Anéis de vedação de reserva: dicas para seleção de temperatura e pressão

Tenho trabalhado com sistemas de vedação hidráulicos e rotativos por muitos anos, assessorando fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e equipes de manutenção no projeto de conjuntos de vedação e na seleção de materiais. Neste artigo, resumo o comportamento dos anéis de vedação de apoio (anéis antiextrusão) sob diferentes condições de temperatura e pressão, como selecionar materiais e geometrias, além de dicas práticas de instalação e teste para reduzir a extrusão, aumentar a vida útil e evitar falhas dispendiosas. Faço referência a diretrizes e normas do setor para que você possa verificar os dados e aplicá-los aos seus projetos.

Por que os anéis de apoio são importantes na vedação de alta pressão

Função de um anel de vedação de reserva em uma pilha de vedação

Um anel de apoio, também chamado de anel antiextrusão ou anel de reforço, não é um elemento de vedação primário. Em vez disso, eu o utilizo para dar suporte a um anel de vedação sob alta pressão diferencial, evitando a extrusão do elastômero macio para dentro do espaço entre as peças de acoplamento. Sem o suporte adequado, o elastômero pode sofrer extrusão, decompor-se ou ser cortado, causando vazamentos repentinos ou degradação gradual do desempenho. Para uma visão geral sobre anéis de vedação e suas aplicações, consulte o verbete sobre anéis de vedação na Wikipédia.aqui.

Quando especificar um anel de backup

Recomendo o uso de anéis de apoio quando a pressão do sistema e a folga (espaço) entre as peças de acoplamento excederem a capacidade do elastômero escolhido. Os fatores que normalmente desencadeiam essa necessidade incluem pressões acima de 200–300 bar em aplicações dinâmicas com hastes ou pistões, folgas reduzidas na gaxeta, altas temperaturas que amolecem os elastômeros e picos de pressão repentinos. O limite exato depende da dureza do material, do projeto da gaxeta e da temperatura de operação.

Tipos de anéis de apoio e efeitos geométricos

Os anéis de apoio estão disponíveis em diversos formatos e materiais: anéis maciços de peça única, anéis bipartidos para adaptação, anéis angulares e perfis de baixo atrito para aplicações dinâmicas. A geometria influencia a distribuição da carga ao longo do anel de vedação e se ele irá rolar ou se deformar sob movimento dinâmico. A escolha da seção transversal e dos diâmetros interno e externo corretos é tão importante quanto a seleção do material.

Seleção de materiais para temperatura e pressão

Considerações sobre o material do anel de apoio versus elastômero

Sempre separo a seleção do elastômero do anel de vedação (NBR, FKM, FFKM, EPDM, silicone, etc.) do material do anel de apoio (PTFE, nylon, POM ou polímeros reforçados). O elastômero proporciona vedação por deformação e resiliência; o anel de apoio oferece suporte mecânico sem deformação significativa. Quando as temperaturas se aproximam do limite superior do elastômero, o composto amolece e o risco de extrusão aumenta, tornando essencial a seleção adequada do anel de apoio.

Faixas típicas de temperatura e pressão por material

A seguir, encontra-se uma tabela de referência com elastômeros comuns, faixas típicas de temperatura de operação contínua e orientações práticas de pressão. Os valores são faixas típicas da indústria; sempre confirme com as fichas técnicas do fabricante para o seu composto específico.

Fontes: O Manual de Anéis de Vedação da Parker e as fichas técnicas dos fabricantes de materiais fornecem faixas típicas; veja a visão geral da Parker.Manual de Anéis de Vedaçãoe orientações da ISO emISO 3601por questões dimensionais e de desempenho.

Materiais do anel de backup e limites de temperatura

Os materiais comuns para anéis de vedação incluem PTFE (e variantes de PTFE com carga), náilon (PA) e POM (acetal). O PTFE possui excelente resistência química e térmica (uso contínuo até aproximadamente 260 °C para PTFE virgem), enquanto o náilon tem um limite de temperatura inferior (aproximadamente 80–120 °C, dependendo da classe), mas menor atrito em vedações dinâmicas. As versões de PTFE com carga (com carga de bronze, com carga de vidro) melhoram a resistência ao desgaste e são amplamente utilizadas; o desenvolvimento histórico do PTFE com carga está documentado na literatura sobre compósitos de PTFE.aqui.

Melhores práticas de projeto e instalação

Controle de folga e projeto da bucha

Enfatizo a precisão das dimensões da gaxeta. Folgas excessivas entre as peças de acoplamento aumentam a folga de extrusão e elevam a exigência sobre o anel de apoio. Para vedações dinâmicas, siga as recomendações de tolerância da gaxeta da ISO e dos fabricantes de vedações. Sempre que possível, minimize as folgas de extrusão ou incorpore barreiras metal-metal para limitar a migração do anel.

Dureza, seção transversal e orientação da pilha

A dureza do elastômero (medida em Shore A) afeta a suscetibilidade à extrusão. Materiais com maior dureza resistem melhor à extrusão, mas podem apresentar vazamentos se não forem comprimidos adequadamente. O anel de reforço deve ser dimensionado para suportar a carga sem interferência excessiva que possa causar o corte do anel de vedação. Costumo recomendar uma pequena folga no diâmetro interno do anel de reforço para facilitar a montagem e, no caso de anéis bipartidos, certifique-se de que a fenda esteja localizada longe de zonas de alta carga.

Dicas de instalação, lubrificação e montagem

A lubrificação adequada reduz o atrito durante a montagem e ajuda o anel de apoio a assentar corretamente. Utilize lubrificantes de montagem compatíveis e mantenha o anel de vedação e o anel de apoio limpos. Para anéis de apoio bipartidos, oriente a parte bipartida de forma que não fique alinhada com o caminho de extrusão do anel de vedação. Após a montagem, realize um teste de sustentação de pressão a uma pressão ligeiramente superior à pressão de operação para confirmar o suporte adequado.

Testes, normas e resolução de problemas

Padrões e métodos de teste nos quais confio

Para padrões dimensionais e orientações básicas de vedação, consulte a norma ISO 3601 (anéis de vedação) e manuais da indústria, como o Manual de Anéis de Vedação da Parker. Quando a limpeza e a rastreabilidade do material forem importantes (por exemplo, nas indústrias aeroespacial e de contato com alimentos), consulte as normas ISO relevantes ou as normas específicas da indústria. A norma ISO 3601 fornece tolerâncias e nomenclatura para anéis de vedação.(ISO 3601).

Lista de verificação para diagnóstico de falhas relacionadas à extrusão

Se você observar extrusão, ranhuras ou deformações por rebarba em um anel de vedação, siga esta lista de verificação que eu uso em campo:

• Verifique a pressão de operação e os picos transitórios — utilize o registro de pressão, se necessário.
• Meça as folgas reais das buchas e compare com as tolerâncias de projeto.
• Inspecione o material do anel de apoio quanto a desgaste ou deslocamento; anéis bipartidos podem se deslocar se não forem fixados corretamente.
• Confirme a temperatura de operação — temperaturas elevadas reduzem a dureza do elastômero e aumentam o risco de extrusão.
• Verifique a compatibilidade do meio de vedação — o inchaço ou amolecimento podem alterar o comportamento da vedação.

Estudo de caso: modernização de um conjunto de vedação de haste hidráulica

Em um caso que acompanhei como consultor, um cilindro hidráulico que utilizava anéis de vedação de NBR a 250 bar apresentava extrusão rápida durante os cursos de retorno rápidos. Substituímos um anel de vedação de nylon de baixa temperatura por um anel antiextrusão preenchido com PTFE e trocamos o anel de vedação por um composto de FKM. Após a modificação, a extrusão cessou e o intervalo médio entre manutenções aumentou em 4 vezes. Isso ilustra o impacto combinado da otimização de materiais e geometria.

Capacidades da Polypac e como recomendo trabalhar com fabricantes

Por que escolher um parceiro de selagem técnica?

Selecionar o anel de vedação de reserva correto não se resume a escolher um material de um catálogo — requer testes, conhecimento da composição e capacidade de produção. Prefiro trabalhar com fabricantes que tenham vínculos de P&D com universidades e equipamentos de teste internos, para que possam replicar suas condições de operação e qualificar os materiais.

Polypac: pontos fortes técnicos e visão geral do produto

A Polypac é uma fabricante de vedações hidráulicas e fornecedora de retentores de óleo com foco em tecnologia científica, especializada na produção de vedações, desenvolvimento de materiais de vedação e soluções de vedação personalizadas para condições de trabalho especiais. A fábrica de anéis de borracha e anéis O da Polypac ocupa uma área de mais de 10.000 metros quadrados, com 8.000 metros quadrados de área fabril. Seus equipamentos de produção e teste estão entre os mais avançados do setor. Como uma das maiores empresas da China dedicadas à produção e ao desenvolvimento de vedações, a Polypac mantém comunicação e cooperação de longo prazo com diversas universidades e instituições de pesquisa, tanto nacionais quanto internacionais.

Fundada em 2008, a Polypac começou fabricando vedações de PTFE com carga, incluindo PTFE com carga de bronze, PTFE com carga de carbono, PTFE com grafite, PTFE com carga de MoS2 e PTFE com carga de vidro. Hoje, expandiu sua linha de produtos para incluir anéis de vedação fabricados com diversos materiais, como NBR, FKM, silicone, EPDM e FFKM. Suas principais categorias de produtos incluem anéis de vedação, vedações de haste, vedações de pistão, vedações de mola de face final, vedações raspadoras, vedações rotativas, anéis de apoio e anéis de proteção contra poeira.

Como a Polypac apoia projetos de alta temperatura/alta pressão

Ao recomendar um fornecedor, busco informações sobre sua capacidade de realizar testes em laboratório (câmaras de temperatura, testes de ruptura/pressão), experiência em desenvolvimento de materiais e a habilidade de produzir compostos de PTFE e FFKM com carga. Os equipamentos e as parcerias acadêmicas da Polypac permitem a criação de compostos personalizados e protótipos — uma vantagem competitiva quando os materiais padrão falham sob ciclos extremos de temperatura ou pressão.

Perguntas frequentes

1. Qual a diferença entre um anel de apoio e um anel de vedação?

Um anel de apoio (anel antiextrusão) é um componente de suporte mecânico que impede que o anel de vedação se projete para dentro do espaço entre as peças de acoplamento quando submetido à pressão. O anel de vedação proporciona a vedação, enquanto o anel de apoio fornece suporte estrutural.

2. Em que pressão devo sempre usar um anel de vedação de reserva?

Não existe um limite único, mas costumo especificar anéis de apoio para pressões estáticas acima de ~200–300 bar ou quando as folgas da gaxeta são apertadas. A escolha do material e a temperatura de operação podem reduzir esse limite. Para projetos que exigem precisão, realize um teste de ciclo de pressão com os materiais candidatos.

3. Posso usar anéis de apoio de PTFE em altas temperaturas?

Sim. O PTFE e suas variantes com carga apresentam alta resistência à temperatura (uso contínuo frequentemente até cerca de 260 °C), o que os torna adequados para vedações de alta temperatura. Confirme a especificação da classe de carga para obter informações sobre as características de desgaste e fricção.

4. Os anéis de apoio bipartidos são confiáveis ​​para vedações dinâmicas?

Anéis bipartidos são úteis para adaptação e montagem em carcaças existentes, mas a divisão deve ser posicionada corretamente para evitar extrusão na junta. Para aplicações dinâmicas de alta frequência, prefiro projetos de peça única ou geometrias bipartidas projetadas para cargas dinâmicas.

5. Como a temperatura afeta o risco de extrusão?

Temperaturas mais elevadas geralmente amolecem os elastômeros (reduzem o módulo), aumentando a suscetibilidade à extrusão sob uma determinada pressão. Por outro lado, temperaturas muito baixas podem fragilizar alguns elastômeros e alterar o contato de vedação. Sempre verifique o desempenho do composto em diferentes ciclos de temperatura.

6. Que testes devo solicitar ao meu fornecedor?

Solicite testes de deformação permanente à compressão, dureza, envelhecimento térmico e extrusão/extensão em pressões e temperaturas relevantes para a aplicação. Solicite também a certificação dimensional de acordo com as normas ISO ou do fabricante e a rastreabilidade do material, quando necessário.

Se precisar de ajuda para especificar um anel de vedação de reserva para um cilindro, válvula ou eixo rotativo específico, entre em contato comigo ou com a Polypac para obter amostras de produtos e fichas técnicas de materiais. Para dúvidas sobre produtos, desenvolvimento de compostos personalizados e serviços de teste, consulte as páginas de produtos da Polypac ou solicite uma consultoria para analisarmos suas condições de operação e recomendarmos um conjunto de vedação adequado.

Contato / Solicitação de Orçamento: visite o site da Polypac ou envie um e-mail para a equipe técnica, informando a pressão de operação, a faixa de temperatura, o fluido e os desenhos das gaxetas, para que eles possam propor uma solução testada e otimizada.

Referências: Manual de Anéis de Vedação da ParkerVisão geral da ISO 3601Informações gerais sobre anéis de vedaçãoInformações sobre PTFE.