A escolha do material para a sua vedação é importante, pois influenciará a qualidade, a vida útil e o desempenho da aplicação, além de minimizar problemas futuros. Aqui, analisaremos como o ambiente afetará a seleção do material da vedação, bem como alguns dos materiais mais comuns e suas aplicações mais adequadas.
Fatores ambientais
O ambiente ao qual uma vedação será exposta é crucial na seleção do design e do material. Existem diversas propriedades essenciais que os materiais de vedação precisam ter para todos os ambientes, incluindo a criação de uma superfície de vedação estável, capacidade de conduzir calor, resistência química e boa resistência ao desgaste.
Em alguns ambientes, essas propriedades precisarão ser mais robustas do que em outros. Outras propriedades do material que devem ser levadas em consideração ao analisar o ambiente incluem dureza, rigidez, expansão térmica, resistência ao desgaste e resistência química. Ter esses fatores em mente ajudará você a encontrar o material ideal para sua vedação.
O ambiente também pode determinar se a prioridade deve ser dada ao custo ou à qualidade da vedação. Em ambientes abrasivos e agressivos, as vedações podem ser mais caras devido à necessidade de materiais suficientemente resistentes para suportar essas condições.
Para esses ambientes, investir em uma vedação de alta qualidade se pagará ao longo do tempo, pois ajudará a evitar as paradas dispendiosas, reparos e reformas ou substituições da vedação que uma vedação de qualidade inferior acarretaria. No entanto, em aplicações de bombeamento com fluidos muito limpos e com propriedades lubrificantes, uma vedação mais barata pode ser adquirida em detrimento de rolamentos de maior qualidade.
Materiais de vedação comuns
Carbono
O carbono usado nas faces de vedação é uma mistura de carbono amorfo e grafite, sendo que as porcentagens de cada um determinam as propriedades físicas do carbono final. É um material inerte e estável, com capacidade de autolubrificação.
É amplamente utilizado como uma das faces terminais em selos mecânicos, sendo também um material popular para selos circunferenciais segmentados e anéis de pistão em condições de lubrificação a seco ou com pequenas quantidades de lubrificação. Essa mistura de carbono/grafite também pode ser impregnada com outros materiais para conferir-lhe diferentes características, como porosidade reduzida, melhor desempenho em termos de desgaste ou maior resistência.
A vedação de carbono impregnada com resina termofixa é a mais comum para selos mecânicos, sendo que a maioria dos carbonos impregnados com resina é capaz de operar em uma ampla gama de produtos químicos, desde bases fortes até ácidos fortes. Possuem também boas propriedades de fricção e um módulo adequado para ajudar a controlar distorções de pressão. Este material é adequado para uso geral até 260 °C (500 °F) em água, fluidos de arrefecimento, combustíveis, óleos, soluções químicas leves e aplicações nas indústrias alimentícia e farmacêutica.
As vedações de carbono impregnadas com antimônio também se mostraram eficazes devido à resistência e ao módulo de elasticidade do antimônio, tornando-as ideais para aplicações de alta pressão que exigem um material mais resistente e rígido. Essas vedações também são mais resistentes à formação de bolhas em aplicações com fluidos de alta viscosidade ou hidrocarbonetos leves, o que as torna o padrão para muitas aplicações em refinarias.
O carbono também pode ser impregnado com formadores de película, como fluoretos, para aplicações de funcionamento a seco, criogenia e vácuo, ou com inibidores de oxidação, como fosfatos, para aplicações de alta temperatura, alta velocidade e turbinas, até 800 pés/seg e cerca de 537 °C (1.000 °F).
Cerâmica
Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos não metálicos feitos de compostos naturais ou sintéticos, mais comumente óxido de alumínio ou alumina. Possuem alto ponto de fusão, alta dureza, alta resistência ao desgaste e à oxidação, sendo amplamente utilizados em indústrias como a de máquinas, química, petróleo, farmacêutica e automotiva.
A alumina também possui excelentes propriedades dielétricas e é comumente usada em isolantes elétricos, componentes resistentes ao desgaste, meios de moagem e componentes para altas temperaturas. Em altos graus de pureza, a alumina apresenta excelente resistência química à maioria dos fluidos de processo, com exceção de alguns ácidos fortes, o que a torna adequada para uso em diversas aplicações de selos mecânicos. No entanto, a alumina pode fraturar facilmente sob choque térmico, o que restringe seu uso em algumas aplicações onde isso poderia ser um problema.
O carboneto de silício é produzido pela fusão de sílica e coque. É quimicamente semelhante à cerâmica, mas possui melhores qualidades de lubrificação e é mais duro, o que o torna uma boa solução de alta resistência para ambientes agressivos.
Também pode ser retificado e polido, permitindo que uma vedação seja recondicionada diversas vezes ao longo de sua vida útil. Geralmente é utilizado em aplicações mecânicas, como em vedações mecânicas, devido à sua boa resistência à corrosão química, alta resistência mecânica, alta dureza, boa resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e alta resistência à temperatura.
Quando utilizado em faces de selos mecânicos, o carboneto de silício proporciona melhor desempenho, maior vida útil do selo, menores custos de manutenção e menores custos operacionais para equipamentos rotativos, como turbinas, compressores e bombas centrífugas. O carboneto de silício pode apresentar diferentes propriedades dependendo do seu processo de fabricação. O carboneto de silício obtido por reação é formado pela união de partículas de carboneto de silício entre si em um processo de reação.
Este processo não afeta significativamente a maioria das propriedades físicas e térmicas do material; no entanto, limita sua resistência química. Os produtos químicos mais comuns que representam um problema são os cáusticos (e outros produtos químicos com pH elevado) e os ácidos fortes; portanto, o carbeto de silício ligado por reação não deve ser usado nessas aplicações.
O carbeto de silício autossinterizado é produzido pela sinterização direta de partículas de carbeto de silício, utilizando auxiliares de sinterização não óxidos, em ambiente inerte e a temperaturas superiores a 2.000 °C. Devido à ausência de um material secundário (como o silício), o material sinterizado diretamente apresenta resistência química a praticamente qualquer fluido e condição de processo que possa ser encontrada em uma bomba centrífuga.
O carboneto de tungstênio é um material altamente versátil, assim como o carboneto de silício, mas é mais adequado para aplicações de alta pressão, pois possui maior elasticidade, o que lhe permite flexionar-se ligeiramente e evitar distorções na face de corte. Assim como o carboneto de silício, ele pode ser reafiado e polido.
Os carbonetos de tungstênio são geralmente fabricados como carbonetos cementados, ou seja, não há tentativa de unir o carboneto de tungstênio a si mesmo. Um metal secundário é adicionado para unir ou cimentar as partículas de carboneto de tungstênio, resultando em um material que possui as propriedades combinadas do carboneto de tungstênio e do metal aglutinante.
Isso tem sido usado como vantagem, proporcionando maior tenacidade e resistência ao impacto do que seria possível apenas com carboneto de tungstênio. Uma das desvantagens do carboneto de tungstênio cementado é sua alta densidade. No passado, utilizava-se carboneto de tungstênio ligado com cobalto, porém ele foi gradualmente substituído por carboneto de tungstênio ligado com níquel devido à sua falta de compatibilidade química, que é um requisito para a indústria.
O carboneto de tungstênio ligado com níquel é amplamente utilizado em faces de vedação onde se desejam propriedades de alta resistência e tenacidade, e possui boa compatibilidade química, geralmente limitada pelo níquel livre.
GFPTFE
O PTFE reforçado com fibra de vidro (GFPTFE) possui boa resistência química e a adição de fibra de vidro reduz o atrito nas superfícies de vedação. É ideal para aplicações relativamente limpas e mais barato que outros materiais. Existem subvariantes disponíveis para melhor adequar a vedação aos requisitos e ao ambiente, melhorando seu desempenho geral.
Buna
A borracha Buna (também conhecida como borracha nitrílica) é um elastômero de baixo custo para anéis de vedação, selantes e produtos moldados. É reconhecida por seu desempenho mecânico e apresenta bom desempenho em aplicações com óleo, produtos petroquímicos e químicos. Devido à sua inflexibilidade, também é amplamente utilizada em aplicações com petróleo bruto, água, diversos álcoois, graxa de silicone e fluido hidráulico.
Por ser um copolímero de borracha sintética, a Buna apresenta bom desempenho em aplicações que exigem adesão a metais e resistência à abrasão, e essa mesma característica química a torna ideal para aplicações de selantes. Além disso, ela suporta baixas temperaturas, pois foi projetada com baixa resistência a ácidos e álcalis leves.
A borracha Buna tem aplicações limitadas em ambientes com fatores extremos, como altas temperaturas, intempéries, luz solar e resistência ao vapor, e não é adequada para uso com agentes sanitizantes de limpeza no local (CIP) que contenham ácidos e peróxidos.
EPDM
O EPDM é uma borracha sintética comumente usada nas indústrias automotiva, de construção e mecânica para vedações e anéis de vedação, tubos e arruelas. É mais caro que a borracha Buna, mas suporta uma variedade de condições térmicas, climáticas e mecânicas devido à sua alta resistência à tração e longa durabilidade. É versátil e ideal para aplicações que envolvem água, cloro, alvejante e outros materiais alcalinos.
Devido às suas propriedades elásticas e adesivas, uma vez esticado, o EPDM retorna à sua forma original independentemente da temperatura. O EPDM não é recomendado para aplicações com óleo de petróleo, fluidos, hidrocarbonetos clorados ou solventes de hidrocarbonetos.
Viton
O Viton é um produto de borracha fluorada de hidrocarboneto, durável e de alto desempenho, usado principalmente em anéis de vedação e juntas o-ring. É mais caro que outros materiais de borracha, mas é a opção preferida para as necessidades de vedação mais exigentes e desafiadoras.
Resistente ao ozono, à oxidação e a condições meteorológicas extremas, incluindo materiais como hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, fluidos halogenados e materiais ácidos fortes, é um dos fluoroelastómeros mais robustos.
A escolha do material correto para vedação é crucial para o sucesso da aplicação. Embora muitos materiais de vedação sejam semelhantes, cada um serve a diferentes propósitos para atender a necessidades específicas.
Data da publicação: 12 de julho de 2023