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 a contenção de fluidos em sistemas onde um eixo rotativo passa por uma carcaça estacionária. Reconhecidos por sua eficácia na prevenção de vazamentos, os selos mecânicos são parte integrante de diversas aplicações industriais, desde bombas a misturadores. Sua classificação é diferenciada, baseando-se em inúmeros parâmetros que incluem características de projeto, materiais utilizados e condições operacionais, para citar apenas alguns. Este artigo analisa 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 buscam aprofundar seu conhecimento sobre esses componentes ou para aqueles que selecionam um selo apropriado para suas necessidades, uma exploração dessa área será indispensável. Desvende o complexo mundo dos selos mecânicos conosco enquanto navegamos por suas diversas classificações e as implicações que cada uma delas traz para as operações industriais.

Classificação por características de projeto

Selos mecânicos do tipo empurrador

Selos mecânicos são componentes essenciais em diversos equipamentos industriais, garantindo a contenção de fluidos e prevenindo vazamentos. Uma categoria importante dentro desses selos são os selos mecânicos do tipo pusher. Esses selos são caracterizados por sua capacidade de manter contato com as faces do selo por meio de um elemento de vedação secundário dinâmico, normalmente um anel de vedação O-ring ou um anel em V. O que distingue os selos do tipo pusher dos demais é sua natureza adaptativa; eles compensam o desgaste e o desalinhamento durante a operação, "empurrando" o selo secundário ao longo do eixo ou luva para manter a integridade da vedação.

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

Entretanto, uma limitação inerente é que, sob condições de alta pressão, há um risco de que a vedação secundária possa ser extrudada para dentro da folga entre o eixo e as partes estacionárias da carcaça da bomba, se não for projetada ou suportada adequadamente.

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

Selos mecânicos do tipo não empurrador

Selos mecânicos do tipo não empurrador 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 luva para manter o contato da face da vedação. Esses selos são projetados para compensar qualquer desgaste e desalinhamento por meio da flexibilidade inerente de seu projeto, que frequentemente inclui componentes como foles ou outras estruturas elásticas.

Em vedações sem pressão, a integridade da vedação é mantida pela elasticidade da unidade de fole, em vez de um mecanismo externo que pressiona as faces da vedação. Essa característica permite que elas acomodem eficazmente a folga axial e a excentricidade sem transferir cargas excessivas para as faces da vedação, resultando em uma vedação mais consistente e confiável em condições operacionais variáveis.

Esses tipos de vedações são particularmente benéficos em situações em que minimizar o atrito e o desgaste é vital, já que não há anel de vedação dinâmico causando potencial travamento ou abrasão no eixo ou na luva. Elas também oferecem vantagens significativas em termos de prevenção de contaminação, pois não retêm detritos tão facilmente entre as peças móveis, o que é crucial em indústrias onde a pureza é uma prioridade.

A ausência de um mecanismo do tipo pusher torna esta classe de selos mecânicos a 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 do tipo não pusher indispensáveis ​​em muitas operações industriais modernas.

Selos balanceados

No âmbito dos selos mecânicos, os selos balanceados destacam-se pela sua avançada capacidade de distribuir uniformemente as forças hidráulicas pelas faces do selo. Ao contrário dos selos não balanceados, que tendem a sofrer com maiores cargas na face e, portanto, conseguem lidar apenas com variações limitadas de pressão, os selos mecânicos balanceados são projetados especificamente para gerenciar altas pressões com eficiência. Isso é alcançado alterando o formato ou a geometria do selo de forma a equalizar a pressão em ambos os lados da interface de vedação.

Este balanceamento minimiza a deformação induzida por pressão nas faces de vedação, prolongando assim sua vida útil, reduzindo a geração excessiva de calor e o desgaste. Também permite uma faixa de operação mais ampla para temperaturas e pressões de fluidos. Como resultado, selos mecânicos balanceados são normalmente mais confiáveis ​​e versáteis em aplicações exigentes. Eles são selecionados com base em sua capacidade de acomodar movimentos axiais e radiais significativos dentro de equipamentos de bombeamento, mantendo um desempenho de vedação impecável.

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

Selos desbalanceados

Selos mecânicos desbalanceados são um projeto fundamental em que as faces do selo são expostas à pressão total da bomba ou do dispositivo que estão protegendo. Esses selos funcionam permitindo que uma face, geralmente fixada ao eixo rotativo, pressione contra uma face estacionária com um mecanismo de mola aplicando força para manter o contato. A pressão no sistema contribui para essa força, mas também pode se tornar prejudicial se ultrapassar certos limites; pressão excessiva pode causar deformação ou desgaste excessivo nas faces do selo.

A principal característica de uma vedação não balanceada é que a força de fechamento aumenta proporcionalmente à pressão do fluido. Embora eficientes em aplicações de baixa pressão, as vedações não balanceadas têm limitações definidas: ao trabalhar sob condições de alta pressão, podem apresentar problemas de confiabilidade devido ao aumento de vazamentos e à redução da vida útil em comparação com outros projetos.

As aplicações ideais para selos mecânicos não balanceados são geralmente encontradas em ambientes onde as pressões são moderadas e não apresentam grandes flutuações. Devido ao seu design mais simples e custo-benefício, eles continuam sendo predominantes em diversos setores para diversas necessidades de vedação de máquinas do dia a dia. Ao especificar um selo não balanceado, deve-se considerar cuidadosamente as condições de operação, como pressão, temperatura e a natureza do fluido a ser selado, para garantir desempenho e durabilidade ideais.

Classificação por arranjo e configuração

Selos mecânicos de ação simples

No âmbito das soluções de vedação industrial, aselo mecânico únicoÉ um componente crítico projetado para evitar vazamentos de fluidos de equipamentos rotativos, como bombas e misturadores. Esse tipo de vedação é comumente chamado de selo mecânico de "ação simples" ou simplesmente "único", devido ao seu design que apresenta uma combinação de faces de vedação.

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

Selos mecânicos simples são amplamente utilizados 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 a compatibilidade com o meio a ser manuseado, além de longevidade e eficácia. Materiais comuns incluem carbono, cerâmica, carboneto de silício e carboneto de tungstênio, entre outros. Os componentes secundários de vedação normalmente envolvem elastômeros como NBR, EPDM, Viton® ou PTFE, usados ​​em diversas configurações para atender a diferentes condições de serviço.

Além disso, esta classe de vedações oferece procedimentos de instalação simples. Devido à sua simplicidade de projeto em relação a arranjos multivedação mais complexos, as vedações mecânicas individuais requerem menos espaço dentro da carcaça do equipamento; essa compacidade pode ser vantajosa na modernização de equipamentos mais antigos ou em ambientes com restrições de espaço.

No entanto, como as vedações simples fornecem apenas uma barreira entre os fluidos do processo e a atmosfera, sem nenhum sistema de proteção 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 predominantes em diversos setores, devido à sua eficiência de custo e à adequação de desempenho para uma ampla gama de aplicações padrão, os selos mecânicos de simples ação representam uma solução fundamental em muitos processos de engenharia. Com a seleção adequada, adaptada às condições específicas e práticas de manutenção adequadas, seguidas de forma consistente ao longo do tempo, esses mecanismos de vedação podem oferecer operação confiável e, ao mesmo tempo, mitigar os riscos associados a vazamentos de fluidos.

Selos mecânicos de dupla ação

Selos mecânicos duplos (de ação), também conhecidos como selos mecânicos duplos ou tandem, são projetados para lidar com aplicações de vedação exigentes, onde selos simples são inadequados. 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 são compostas por duas faces de vedação dispostas lado a lado ou em orientação face a face, dependendo de sua função e dos requisitos de projeto. O espaço entre os dois conjuntos de faces de vedação geralmente é lubrificado e controlado por um sistema de fluido tampão ou fluido de barreira. Esse fluido pode ser pressurizado ou não, dependendo das necessidades da aplicação, atuando como lubrificante e, ao mesmo tempo, como uma camada adicional de prevenção de vazamentos.

A vantagem dos selos mecânicos duplos é sua capacidade de impedir que o fluido do processo seja liberado no ambiente. Em caso de falha do selo primário, o selo secundário assume a função de manter a contenção até que a manutenção possa ser realizada. Além disso, esses selos podem operar sob diferenciais extremos de pressão e são menos afetados por vibrações e desalinhamentos do eixo em comparação com os selos simples.

Selos mecânicos duplos requerem sistemas auxiliares mais complexos para controlar o ambiente entre os dois selos, como um reservatório, uma bomba, um trocador de calor e, frequentemente, uma chave ou medidor de nível, caso sejam utilizados fluidos de barreira. Seu design permite lidar com situações com maiores preocupações de segurança, mas exige um profundo conhecimento dos procedimentos de instalação e práticas de manutenção. Apesar dessa 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

As vedações de diafragma de borracha representam uma categoria distinta na classificação de selos mecânicos, de acordo com o tipo de máquina para a qual são projetadas. 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 de diafragma de borracha de outros tipos é o uso de um diafragma elástico – geralmente feito de borracha ou materiais similares – que permite flexibilidade e compensa variações como desalinhamento entre as faces de vedação ou desgaste. Esse diafragma flexível é fixado à 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, as vedações de diafragma de borracha são adequadas para situações em que outros tipos de vedação seriam prejudicados por movimentos ou distorções dentro do maquinário. Sua capacidade de se adaptar a irregularidades não só garante maior integridade da vedação, como também aumenta sua longevidade e confiabilidade. Normalmente encontradas em bombas, compressores e equipamentos rotativos, essas vedações oferecem facilidade de instalação e manutenção, o que aumenta ainda mais seu apelo prático.

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

Em resumo, as vedações de diafragma de borracha fornecem uma solução funcional adaptada para aplicações específicas de máquinas, nas quais 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.

Vedações de fole de borracha

As vedações de fole de borracha são um tipo de vedação mecânica fundamental para conter fluidos em equipamentos rotativos, como bombas e misturadores. Essas vedações incorporam um elemento elástico de fole de borracha que proporciona flexibilidade para acomodar desalinhamento, deflexão e folga axial do eixo. O princípio de projeto de uma vedação mecânica de fole de borracha baseia-se no uso do fole como uma mola para manter o contato com a face e também como um componente de vedação dinâmico.

A flexibilidade inerente do fole compensa as variações no movimento axial sem exercer tensão indevida sobre as faces da 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 de processo; portanto, são particularmente benéficas em aplicações que envolvem lodos ou fluidos com partículas sólidas.

Em termos de durabilidade, as vedações de fole de borracha apresentam resistência notável a diversos produtos químicos devido à sua compatibilidade com diversos materiais elastoméricos. Portanto, ao selecionar uma vedação de fole de borracha para aplicações específicas, é fundamental considerar tanto a compatibilidade química quanto as temperaturas de operação.

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 a economia, visto 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 diversas situações envolvendo problemas de desalinhamento ou fluidos com alto teor de partículas. Sua capacidade de lidar com dinâmicas operacionais variáveis ​​sem comprometer a confiabilidade da vedação as 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 anel de vedação (O-ring) são um tipo de vedação mecânica que utiliza um anel de vedação como elemento de vedação primário. Este anel de vedação é geralmente montado no diâmetro externo da vedação e é projetado para fornecer a força de vedação necessária por meio da interface entre dois componentes. Essas vedações são comuns em uma variedade de máquinas onde há pressões moderadas a altas, e devem ser capazes de suportar diversos ambientes químicos e temperaturas.

O anel de vedação dessas 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 de operação. A versatilidade da escolha de materiais para anéis de vedação permite soluções personalizadas, adaptadas a requisitos industriais específicos.

Na aplicação, as vedações com anel de vedação (O-Ring Mounted Seals) oferecem diversas vantagens em relação a outros tipos de vedação. Geralmente, oferecem instalação mais fácil devido ao seu design simples. A capacidade de vedação eficaz é proporcionada pelo anel de vedação elastomérico, que se adapta perfeitamente às imperfeições da superfície, proporcionando desempenho confiável mesmo sob pressões e temperaturas variáveis. A natureza dinâmica das vedações com anel de vedação (O-Ring Mounted Seals) as torna adequadas para aplicações em eixos rotativos 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 um desempenho de vedação confiável é necessário. Os procedimentos de manutenção geralmente envolvem a substituição simples 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, essa classificação de selo mecânico desempenha um papel crucial para garantir a contenção de fluidos e evitar vazamentos que podem causar perdas econômicas e potenciais riscos à segurança em 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 específicos. Da simplicidade dos selos de cartucho à robustez dos selos de misturadores e agitadores, da precisão dos selos balanceados à resiliência dos não balanceados, e de configurações simples a duplas, nossa exploração revelou que existe um selo adequado para cada batimento cardíaco de uma máquina.

Tão variadas quanto as aplicações a que se destinam, as vedações mecânicas funcionam como sentinelas contra vazamentos, protegendo tanto as máquinas quanto o ambiente com sua robustez projetada. Seja sob imensa pressão ou à mercê de substâncias corrosivas, essas vedações demonstram que a classificação vai além da mera taxonomia — trata-se de adequar a força à missão.

Se suas máquinas são a alma das suas operações, escolher a vedação correta é fundamental para manter a saúde e a eficiência delas. Proteja a integridade do seu equipamento com uma blindagem sob medida — escolha uma vedação mecânica que atenda diretamente às suas necessidades.