O que é elastômero em selo mecânico

No reino dos selos mecânicos, elastômeros são materiais poliméricos que exibem propriedades elásticas. Esses materiais versáteis são empregados em vários componentes de selos, como O-rings, foles e selos secundários, para fornecer vedação eficaz e evitar vazamento de fluidos.

Elastômeros possuem características únicas, incluindo flexibilidade, resiliência e resistência a produtos químicos e temperaturas extremas, tornando-os indispensáveis em aplicações industriais exigentes. A seleção do elastômero apropriado para um selo mecânico específico depende de fatores como o fluido a ser selado, temperatura operacional, pressão e compatibilidade química.

O que é elastômero em selo mecânico

Um elastômero é um componente crucial em selos mecânicos, fornecendo vedação e flexibilidade em uma ampla gama de aplicações. Elastômeros são materiais poliméricos que exibem propriedades elásticas, permitindo que eles se deformem sob estresse e retornem à sua forma original quando o estresse é removido. Em projetos de selos mecânicos, elastômeros são comumente usados como selos secundários, como anéis de vedação, juntas e foles, para evitar vazamentos e acomodar o movimento do eixo.

Uma aplicação comum de elastômeros em selos mecânicos é o selo de fole elastomérico. Este tipo de selo consiste em um fole elastomérico que atua como selo secundário e elemento de mola, proporcionando flexibilidade axial e mantendo uma força de selagem constante. Os selos de fole elastoméricos são compactos, fáceis de instalar e podem operar independentemente da direção de rotação, tornando-os versáteis para vários tipos e tamanhos de bombas.

Características dos Elastômeros

• Elasticidade e flexibilidade: Os elastômeros possuem a capacidade de se deformar sob estresse e retornar à sua forma original uma vez que o estresse é removido. Essa elasticidade permite que os foles de elastômero e outros componentes de vedação acomodem o movimento do eixo, desalinhamento e vibração sem comprometer a função de vedação.
• Dureza do durômetro: A dureza do durômetro de um elastômero se refere à sua resistência à indentação e é uma medida de sua firmeza. Elastômeros mais macios fornecem melhor vedação contra superfícies irregulares, enquanto elastômeros mais duros oferecem melhor resistência à abrasão e são adequados para aplicações de alta pressão.
• Resistência à compressão: A resistência à compressão é a capacidade de um elastômero de manter sua força de vedação e retornar à sua forma original após ser submetido a compressão prolongada. Elastômeros com alta resistência à compressão minimizam o risco de falha da vedação devido à deformação permanente, garantindo desempenho de vedação consistente por períodos prolongados.
• Resistência à Tração: Resistência à tração refere-se ao estresse máximo que um elastômero pode suportar antes de quebrar. Elastômeros usados em selos mecânicos devem ter resistência à tração suficiente para resistir às forças geradas pela pressão do fluido selado e à carga da mola do conjunto de selos.
• Alongamento na Ruptura: O alongamento na ruptura é o alongamento máximo que um elastômero pode sofrer antes de romper. Elastômeros com alto alongamento na ruptura podem acomodar deformação significativa sem falha, fornecendo uma margem de segurança em caso de estresse ou movimento inesperado.
• Resistência química: Os elastômeros usados em selos mecânicos devem resistir à degradação quando expostos ao fluido selado e ao ambiente circundante.
• Resistência à Temperatura: A faixa de temperatura operacional é outro fator crítico na seleção do elastômero apropriado para um selo mecânico. Os elastômeros devem manter suas propriedades e desempenho de vedação em toda a faixa de temperatura esperada da aplicação.

Tipos de elastômeros usados em selos mecânicos

Nitrila (NBR)

Nitrila, também conhecida como Buna-N, é uma escolha popular de elastômero para selos mecânicos devido à sua excelente resistência a óleos, combustíveis e outros fluidos à base de hidrocarbonetos. Ela oferece boa resistência à abrasão e pode suportar temperaturas que variam de -30°C a 110°C. NBR é comumente usada em aplicações envolvendo produtos de petróleo, como fluidos automotivos e lubrificantes.

Fluorelastômero (FKM)

Fluoroelastômeros, frequentemente chamados de Viton®, exibem resistência química excepcional e podem suportar altas temperaturas de até 200°C. Eles são resistentes a uma ampla gama de produtos químicos agressivos, incluindo ácidos, bases e solventes. FKM é uma escolha ideal para selos mecânicos em indústrias de processamento químico, farmacêutica e de petróleo e gás.

Silicone (VMQ)

Elastômeros de silicone são conhecidos por sua excelente estabilidade térmica e flexibilidade em uma ampla faixa de temperatura, de -60°C a 230°C. Eles oferecem boa resistência ao ozônio, radiação UV e intempéries. No entanto, o silicone tem resistência limitada a óleos e solventes. É frequentemente usado em aplicações de alimentos e bebidas, médicas e farmacêuticas.

Monômero de etileno propileno dieno (EPDM)

EPDM é um elastômero versátil com excelente resistência ao calor, ozônio e intempéries. Ele pode suportar temperaturas de -50°C a 150°C e é compatível com uma variedade de fluidos, incluindo água, vapor e produtos químicos suaves. EPDM é comumente usado em aplicações automotivas, HVAC e industriais.

Perfluoroelastômero (FFKM)

Perfluoroelastômeros, como Kalrez® e Chemraz®, são os elastômeros mais resistentes quimicamente disponíveis. Eles podem suportar temperaturas extremas de até 327°C e são compatíveis com praticamente todos os produtos químicos, incluindo ácidos, bases e solventes altamente agressivos. O FFKM é usado em aplicações críticas onde a falha do selo pode ter consequências severas, como na fabricação de semicondutores e processamento químico.

Poliuretano resistente à hidrólise (HPU)

Elastômeros HPU são projetados especificamente para resistir à hidrólise, que é a degradação do elastômero devido à exposição à água e altas temperaturas. Eles oferecem excelente resistência à abrasão e podem suportar temperaturas de até 120°C. HPU é comumente usado em selos mecânicos para bombas que manuseiam água, águas residuais e outras soluções aquosas.

Vantagens dos Elastômeros

Excelente desempenho de vedação

Elastômeros usados em selos mecânicos fornecem excelente desempenho de vedação em uma ampla gama de aplicações. Sua elasticidade e flexibilidade permitem que eles se adaptem perfeitamente às superfícies que estão selando, criando uma barreira firme que evita vazamentos. Isso é especialmente importante em aplicações dinâmicas, como bombas centrífugas, onde a vedação deve acomodar o movimento do eixo, mantendo uma vedação confiável.

Compatibilidade Química

Outra vantagem fundamental dos elastômeros em aplicações de vedação é sua resistência química. Diferentes compostos de elastômeros são formulados para suportar a exposição a vários produtos químicos, solventes, óleos e outros fluidos. Por exemplo, os fluoroelastômeros (FKM) exibem excelente resistência a muitos produtos químicos agressivos, combustíveis e óleos, tornando-os adequados para uso em ambientes industriais exigentes. Da mesma forma, os elastômeros EPDM têm boa resistência à água, vapor e muitos solventes polares.

Resistência à temperatura

Elastômeros usados em selos mecânicos também são capazes de operar em uma ampla faixa de temperatura. Diferentes compostos de elastômeros têm capacidades de temperatura variadas, com alguns capazes de lidar com temperaturas extremamente altas ou baixas. Fluorelastômeros, por exemplo, podem suportar temperaturas de até 200°C ou mais, enquanto elastômeros de silicone mantêm suas propriedades em temperaturas tão baixas quanto -60°C.

Resistência à abrasão e ao desgaste

Em aplicações envolvendo meios abrasivos ou partículas, elastômeros fornecem boa resistência à abrasão e ao desgaste em comparação a outros materiais de vedação. A natureza resiliente dos elastômeros permite que eles absorvam o impacto de partículas abrasivas sem danos permanentes. Alguns compostos de elastômeros, como poliuretano resistente à hidrólise (HPU), são formulados especificamente para maior resistência à abrasão.

Absorção de vibração e choque

As propriedades de amortecimento inerentes dos elastômeros os tornam excelentes na absorção de vibração e cargas de choque em sistemas mecânicos. Em aplicações com alta vibração ou forças de impacto repentino, os componentes elastoméricos em selos mecânicos ajudam a proteger as superfícies de vedação e outros componentes críticos contra danos. O elastômero atua como um amortecedor, dissipando energia e reduzindo a transmissão de vibração para as faces do selo.

Custo-benefício

Elastômeros são geralmente mais econômicos do que outros materiais de vedação especializados. As matérias-primas e os processos de fabricação para elastômeros são tipicamente menos caros em comparação com ligas exóticas ou cerâmicas avançadas. Além disso, a versatilidade dos elastômeros permite que eles sejam usados em uma ampla gama de projetos e aplicações de selos mecânicos, reduzindo a necessidade de soluções personalizadas caras.

Fatores que afetam o desempenho do elastômero

Temperatura de operação

Elastômeros têm limites de temperatura específicos além dos quais suas propriedades mecânicas se deterioram. Por exemplo, nitrila (NBR) é adequada para temperaturas de -30°C a 110°C, enquanto fluoroelastômeros (FKM) podem suportar -20°C a 200°C. Exceder a faixa de temperatura recomendada pode fazer com que o elastômero endureça, amoleça ou se degrade, comprometendo o desempenho e a vida útil da vedação.

Compatibilidade Química

O elastômero deve suportar o ambiente químico sem inchaço excessivo, encolhimento ou degradação. Diferentes elastômeros oferecem resistência a vários produtos químicos:

• Nitrila (NBR): Resistente a óleos minerais, graxas e alguns combustíveis
• Fluoroelastômero (FKM): Excelente resistência a produtos químicos agressivos, óleos e solventes
• EPDM: Boa resistência a cetonas, álcoois e fluidos de freio, mas baixa resistência a óleos
• FFKM: Resistência química superior, suportando uma ampla gama de produtos químicos agressivos

A incompatibilidade entre o elastômero e o meio pode levar à falha da vedação e vazamento.

Pressão

Altas pressões podem causar compressão excessiva, reduzindo a capacidade do elastômero de manter uma vedação adequada. O limite de pressão depende do tipo de elastômero e do design da vedação. Por exemplo, uma vedação de fole de borracha com um design compacto pode suportar pressões mais altas em comparação a um O-ring padrão.

Abrasão e Desgaste

Em aplicações que envolvem partículas ou meios abrasivos, o elastômero deve exibir boa resistência à abrasão para evitar desgaste prematuro. Elastômeros mais duros, como FKM ou FFKM, geralmente oferecem melhor resistência à abrasão em comparação a materiais mais macios, como silicone ou EPDM. No entanto, elastômeros mais duros podem comprometer o desempenho da vedação em aplicações dinâmicas que exigem flexibilidade.

Velocidade do eixo e excentricidade

O elastômero deve acomodar o movimento do eixo e o desvio em aplicações de vedação dinâmica. Altas velocidades do eixo podem gerar calor e fazer com que o elastômero se desgaste mais rápido. Desvio excessivo do eixo ou desalinhamento pode levar a desgaste irregular e vazamento. Elastômeros com boa resistência à compressão e elasticidade, como FKM ou FFKM, são mais adequados para aplicações de alta velocidade. O projeto de vedação adequado, como incorporar uma mola helicoidal ou convoluções, pode ajudar a compensar o movimento do eixo e manter a eficácia da vedação.