1.1.1 Requisitos de vedação.
Há dois tipos básicos de vedações: estatísticas e dinâmicas. Vedações estatísticas são utilizadas onde não houver movimento relativo na junção a ser vedada. As juntas e anéis “O” são vedações estatísticas típicas.
As vedações dinâmicas são utilizadas quando uma
superfície se move em relação à outra.
Figura 1.1
Usa-se uma vedação dinâmica, por exemplo, quando uma
haste ou eixo rotativo transmitem força ou movimento através de parede de um
reservatório, Figura 1.1; através da carcaça de uma bomba, Figura 1.2; ou
através da carcaça de um outro equipamento rotativo, como um filtro.
Uma aplicação comum dos
selos mecânicos é vedar o eixo rotativo de uma bomba centrífuga. Veja a Figura
1.2. Para melhor compreensão, convém rever rapidamente o princípio de
funcionamento de uma bomba.
Figura 1.2
1-Sucção, 2– Rotor, 3- Descarga,
4- Espelho, 5- Eixo, 6- Selo Mecânico, 7- Sobreposta, 8- Mancais
Qualquer bomba converte a
energia de um acionamento, como por exemplo um motor elétrico ou turbina, em
energia sob a forma de velocidade e pressão ao fluido que esteja sendo
bombeado.
Numa bomba centrífuga com carcaça tipo voluta, o fluido entra pela sucção da bomba, no centro do rotor. Veja as Figuras 1.3 e 1.4.
Figura 1.3 Figura
1.4
O líquido entra no flange de
sucção (A) e flui para o olho do rotor (B). É impulsionado pelas aletas do
rotor (C) sendo acelerado na direção da rotação do rotor. À medida que o
líquido deixa o rotor, a velocidade do líquido aproxima-se da velocidade das
extremidades das aletas.
A
carcaça é em forma de voluta ou espiral; e à medida que o líquido move-se em
alta velocidade de uma área de folga estreita (rotor para carcaça da bomba)
para uma área de folga mais larga, a energia (sob a forma de quantidade de
movimento) é convertida em energia sob a forma de pressão; à medida que o
fluido (deslocando-se a uma pressão mais alta) aproxima-se do bocal de descarga
(E), é direcionado para o bocal por um "cutwater".
A pressão da descarga irá
forçar parte do fluido por trás do rotor, onde ele tentará escapar em torno do
eixo rotativo. Os fabricantes de bombas utilizam diversas técnicas para reduzir
a pressão do fluido que tenta escapar, como:
1) Fazer furos de equilíbrio no
rotor, para que a maior parte da pressão escape para o lado da sucção do rotor
(ver rotor da figura 1.3), ou;
2) A adição de pequenas pás na
face traseira do rotor (ver rotor da figura 1.2).
Todavia, como não há modo de
se eliminar totalmente essa pressão, é preciso usar dispositivos de selagem
para limitar a fuga do produto para a atmosfera. Esses dispositivos, tipicamente,
são gaxetas de compressão ou selos mecânicos.
A escolha de um método de
selagem precisa ser cuidadosamente analisada para cada aplicação, em relação
aos requisitos de instalação, manutenção, consumo de energia, perda de produto
e custos de tratamentos de efluentes (Consulte Flowserve para saber para cada
caso de estudo a relação de custo de manutenção e operação, Gaxetas x Selos
Mecânicos).
1.1.2 Caixa de gaxetas.
As
primeiras tentativas para se controlar o vazamento de fluido em torno de hastes
ou eixos em movimento consistem em simplesmente restringir a força entre o eixo
e a parede do reservatório ou da carcaça da bomba, através de um material macio
e resiliente, envolvendo o eixo como uma extensão da parede do tanque ou da
bomba. Os dispositivos
usados para este fim
receberam o nome caixa de gaxetas.
Essas
vedações primitivas evoluíram para o conceito moderno de gaxetas de compressão,
atualmente encontradas numa grande variedades de materiais e formas para
atender às mais variadas aplicações. A Figura 1.5 mostra uma caixa de gaxetas
típica, vedada por anéis de compressão, de secção quadrada. As gaxetas de
compressão, que precisam ser cuidadosamente montadas numa caixa de gaxetas
limpa, são mantidas num lugar por um preme-gaxetas. À medida que os parafusos
são apertados, a pressão é transmitida pelo preme-gaxetas às gaxetas
forçando-as contra o eixo ou luva, fazendo a vedação. Visto que esta pressão
não é uniformemente distribuída pelas gaxetas, o desgaste mais intenso ocorre
nas primeiras gaxetas, próximas ao preme gaxetas, onde há mais vedação. Veja a
Figura 1.5. O calor desenvolvido pelo atrito, que se concentra na área de
contato entre as gaxetas e o eixo ou luva, pode ser reduzido, permitindo-se que
o fluido vaze para a atmosfera, a uma vazão controlada, geralmente em torno de
90 gotas (6 ml) por minuto num eixo de 50 mm de diâmetro.
Figura
1.5
A selagem
através de gaxetas de compressão é um sistema freqüente em diversas aplicações
devido ao seu baixo custo inicial, fácil disponibilidade e facilidade de
instalação. Por outro lado, sua manutenção é relativamente cara, e a quantidade
de fluido liberada ao meio ambiente pode ser superior à permitida pelas normas
vigentes.
1.1.3 Selos mecânicos
simples
O selo
mecânico foi desenvolvido para eliminar as desvantagens das gaxetas de
compressão. O vazamento pode ser reduzido a um nível que atenda as normas
vigentes (Veja tabela 1.1), e o custo de manutenção será bem menor.
Por outro
lado o treinamento do pessoal de manutenção precisará ser de melhor nível, o
custo inicial poderá ser maior, e o selo mecânico poderá ter de ser
especificamente projetado para a aplicação.
Há dois
grupos principais de vedações para eixos rotativos.
Um grupo
é caracterizado pela ausência teórica de atrito entre os elementos rotativo e
estacionário do selo mecânico. Os selos mecânicos de bucha e de labirinto
pertencem a este grupo.
O segundo
grupo caracteriza-se pelo atrito direto entre as duas superfícies, em função da
rotação do eixo. Dentro deste grupo, há dois subgrupos principais. Os
retentores labiais e as gaxetas de compressão pertencem a primeira subdivisão,
ao passo que os retentores faciais (mais comumente chamados selos mecânicos)
pertencem à segunda.
1.1.3 Selos mecânicos
simples
O selo
mecânico foi desenvolvido para eliminar as desvantagens das gaxetas de
compressão. O vazamento pode ser reduzido a um nível que atenda as normas
vigentes (Veja tabela 1.1), e o custo de manutenção será bem menor.
Por outro
lado o treinamento do pessoal de manutenção precisará ser de melhor nível, o
custo inicial poderá ser maior, e o selo mecânico poderá ter de ser
especificamente projetado para a aplicação.
Há dois
grupos principais de vedações para eixos rotativos.
Um grupo
é caracterizado pela ausência teórica de atrito entre os elementos rotativo e
estacionário do selo mecânico. Os selos mecânicos a gás, de bucha e de
labirinto pertencem a este grupo.
O segundo
grupo caracteriza-se pelo atrito direto entre as duas superfícies, em função da
rotação do eixo. Dentro deste grupo, há dois subgrupos principais. Os
retentores labiais e as gaxetas de compressão pertencem a primeira subdivisão,
ao passo que os retentores faciais (mais comumente chamados selos mecânicos)
pertencem à segunda.
Tabela 1.1 Comparação de vazamentos.
COMPARAÇÃO DE VAZAMENTOS ENTRE GAXETAS E SELOS MECÂNICOS
GAXETAS
EM MÉDIA, 90 GOTAS POR MINUTO
OU 5.400 GOTAS POR HORA
OU 8,6 LITROS POR DIA
OU 3,153 LÍTROS POR ANO
SELOS MECÂNICOS
( MUITO POUCO PARA SE MEDIR POR MINUTO)
EM MÉDIA, 5 GOTAS POR HORA
OU 120 GOTAS POR DIA
OU 2,9 LÍTROS POR ANO
5.400 GOTAS POR HORA/5 GOTAS
POR HORA = 1080
PORTANTO, AS GAXETAS VAZAM
1080 VEZES MAIS QUE OS SELOS MECÂNICOS
Os selos mecânicos podem ser
classificados por projeto e por disposição conforme a tabela 1.2. Todos os
selos mecânicos são constituídos de três conjuntos de peças. Como mostra a
Figura 1.6, eles são:
Figura 1.6
1-Um par de faces primárias de selagem: uma
rotativa e outra estacionária, mostradas aqui em amarelo e laranja.
2-Um par de vedações secundárias, conhecidas como
vedação de eixo e vedação da sede, tais como anéis “O”, cunhas e anéis “V”
posição 1 e 3.
3-Peças do selo mecânico incluindo sobreposta,
colares, anéis de compressão , pinos, molas e foles, mastradas aqui em verde e
cinza claro.
Tabela 1.2
Classificação dos tipos de selos mecânicos.
CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE SELOS MECÂNICOS
Na figura 1.7 o número (1) representa as partes de metal que posicionam e faz o selo girar com o eixo da bomba, elas. contém molas que comprimem e empurram a face rotativa (2) contra a face estacionária (3) Estas partes são flexíveis afim de que possam compensar desalinhamentos estáticos causados por tolerância de produção e instalação do equipamento, tensão da tubulação, deformação térmica e mecânica do equipamento. Elas devem também acomodar desalinhamentos dinâmicos causados por run-out, deflexão e outros impulsos do eixo da bomba dentro de uma certa tolerância.
Figura
1.7
O número (2) representa a
face rotativa do selo plana, dentro de três bandas de luz, as molas e a
pressão hidráulica comprimem a mesma contra a face estacionária (3).
O número (3) representa a
face estacionária e é mantida normalmente na sobreposta e permanece
estacionária em operação. Algumas face estacionária não possuem pinos
antirotação, e todos têm alguma forma de vedação secundária para interromper o
fluxo do líquido entre ela e o seu suporte (sobreposta) da mesma maneira a face
deve estar com planicidade correspondente a no máximo três bandas de luz.
1.1.4 Lubrificação das faces
de selagem
As faces de um selo
mecânico típicos são lubrificadas com uma película de fluido entre elas. Ao
projetar selos mecânicos em função dos níveis desejados de vazamento,
durabilidade e consumo de energia, é preciso levar em consideração como as
faces serão lubrificadas dentre uma série de alternativas.
Para escolher o
tipo ideal de selo mecânico, é preciso conhecer o máximo possível sobre as
condições de operação e o fluido a ser selado. Consulte a Flowserve para melhor
discutir o projeto de selagem a ser utilizado em sua aplicação. A obtenção de
informações completas sobre o fluido e o meio ambiente permitirão que se
escolha o selo mecânico ideal para uma vida longa sem problemas.
1.1.5 Pontos de vedação
Há quatro pontos
principais de vedação num selo mecânico axial. Veja a Figura 1.8. A vedação
primária é na face de selagem (ver 4) o caminho de vazamento no Ponto 3 é
bloqueado por um anel “O”, “V” ou em cunha. Os caminhos de vazamento nos pontos
1 e 2 são bloqueados por juntas ou anéis “O”.
Figura 1.8
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