A escolha do material para a sua vedação é importante, pois determinará a qualidade, a vida útil e o desempenho de uma aplicação, além de reduzir problemas futuros. Aqui, analisamos como o ambiente afetará a seleção do material da vedação, bem como alguns dos materiais mais comuns e para quais aplicações eles são mais adequados.
Fatores ambientais
O ambiente ao qual a vedação será exposta é crucial na seleção do design e do material. Há uma série de propriedades essenciais que os materiais de vedação precisam para todos os ambientes, incluindo a criação de uma superfície de vedação estável, capaz de conduzir calor, ser resistente a produtos químicos e ter boa resistência ao desgaste.
Em alguns ambientes, essas propriedades precisarão ser mais resistentes do que em outros. Outras propriedades do material que devem ser levadas em consideração ao considerar o ambiente incluem dureza, rigidez, expansão térmica, desgaste e resistência química. Ter isso em mente ajudará você a encontrar o material ideal para sua vedação.
O ambiente também pode determinar se o custo ou a qualidade da vedação podem ser priorizados. Para ambientes abrasivos e agressivos, as vedações podem ser mais caras devido à necessidade de materiais resistentes o suficiente para suportar essas condições.
Para tais ambientes, o investimento em uma vedação de alta qualidade se pagará ao longo do tempo, pois ajudará a evitar paradas, reparos e reformas ou substituições dispendiosas da vedação, o que ocorreria com uma vedação de qualidade inferior. No entanto, em aplicações de bombeamento com fluido muito limpo que tenha propriedades lubrificantes, uma vedação mais barata pode ser adquirida em favor de rolamentos de qualidade superior.
Materiais de vedação comuns
Carbono
O carbono utilizado nas faces de vedação é uma mistura de carbono amorfo e grafite, sendo que as porcentagens de cada um determinam as propriedades físicas do grau final do carbono. É um material inerte, estável e autolubrificante.
É amplamente utilizado como um dos pares de faces finais em selos mecânicos e também é um material popular para selos circunferenciais segmentados e anéis de pistão sob lubrificação a seco ou com pequenas quantidades de lubrificação. Esta mistura de carbono/grafite também pode ser impregnada com outros materiais para lhe conferir características diferentes, como porosidade reduzida, melhor desempenho contra desgaste ou maior resistência.
A vedação de carbono impregnado com resina termofixa é a mais comum para selos mecânicos, sendo a maioria dos carvões impregnados com resina capaz de operar em uma ampla gama de produtos químicos, desde bases fortes até ácidos fortes. Eles também apresentam boas propriedades de atrito e um módulo de elasticidade adequado para ajudar a controlar distorções de pressão. Este material é adequado para aplicações gerais de até 260 °C (500 °F) em água, líquidos de arrefecimento, combustíveis, óleos, soluções químicas leves e alimentos e medicamentos.
As vedações de carbono impregnadas com antimônio também se mostraram eficazes devido à resistência e ao módulo do antimônio, tornando-as ideais para aplicações de alta pressão quando um material mais resistente e rígido é necessário. Essas vedações também são mais resistentes à formação de bolhas em aplicações com fluidos de alta viscosidade ou hidrocarbonetos leves, tornando-as a classe 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 inibidores de oxidação, como fosfatos, para aplicações de alta temperatura, alta velocidade e turbinas de até 800 pés/seg e cerca de 537 °C (1.000 °F).
Cerâmica
Cerâmicas são materiais inorgânicos não metálicos feitos de compostos naturais ou sintéticos, mais comumente óxido de alumina ou alumina. Apresentam alto ponto de fusão, alta dureza, alta resistência ao desgaste e à oxidação, sendo amplamente utilizadas em indústrias como a de máquinas, química, petrolífera, farmacêutica e automobilística.
Também possui excelentes propriedades dielétricas e é comumente utilizada em isolantes elétricos, componentes resistentes ao desgaste, meios de moagem e componentes de alta temperatura. Em altas purezas, a alumina apresenta excelente resistência química à maioria dos fluidos de processo, com exceção de alguns ácidos fortes, o que a torna adequada para diversas aplicações de selos mecânicos. No entanto, a alumina pode fraturar facilmente sob choque térmico, o que tem restringido seu uso em algumas aplicações onde isso pode 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 resistente para ambientes agressivos.
Também pode ser repolido e polido, permitindo que a vedação seja recondicionada diversas vezes ao longo de sua vida útil. Geralmente, é usado em aplicações mais mecânicas, como em selos mecânicos, 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 resulta em 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 ter propriedades diferentes dependendo de como foi fabricado. O carboneto de silício ligado por reação é formado pela ligação 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, porém limita sua resistência química. Os produtos químicos mais comuns que causam problemas são cáusticos (e outros produtos químicos com pH alto) e ácidos fortes e, portanto, o carboneto de silício ligado por reação não deve ser usado nessas aplicações.
O carboneto de silício autosinterizado é produzido pela sinterização direta de partículas de carboneto de silício, utilizando agentes de sinterização não óxidos, em um ambiente inerte a temperaturas acima de 2.000 °C. Devido à ausência de um material secundário (como o silício), o material sinterizado diretamente é quimicamente resistente a quase todos os fluidos e condições de processo que podem ser observados 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 levemente e evitar a distorção da face. Assim como o carboneto de silício, ele pode ser relapidado e polido.
Os carbonetos de tungstênio são frequentemente fabricados como carbonetos cimentados, de modo que não há tentativa de unir o carboneto de tungstênio a si mesmo. Um metal secundário é adicionado para ligar ou cimentar as partículas de carboneto de tungstênio, resultando em um material que possui as propriedades combinadas do carboneto de tungstênio e do ligante metálico.
Isso tem sido usado com vantagem, proporcionando maior tenacidade e resistência ao impacto do que seria possível apenas com o carboneto de tungstênio. Uma das fraquezas do carboneto de tungstênio cimentado é sua alta densidade. No passado, o carboneto de tungstênio ligado à cobalto era utilizado, porém, ele tem sido gradualmente substituído pelo carboneto de tungstênio ligado à níquel devido à sua falta de compatibilidade química exigida pela indústria.
O carboneto de tungstênio ligado ao níquel é amplamente utilizado em faces de vedação onde propriedades de alta resistência e alta tenacidade são desejadas, e tem boa compatibilidade química geralmente limitada pelo níquel livre.
GFPTFE
O GFPTFE possui boa resistência química e o vidro adicionado reduz o atrito das faces de vedação. É ideal para aplicações relativamente limpas e é mais barato do que outros materiais. Existem subvariantes disponíveis para melhor adaptar a vedação aos requisitos e ao ambiente, melhorando seu desempenho geral.
Buna
Buna (também conhecida como borracha nitrílica) é um elastômero de baixo custo para anéis de vedação, selantes e produtos moldados. É bem conhecido por seu desempenho mecânico e apresenta bom desempenho em aplicações à base de óleo, petroquímicas e químicas. Também é amplamente utilizado em aplicações com petróleo bruto, água, diversos tipos de álcool, graxa de silicone e fluidos hidráulicos devido à sua rigidez.
Como o Buna é um copolímero de borracha sintética, ele apresenta bom desempenho em aplicações que exigem adesão metálica e material resistente à abrasão, e sua composição química também o torna ideal para aplicações de selantes. Além disso, ele pode suportar baixas temperaturas, pois foi projetado com baixa resistência a ácidos e moderada resistência a álcalis.
Buna é limitado em aplicações com fatores extremos, como altas temperaturas, clima, luz solar e resistência ao vapor, e não é adequado com agentes de higienização de limpeza no local (CIP) que contenham ácidos e peróxidos.
EPDM
EPDM é uma borracha sintética comumente usada em aplicações automotivas, de construção e mecânicas para vedações e anéis de vedação, tubos e arruelas. É mais cara que a Buna, mas pode suportar uma variedade de propriedades térmicas, climáticas e mecânicas devido à sua alta resistência à tração e longa duração. É versátil e ideal para aplicações que envolvam água, cloro, água sanitária 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
Viton é um produto de borracha fluorada de hidrocarboneto, de alta performance e longa duração, mais comumente utilizado em O-Rings e vedações. É mais caro do que outros materiais de borracha, mas é a opção preferida para as necessidades de vedação mais desafiadoras e exigentes.
Resistente ao ozônio, à oxidação e às condições climáticas extremas, incluindo materiais como hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, fluidos halogenados e materiais ácidos fortes, é um dos fluoroelastômeros mais robustos.
A escolha do material correto para a vedação é fundamental para o sucesso de uma aplicação. Embora muitos materiais de vedação sejam semelhantes, cada um atende a uma variedade de propósitos para atender a qualquer necessidade específica.
Data de publicação: 12 de julho de 2023