Selos mecânicos para aplicações de alta temperatura

Em ambientes industriais de alta temperatura, manter a integridade e a confiabilidade dos selos mecânicos é primordial. Materiais e projetos especializados são necessários para suportar tensões térmicas extremas e evitar vazamentos em aplicações críticas.

Este artigo explorará as principais considerações e soluções para selos mecânicos operando em condições de alta temperatura.

Modos de falha comuns devido a altas temperaturas

Degradação térmica de materiais de face de vedação

Altas temperaturas podem causar degradação térmica do cara de foca materiais, levando a desgaste prematuro e falha. O calor gerado durante a operação pode quebrar a estrutura molecular das faces do selo, fazendo com que percam suas propriedades mecânicas e estabilidade dimensional. Essa deterioração pode resultar em aumento de vazamento, redução da eficácia da vedação e, finalmente, falha do selo.

Expansão térmica e distorção

A expansão térmica diferencial entre os componentes do selo e o equipamento ao redor pode causar distorção e desalinhamento das faces do selo. Conforme a temperatura aumenta, os vários materiais se expandem em taxas diferentes, potencialmente criando lacunas ou fazendo com que as faces do selo se deformem. Essa distorção pode levar ao aumento de vazamento, desgaste acelerado e desempenho de vedação reduzido.

Quebra e carbonização de lubrificantes

Altas temperaturas podem causar a quebra e carbonização de lubrificantes usados em selos mecânicos. O calor pode degradar as propriedades do lubrificante, reduzindo sua eficácia em minimizar o atrito e o desgaste entre as faces do selo. A carbonização ocorre quando o lubrificante quebra e forma depósitos de carbono duros e abrasivos nas faces do selo, levando a desgaste acelerado e vazamento.

Degradação do selo secundário

O ambiente de alta temperatura também pode afetar as vedações secundárias, como O-rings ou juntas, usadas em vedações mecânicas. Essas vedações são normalmente feitas de materiais elastoméricos que podem se degradar e perder sua elasticidade quando expostos a altas temperaturas. A degradação das vedações secundárias pode resultar em vazamento, comprometendo o desempenho geral de vedação do selo mecânico.

Choque térmico e ciclagem

Mudanças rápidas de temperatura, conhecidas como choque térmico, podem causar estresse significativo nos componentes do selo mecânico. O ciclo térmico, onde o selo passa por ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento, pode levar à fadiga e rachaduras nas faces do selo e outros componentes. Esses estresses térmicos podem reduzir a vida útil do selo e aumentar a probabilidade de falha prematura.

Tipos de selos mecânicos para altas temperaturas

Ao selecionar selos mecânicos para aplicações de alta temperatura, é importante considerar os recursos de design específicos que permitem uma operação confiável sob condições extremas. Os seguintes tipos de selos mecânicos são comumente usados em ambientes de alta temperatura:

Selos Únicos

Selos mecânicos simples consistem em um único conjunto de faces de vedação, normalmente feitas de materiais capazes de suportar altas temperaturas. Esses selos são frequentemente usados em aplicações onde o fluido do processo não é altamente volátil ou perigoso. Os principais materiais de face de vedação para selos simples de alta temperatura incluem:

• Carboneto de silício: Oferece excelente resistência ao calor e ao choque térmico
• Carboneto de tungstênio: Oferece alta dureza e resistência ao desgaste em temperaturas elevadas
• Grafite de carbono: Exibe boa condutividade térmica e propriedades autolubrificantes

Para melhorar o desempenho de vedações simples em aplicações de alta temperatura, recursos adicionais, como camisas de resfriamento, aletas de dissipação de calor e barreiras térmicas, podem ser incorporados ao projeto da vedação.

Selos duplos

Selos mecânicos duplos fornecem uma camada adicional de proteção em ambientes de alta temperatura, tornando-os adequados para aplicações que envolvam fluidos perigosos ou voláteis. Essas vedações consistem em dois conjuntos de faces de vedação, com um fluido de barreira circulando entre elas. O fluido de barreira serve para lubrificar as faces de vedação, dissipar calor e evitar que o fluido do processo escape para a atmosfera.

Alguns fluidos de barreira comumente usados incluem:

• Fluidos à base de glicol: oferecem boa estabilidade térmica e propriedades de transferência de calor
• Fluidos de perfluoropoliéter (PFPE): Oferecem excelente resistência química e térmica
• Fluidos à base de silicone: apresentam boa estabilidade térmica e baixa volatilidade

Selos duplos para aplicações de alta temperatura também podem incorporar sistemas de resfriamento, como trocadores de calor ou resfriadores de ar, para manter a temperatura do fluido de barreira dentro de limites aceitáveis.

Selos de cartucho

Selos mecânicos de cartucho são unidades pré-montadas que combinam os componentes de vedação, placa de glândula e luva em um único pacote fácil de instalar. Esses selos oferecem várias vantagens em aplicações de alta temperatura, incluindo:

• Instalação e manutenção simplificadas: as vedações de cartucho reduzem o risco de montagem incorreta e minimizam o tempo de inatividade durante a substituição da vedação
• Alinhamento aprimorado da face de vedação: o design pré-montado garante o alinhamento adequado das faces de vedação, reduzindo o risco de falha prematura devido ao desalinhamento
• Prevenção aprimorada de vazamentos: as vedações de cartucho geralmente incorporam elementos de vedação secundários, como anéis de vedação ou juntas, para evitar vazamentos entre os componentes da vedação e o equipamento

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