Tecnologia de Vedação e Escolha de Materiais em Sistemas Hidráulicos

A vedação é fundamental para manter um sistema hidráulico funcionando adequadamente. Qualquer vazamento de óleo do cilindro ou do pistão, ou a entrada de qualquer sujeira, reduzirá a vida útil de todo o sistema e diminuirá sua eficiência.

Para impedir que o óleo vaze para fora e que a sujeira entre no sistema, a indústria desenvolveu diversos tipos de vedação, técnicas e métodos. Cada um possui suas próprias vantagens. Em algumas aplicações exigentes, uma única junta de vedação pode não ser suficiente; por isso, os engenheiros utilizam, em vez disso, um sistema completo de vedação.

Escolha e Uso de Sistemas de Vedação

Um sistema de vedação é normalmente composto por várias juntas especiais que atuam em conjunto para garantir um desempenho global excepcional. Um sistema de vedação para cilindros de alta pressão normalmente possui quatro componentes: um limpador (wiper), uma junta de haste (ou junta principal), uma junta amortecedora (ou junta secundária) e um anel-guia. Já um sistema de vedação para pistão geralmente consiste apenas em uma junta principal e um anel-guia.

Os quatro materiais mais utilizados atualmente em juntas hidráulicas são poliuretano (PU), borracha nitrílica (NBR), borracha fluorelastomérica (FKM) e politetrafluoroetileno (PTFE).

Como Escolher o Material Adequado

A escolha do material depende das condições de trabalho. Diferentes produtos químicos reagem

de forma distinta com cada material, e alguns suportam pressões ou temperaturas mais elevadas. O material também deve resistir à deformação por compressão. Portanto, a escolha correta sempre depende da tarefa exata.

A seguir estão os materiais de vedação mais comuns e suas principais aplicações.

1. Poliuretano (PU)

O poliuretano é um material plástico resistente, com muitos grupos uretano em sua estrutura química. Trata-se de um tipo de elastômero termoplástico. Comporta-se parcialmente como plástico rígido e parcialmente como borracha, preenchendo a lacuna entre esses dois materiais.

Suas propriedades resultam de três ingredientes principais: poliol, diisocianato e extensor de cadeia. O tipo e a quantidade de cada um, além da forma como reagem entre si, determinam o desempenho final. O poliuretano normalmente oferece:

· Alta resistência mecânica

· Alta resistência à tração

· Excelente resistência ao desgaste

· Flexibilidade excepcional

·Rigidez que pode ser ajustada em uma ampla faixa

·Ampla faixa de dureza, mantendo ainda assim elasticidade

·Boa resistência ao ozônio e ao envelhecimento

·Excelente resistência ao desgaste e ao rasgamento

·Boa resistência a óleo e gasolina

Faixa de temperatura: -30 a 80 °C. Tipos especiais de alto desempenho podem suportar até 110 °C por longos períodos em óleo mineral.

2. Borracha nitrílica (NBR)

A NBR é produzida a partir de butadieno e acrilonitrila. A quantidade de acrilonitrila (ACN) altera bastante suas propriedades:

·Elasticidade

·Tenacidade em baixas temperaturas

·Quão facilmente o gás passa através do material

·Deformação permanente por compressão

·Resistência à expansão em óleo mineral, graxa e combustível

O NBR com baixo teor de ACN é muito flexível em baixas temperaturas (até cerca de -45 °C), mas apresenta apenas resistência média a óleos e combustíveis. O NBR com alto teor de ACN possui a melhor resistência a óleos e combustíveis, mas pode manter sua flexibilidade apenas até -3 °C.

à medida que o teor de ACN aumenta, a elasticidade diminui e a deformação permanente por compressão piora.

O NBR é adequado para:

·Resistir à expansão em hidrocarbonetos alifáticos, graxas, óleos hidráulicos resistentes ao fogo (HFA/HFB/HFC), óleos vegetais e animais, combustíveis leves e diesel

·Suportar água quente até 100 °C (como em instalações hidráulicas), ácidos fracos e álcalis fracos

·Resistência média a combustíveis altamente aromáticos

Expande-se significativamente em hidrocarbonetos aromáticos, hidrocarbonetos clorados, óleos hidráulicos resistentes ao fogo (HFD), ésteres, solventes polares e fluido de freio à base de glicol.

Faixa de temperatura: -40 a 100 ℃ (curto prazo até 130 ℃). Misturas especiais podem operar a temperaturas tão baixas quanto -55 ℃. Acima desse limite, o material torna-se rígido.

3. Borracha fluorada (FKM)

A FKM é produzida pela combinação de fluoreto de vinilideno (VF) com diferentes quantidades de

hexafluoropropileno (HFP), tetrafluoroetileno (TFE) e outros ingredientes. A composição da mistura e o teor de flúor (65 % a 71 %) determinam sua resistência química e sua resistência a baixas temperaturas. Pode ser vulcanizada com diaminas, bisfenóis ou peróxidos orgânicos.

A FKM é conhecida por:

· Excelente resistência a altas temperaturas

· Resistência excepcional a óleo, gasolina, óleo hidráulico e solventes de hidrocarbonetos

· Boa resistência ao fogo

· Muito baixa permeabilidade a gases

· Alta absorção (inchaço) em solventes polares, cetonas, óleos hidráulicos resistentes ao fogo do tipo Skydrol e fluido de freio

Faixa de temperatura: aproximadamente de -20 a 200 ℃ (curtos períodos até 230 ℃). Graus especiais podem variar de -50 a 200 ℃.

4. Politetrafluoroetileno (PTFE)

O PTFE é produzido a partir de tetrafluoroetileno. Este material não elástico é especial porque:

· Sua superfície é muito lisa e estável

· É não tóxico até 200 ℃ · Possui atrito extremamente baixo contra quase qualquer outra superfície — o atrito estático e o dinâmico são quase iguais

· Excelente isolamento elétrico (quase inalterado por frequência, temperatura ou condições climáticas)

· Resistência química superior à de qualquer outro plástico ou borracha

· É atacado apenas por metais alcalinos líquidos e alguns compostos fluorados em altas temperaturas

Faixa de temperatura: de -200 ℃ a 260 ℃. Mesmo em temperaturas muito baixas, ainda mantém certa flexibilidade, sendo por isso utilizado em muitas aplicações de extremo frio.

como o PTFE não é muito elástico e pode sofrer deformação lenta (creep) ao longo do tempo, a maioria das vedações hidráulicas combina-o com uma mola ou peça de borracha para manter o lábio firmemente vedado.

Designs Comuns de Vedação em Cilindros Hidráulicos

Aqui estão os tipos mais comuns de vedação utilizados em cilindros hidráulicos.

1. Vedação de Pistão

·Vedação entre o pistão e o tubo do cilindro — essencial para o funcionamento adequado do cilindro

·O design mais comum é a vedação com lábio, mas também são utilizadas juntas tóricas (O-rings) ou vedação em T

·Deve garantir uma vedação hermética ao mesmo tempo que mantém o atrito baixo

·Fabricada em diferentes materiais conforme a aplicação

·Requer pressão do sistema para comprimir o lábio firmemente

2. Raspadores (Vedações contra Poeira)

·Ação raspante robusta para impedir a entrada de lama, água, poeira e sujeira

·Reintroduzir a película de óleo de volta ao sistema quando o êmbolo recua

·Proteger as vedações principais e prolongar sua vida útil

·Geralmente fabricadas em poliuretano de alta resistência ao desgaste

·Frequentemente utilizadas também como vedação de graxa em pinos de articulação

3. Vedação do Êmbolo

·Evitar que o óleo vaze para fora do sistema

·Devem funcionar bem tanto em baixa quanto em alta pressão

·Precisam apresentar excelente resistência à extrusão e ao desgaste

·Devem reintroduzir a película de óleo de volta ao sistema

·Geralmente suportam pressões até 31,5 MPa

4. Vedação de Amortecimento

· Suporta choques súbitos de alta pressão

· Protege a vedação da haste contra picos de pressão

· Pode liberar a pressão aprisionada entre as vedações, o que prolonga a vida útil da vedação da haste e permite uma folga maior sem extrusão. Além disso, é altamente resistente ao desgaste.

5. Anéis-Guia (Faixas Antidesgaste)

· Impede que peças metálicas internas do cilindro entrem em contato umas com as outras

· Mantém a haste do pistão e o pistão centralizados

· Contribui para prolongar a vida útil das vedações

6. Retentores em O

· Os mais comuns para vedações estáticas (não móveis)

·Vedação por compressão radial ou axial

·Funciona em ambas as direções

·Pode ser usado como fornecedor de força ou como vedação principal

·Autovedação — não é necessária pressão ou velocidade adicional

A tecnologia de vedação é o coração da confiabilidade, da longa vida útil e da eficiência dos sistemas hidráulicos. Desde a escolha do material adequado até o projeto de um sistema completo com múltiplas peças, cada decisão deve corresponder exatamente às condições de pressão, temperatura e operação.