem axialmente ao longo do eixo ou da luva para manter o contato da face do selo. Essas vedações são projetadas para compensar qualquer desgaste e desalinhamento por meio da flexibilidade inerente ao seu projeto, que geralmente inclui componentes como foles ou outras estruturas elásticas.

Em vedações sem impulsor, a integridade da vedação é mantida pela elasticidade da unidade de fole, em vez de por um mecanismo externo que empurra as faces da vedação juntas. Esse recurso permite que eles acomodem com eficiência a folga axial e o desvio sem transferir cargas excessivas para as faces da vedação, levando a uma vedação mais consistente e confiável em diversas condições operacionais.

Esses tipos de vedações são particularmente benéficos em situações em que é vital minimizar o atrito e o desgaste, uma vez que não há nenhum anel de vedação dinâmico que possa causar travamento ou abrasão no eixo ou na luva. Também oferecem vantagens significativas em termos de evitar a contaminação porque não retêm detritos tão facilmente entre as partes móveis, o que é crucial em indústrias onde a pureza é uma prioridade.

A ausência de um mecanismo do tipo empurrador torna esta classe de selos mecânicos uma escolha ideal para aplicações de alta velocidade e aquelas que envolvem fluidos corrosivos ou de alta temperatura que podem degradar anéis de vedação ou componentes de cunha mais tradicionais. A resiliência estrutural contra condições adversas torna os selos mecânicos sem impulsores indispensáveis ​​em muitas operações industriais modernas.

Selos Balanceados

No domínio dos selos mecânicos, os selos balanceados se destacam pela sua capacidade avançada de distribuir uniformemente as forças hidráulicas pelas faces do selo. Ao contrário das vedações não balanceadas, que tendem a sofrer com maior carga facial e, portanto, podem lidar apenas com variações limitadas de pressão, as vedações mecânicas balanceadas são projetadas especificamente para gerenciar altas pressões com eficiência. Isto é conseguido alterando a forma ou geometria da vedação de tal maneira que lhe permite equalizar a pressão em ambos os lados da interface de vedação.

Este equilíbrio minimiza a deformação induzida pela pressão das faces de vedação, prolongando assim a sua vida útil, reduzindo a geração excessiva de calor e o desgaste. Também permite uma faixa operacional mais ampla para temperaturas e pressões de fluidos. Como resultado, os selos mecânicos balanceados são normalmente mais confiáveis ​​e versáteis em aplicações exigentes. Eles são selecionados com base em sua habilidade em acomodar movimentos axiais e radiais significativos dentro do equipamento de bomba, mantendo ao mesmo tempo um desempenho de vedação impecável.

Ao discutir este assunto, torna-se evidente que a escolha entre tipos balanceados e não balanceados depende em grande parte das especificidades da aplicação, incluindo limitações de pressão, características do fluido e restrições mecânicas. As vedações balanceadas realizam um trabalho exemplar em ambientes agressivos, onde a confiabilidade sob tensões térmicas e de pressão substanciais não é apenas preferida, mas essencial para o sucesso operacional.

Selos Desequilibrados

Os selos mecânicos não balanceados são um projeto fundamental onde as faces do selo ficam expostas à pressão total da bomba ou do dispositivo que estão protegendo. Essas vedações funcionam permitindo que uma face, geralmente fixada ao eixo giratório, pressione contra uma face estacionária com um mecanismo de mola aplicando força para manter o contato. A pressão no sistema contribui para esta força, mas também pode tornar-se prejudicial se ultrapassar certos limites; pressão excessiva pode causar deformação ou desgaste excessivo nas faces da vedação.

A principal característica de uma vedação desequilibrada é que a força de fechamento aumenta proporcionalmente com a pressão do fluido. Embora eficientes em aplicações de baixa pressão, as vedações desequilibradas têm limitações definidas – ao trabalhar sob condições de alta pressão, elas podem encontrar problemas de confiabilidade devido ao aumento de vazamentos e à redução da expectativa de vida operacional em comparação com outros projetos.

As aplicações ideais para selos mecânicos desequilibrados são geralmente encontradas em ambientes onde as pressões são moderadas e não variam muito. Devido ao seu design mais simples e economia, eles permanecem predominantes em vários setores para inúmeras necessidades diárias de vedação de máquinas. Ao especificar uma vedação não balanceada, deve-se considerar cuidadosamente as condições operacionais, como pressão, temperatura e a natureza do fluido a ser vedado, para garantir desempenho e longevidade ideais.

Classificação por disposição e configuração

Selos mecânicos simples (de ação)

No domínio das soluções de vedação industrial, oselo mecânico únicoé um componente crítico projetado para evitar vazamento de fluidos de equipamentos rotativos, como bombas e misturadores. Este tipo de vedação é comumente referido como vedação mecânica de 'ação simples' ou simplesmente 'simples', devido ao seu design que apresenta uma combinação de face de vedação.

Uma característica principal dos selos mecânicos simples é que eles possuem uma face estacionária e uma face rotativa. Essas faces são pressionadas entre si por molas – uma única mola ou várias molas pequenas – e formam a principal interface de vedação que impede que o fluido escape pela área do eixo da bomba.

Selos mecânicos simples são amplamente empregados em aplicações onde o fluido do processo não é excessivamente agressivo ou perigoso. Eles operam bem em condições menos exigentes e oferecem uma opção econômica para requisitos de vedação, garantindo confiabilidade com necessidades mínimas de manutenção.

A seleção do material para ambas as faces é essencial para compatibilidade com a mídia manuseada, longevidade e eficácia. Os materiais comuns incluem carbono, cerâmica, carboneto de silício e carboneto de tungstênio, entre outros. Os componentes de vedação secundária normalmente envolvem elastômeros como NBR, EPDM, Viton® ou PTFE usados ​​em diversas configurações para acomodar diferentes condições de serviço.

Além disso, esta classe de vedações oferece procedimentos de instalação simples. Devido à sua simplicidade no projeto em relação a arranjos de vedações múltiplas mais complexos, os vedantes mecânicos únicos requerem menos espaço dentro do invólucro do equipamento; esta compacidade pode ser vantajosa na modernização de equipamentos mais antigos ou em ambientes com restrições espaciais.

No entanto, como as vedações simples fornecem apenas uma barreira entre os fluidos do processo e a atmosfera sem qualquer sistema tampão instalado, elas podem não ser adequadas para aplicações de alto risco envolvendo fluidos tóxicos ou altamente reativos, onde medidas de segurança adicionais se tornam imperativas.

Ainda predominante em vários setores devido normalmente à eficiência de custos e à adequação do desempenho adequado para uma ampla gama de aplicações padrão; selos mecânicos simples (de ação) representam uma solução fundamental em muitos processos de engenharia. Com a seleção adequada, adaptada às condições específicas e práticas de manutenção apropriadas seguidas de forma consistente ao longo do tempo, esses mecanismos de vedação podem oferecer operação confiável e, ao mesmo tempo, mitigar os riscos associados ao vazamento de fluidos.

Selos mecânicos duplos (atuantes)

As vedações mecânicas duplas (de ação), também conhecidas como vedações mecânicas duplas ou tandem, são projetadas para lidar com aplicações de vedação exigentes onde as vedações simples são inadequadas. Eles fornecem uma camada adicional de segurança contra vazamentos e são normalmente usados ​​em processos que envolvem fluidos perigosos, tóxicos ou caros, onde a contenção é crítica.

Essas vedações compreendem duas faces de vedação colocadas costas com costas ou em orientação face a face, dependendo de sua função e dos requisitos do projeto. O espaço entre os dois conjuntos de faces de vedação é geralmente lubrificado e controlado por um fluido tampão ou sistema de fluido de barreira. Este fluido pode ser pressurizado ou despressurizado com base nas necessidades da aplicação e atua como lubrificante, ao mesmo tempo que serve como outra camada de prevenção de vazamentos.

A vantagem dos selos mecânicos duplos é a sua capacidade de impedir que o fluido do processo seja liberado no meio ambiente. Caso a vedação primária falhe, a vedação secundária assume o controle para manter a contenção até que a manutenção possa ser realizada. Além disso, essas vedações podem funcionar sob diferenciais de pressão extremos e são menos afetadas por vibrações e desalinhamentos do eixo em comparação com vedações simples.

As vedações mecânicas duplas requerem sistemas auxiliares mais complexos para controlar o ambiente entre as duas vedações, como um reservatório, uma bomba, um trocador de calor e, muitas vezes, uma chave ou medidor de nível, se forem usados ​​fluidos de barreira. O seu design permite-lhes gerir situações com maiores preocupações de segurança, mas exige um conhecimento profundo dos procedimentos de instalação e práticas de manutenção. Apesar desta complexidade, a confiabilidade dos selos mecânicos duplos em condições extremas os torna indispensáveis ​​em muitos setores industriais, como processamento químico, produção de petróleo e gás e fabricação farmacêutica.

Classificação por Tipo de Máquina

Selos de diafragma de borracha

Os selos diafragma de borracha representam uma categoria distinta na classificação dos selos mecânicos pelo tipo de maquinário para o qual foram projetados. Essas vedações são utilizadas predominantemente onde prevalecem condições de baixa pressão e temperatura, tornando-as ideais para aplicações gerais e não agressivas de vedação de fluidos.

A principal característica que diferencia as vedações diafragma de borracha de outros tipos é o uso de um diafragma elástico – geralmente feito de borracha ou materiais semelhantes a borracha – que permite flexibilidade e compensa variações como desalinhamento entre faces de vedação ou desgaste. Este diafragma flexível é fixado na parte rotativa do conjunto e se move axialmente para manter contato com a face estacionária criando uma vedação dinâmica sem recorrer a mecanismos complexos.

Devido à sua simplicidade e elasticidade, os selos diafragma de borracha são adequados para situações onde outros tipos de selos seriam prejudicados por movimentos ou distorções dentro do maquinário. Sua capacidade de se adaptar a irregularidades não apenas garante maior integridade da vedação, mas também melhora a longevidade e a confiabilidade. Normalmente encontradas em bombas, compressores e equipamentos rotativos, essas vedações oferecem facilidade de instalação e manutenção, aumentando ainda mais seu apelo prático.

Deve-se considerar que, embora essas características tornem as vedações diafragma de borracha versáteis, sua faixa de aplicação é, no entanto, limitada pelas propriedades do elastômero utilizado. Variáveis ​​como compatibilidade química, rigidez, tolerâncias de temperatura e envelhecimento sob diferentes condições ambientais são determinantes críticos para a eficácia e vida útil dessas vedações.

Em resumo, as vedações diafragma de borracha fornecem uma solução funcional adaptada para aplicações específicas de máquinas, onde a adaptabilidade às variações desempenha um papel significativo na manutenção de uma vedação eficaz contra vazamentos de fluidos, preservando ao mesmo tempo o desempenho do equipamento.

Selos de fole de borracha

As vedações de fole de borracha são um tipo de vedação mecânica que serve para conter fluidos em equipamentos rotativos, como bombas e misturadores. Essas vedações incorporam um elemento de fole de borracha elástica que fornece flexibilidade para acomodar desalinhamento, deflexão e folga axial do eixo. O princípio de design de um selo mecânico de fole de borracha gira em torno do uso do fole como uma mola para manter o contato frontal e também como um componente de vedação dinâmico.

A flexibilidade inerente do fole compensa variações no movimento axial sem exercer tensão indevida sobre as faces de vedação, o que é crucial para manter a integridade da superfície de vedação durante a operação. Além disso, essas vedações eliminam a necessidade de molas externas que podem ficar obstruídas com contaminantes do fluido do processo; portanto, são particularmente benéficos em aplicações que envolvem lamas ou fluidos com partículas sólidas.

Quando se trata de durabilidade, as vedações de fole de borracha apresentam resistência louvável contra vários produtos químicos devido à sua compatibilidade com vários materiais elastoméricos. Assim, ao selecionar uma vedação de fole de borracha para aplicações específicas, é imperativo considerar a compatibilidade química e as temperaturas operacionais.

Seu design simples normalmente envolve menos peças em comparação com outros tipos de selos mecânicos, o que tende a reduzir falhas causadas por erros de montagem ou condições operacionais complexas. Essa simplicidade também contribui para a facilidade de instalação e economia, uma vez que não há muitas peças complexas que exijam alinhamento ou ajuste preciso.

Em resumo, as vedações de fole de borracha se destacam por sua funcionalidade adaptável e desempenho robusto em diversos ambientes que envolvem problemas de desalinhamento ou fluidos carregados de partículas. Sua capacidade de lidar com dinâmicas operacionais variadas sem sacrificar a confiabilidade da vedação os torna uma escolha exemplar em diversas aplicações industriais que exigem soluções eficientes de contenção de fluidos.

Vedações montadas em anel de vedação

As vedações montadas em O-Ring são um tipo de vedação mecânica que usa um O-ring como elemento de vedação primário. Este anel de vedação é montado geralmente no diâmetro externo da vedação e é projetado para fornecer a força de vedação necessária através da interface entre dois componentes. Essas vedações são comuns em uma variedade de máquinas onde estão presentes pressões moderadas a altas e devem ser capazes de suportar vários ambientes químicos e temperaturas.

O anel de vedação nessas vedações pode ser fabricado a partir de uma variedade de materiais elastoméricos, como nitrila, silicone ou fluoroelastômeros, cada um selecionado com base na compatibilidade com o fluido a ser vedado e nas condições operacionais. A versatilidade da escolha do material para anéis de vedação permite soluções personalizadas adaptadas a requisitos industriais específicos.

Na aplicação, as vedações montadas em O-Ring oferecem vários benefícios em relação a outros tipos de vedações. Eles normalmente oferecem instalação mais fácil devido ao seu design simples. As capacidades de vedação eficazes são fornecidas pelo anel de vedação elastomérico que se adapta bem às imperfeições da superfície, proporcionando desempenho confiável mesmo sob pressões e temperaturas variadas. A natureza dinâmica das vedações montadas em O-Ring as torna adequadas para aplicações de eixo rotativo onde pode ocorrer movimento axial.

Seu uso é frequentemente encontrado em bombas, misturadores, agitadores, compressores e outros equipamentos onde o espaço radial é limitado, mas é necessário um desempenho de vedação confiável. Os procedimentos de manutenção geralmente envolvem a substituição direta de anéis de vedação desgastados, o que contribui para sua popularidade na manutenção da eficiência operacional e na minimização do tempo de inatividade em instalações que dependem da operação contínua de máquinas.

No geral, esta classificação de selo mecânico desempenha um papel crucial na garantia da contenção de fluidos e na prevenção de vazamentos que poderiam causar perdas econômicas e potenciais riscos à segurança nas indústrias de processo.

Para concluir

No intrincado mundo dos selos mecânicos, percorremos um labirinto de classificações, cada uma projetada para atender a requisitos de vedação e condições operacionais específicas. Da simplicidade das vedações de cartucho à robustez das vedações de misturadores e agitadores, da precisão das vedações balanceadas à resiliência das vedações não balanceadas e das configurações simples a duplas, nossa exploração revelou que existe uma vedação adequada para a pulsação de cada máquina.

Tão variadas quanto as aplicações que atendem, os selos mecânicos atuam como sentinelas contra vazamentos, protegendo o maquinário e o meio ambiente com sua resistência projetada. Seja sob imensa pressão ou à mercê de substâncias corrosivas, estes selos demonstram que a classificação vai além da mera taxonomia – trata-se de combinar o músculo com a missão.

Se suas máquinas são a força vital de suas operações, a escolha da vedação correta é fundamental para manter sua integridade e eficiência. Proteja a integridade do seu equipamento com uma blindagem personalizada — escolha um selo mecânico que atenda diretamente às suas necessidades.