INTRODUÇÃO:
Selo mecânico é um termo de uso muito frequente na produção e manutenção de empresas que trabalham com algum tipo de fluido (*1), como por exemplo, as empresas químicas, petroquímicas, de óleo e gás, entre tantas outras. Se você está em uma empresa que operam um líquido ou um gás, você vai ouvir falar dele, o selo mecânico.
Muitos dos fluidos operados por essas empresas possuem riscos, que podem ser classificados em riscos ocupacionais, como risco a vida, riscos ambientais ,como contaminação de lençol freático, e risco a segurança, como incêndio. Abordaremos esses detalhes em artigos futuros.
Como nada trabalha de graça, equipamentos são necessários para mover ou transformar esses fluidos. Aqui entram os chamados equipamentos rotativos (*2). Estes, por sua vez, possuem folgas entre as partes estacionárias e as rotativas, de tal maneira que, um vazamento residual (*3) é esperado. Este vazamento dependerá, principalmente, do tipo de vedação escolhida. As mais comuns são as gaxetas (veja o artigo sobre gaxeta clicando aqui) e os selos mecânicos.
O QUE É SELO MECÂNICO:
Mas afinal, o que é selo mecânico?
Por definição, selo mecânico, é um tipo de elemento de máquina (*4), utilizado somente na vedação de equipamentos rotativos que operam algum tipo de fluido (*5), onde as bombas centrífugas são as mais frequentes, mas ele também poderá estar presente em compressores, reatores, agitadores, ventiladores, entre outros.
COMPONENTES DE UM SELO MECÂNICO:
Já sabemos o que é, mas como ele funciona?
Para entendermos como ele funciona, precisamos compreender antes como ele é constituído.
De uma maneira bem simples, qualquer selo mecânico terá um ou mais pares de peças de sacrifício que recebem o nome de faces de vedação (*6). Estas são, na maioria dos selos, muito lisas pois são lapidadas e polidas. Uma das faces é estacionária enquanto a outro gira solidária ao eixo.
A face estacionária é chamada de sede, mating ring ou seat do inglês e a face rotativa recebe o nome, dependendo do fabricante, de anel primário ou anel deslizante. Ilustrada na figura 1, são as peças em azul.
Como as faces são peças móveis e sua montagem não é feita por interferência (*7), uma folga existirá no local de montagem. Aí temos mais duas zonas de vazamento, por trás das faces. Para evitá-lo é usado outro elemento de vedação que recebe o nome de vedações secundárias (*8). Estas podem ser anéis O, como representado na figura 1, juntas ou cunhas de teflon, "V-ring"(*9), entre outros.
Um componente importante do selo é o elemento elástico (*10), no caso da figura 1, a mola. Muitos acreditam que a função da mola ou elemento elástico é promover o fechamento do selo mecânico durante a operação do equipamento, mas na prática, o principal responsável por isso é a pressão hidráulica do equipamento.
A mola é fundamental para o fechamento do selo enquanto o equipamento está fora de operação, ou seja, quando não existe pressão hidráulica de operação.
Para finalizar a construção do selo mecânico, faltam os elementos de transmissão de torque. Quem me garante que a parte rotativa irá girar solidariamente com o eixo? É aí que surgem os pinos e o estojo (*11) que também tem função de montagem.
Ao conjunto de peças que possui a compensação ou movimento axial do selo mecânico recebe o nome de cabeça do selo, no caso da figura 1, formado pelo estojo, mola, anel e face. Em selos convencionais, costuma ser a parte rotativa, daí o nome cabeça rotativa, mas não é uma regra. Existem muitos selos, principalmente os cartuchos, que as sedes são rotativas.
Agora que já sabemos os componentes de um sele mecânico, podemos entender como ele funciona.
COMO FUNCIONA O SELO MECÂNICO:
Quando o equipamento está parada, as faces do selo mecânico estão totalmente em contato, devido a força de mola.
A partir do momento que o equipamento inicia a sua operação, uma força hidráulica (*12) proveniente da pressão hidráulica do equipamento começa atuar. Pela Lei de Pascal (*13), a força age em todas as direções e por conta disso parte do fluido operado penetra entre nas face, separando-as. Esse líquido que fica entre as faces é chamado de filme de líquido ou película interfacial, representado na figura 2.
Para efeito didático e ilustrativo, mudamos a cor e estamos exagerando na distância ilustrada na figura 2. Esta distância é muito pequena e imperceptível a olho nu.
Eu costumo dizer que essas faces operam, ao mesmo tempo, juntas e separadas. Pode parecer estranho, mas é assim mesmo. Durante a operação do equipamento, elas estão, geralmente, separadas de uma distância de 2 a 10 mícrons (*14). Esta distância não é o suficiente para evitar contato entre os picos (*15) das superfície das faces, mas também não está juntas o suficiente para se afirmar que estão solidárias. Em função desse contato relativo entres faces é que temos a primeira geração de calor no selo mecânico.
Pelo princípio da aderência (*16) teremos um perfil de velocidades entre as faces e consequentemente um cisalhamento do fluido, o que também gera calor (assista aula sobre viscosidade para entender mais).
Agora vem uma pergunta muito importante: "E daí, qual a ligação entre a película interfacial e a geração de calor?"
Como pode ser observado na figura 2, o filme de líquido tem contato direto com o ambiente e é daí que vem o vazamento residual, mas com gerado, esse líquido evapora.
É por isso que não enxergamos o vazamento do selo mecânico a olho nú e quando o selo está danificado as pessoas, de um modo geral, dizem : "O selo mecânico está vazando".
Essa eu chamo de "A primeira Mentira falada Sobre o Selo Mecânico", e eu explico melhor porque no vídeo abaixo:
Na verdade o selo mecânico vaza o tempo todo e é por isso, que dependendo do fluido, é muito perigoso ficar em campo sem as proteções adequadas.
Eu mesmo, já estive em empresas que só de passar ao lado da área produtiva, já fiquei com os olhos ardendo.
O assunto é tão vasto que vamos precisar de diversos artigos para dar uma breve noção sobre o assunto.
No vídeo abaixo eu abordo esses pontos:
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Nos vemos logo mais, um abraço.
Escrito por: Micelli Camargo
Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI desde 2005
MBA Executivo em Marketing pela Fundação Getúlio Vargas – FGV em 2016
Especialização em Metodologia do Ensino Superior pela Uniderp em 2010
Engenheiro de vendas e aplicações com mais de 14 anos de experiência em vendas técnicas, sendo os últimos 08 anos na área de vedação em uma multinacional, fabricante de selos mecânicos, além de atuar como professor e produtor de vídeo-aulas, artigos e cursos relacionados à engenharia em Cursos Engenharia e Cia.
Atualmente coordenador da divisão técnica de Manutenção do Instituto de Engenharia.
GLOSSÁRIO:
(*1) Fluido: é qualquer substância que esteja no estado líquido ou gasoso.
(*2) Equipamento Rotativo: Qualquer equipamento que possui uma parte estacionária e uma outra parte que gira por meio de um eixo. Este pode ou não operar um fluido.
(*3) Vazamento Residual: nenhum elemento de vedação existente possui 100% de eficiência, e portanto teremos um vazamento que também recebe o nome de taxa de emissão.
(*4) Elemento de Máquina: peça e componente integrante de uma máquina ou equipamento.
(*5) Fluido: Existem aplicações de selos mecânicos para vedação de algum tipo de pó, mas não é muito frequente.
(*6)Faces de Vedação: Parte principal do selo mecânico, também chamadas de vedações primárias do selo mecânico.
(*7) Interferência: Montagem mecânica feita quando a peça que será montada internamente tem dimensões externas maiores do que o alojamento da peça montada externamente. Estas, normalmente, são aquecidas durante a montagem. Rolamentos são montados assim.
(*8) Vedações Secundárias: são peças usadas para vedar as vedações primárias ou as chamadas faces de vedação de um mecânico.
(*9) V Ring: do inglês, anel V. Trata de uma vedação formada, geralmente, por um anel O montando internamente a uma espécie de junta cujo formato em corte se assemelha a letra V, daí o nome.
(*10) Elemento Elástico: todos os materiais possuem elasticidade e consequentemente são deformáveis, quando eles são deformados dentro de sua região elástica eles promovem uma força semelhante a uma mola, sem ter a função específica de mola. Em selos mecânicos, foles metálicos são um exemplo.
(*11) Estojo: Existem selos mecânicos que o estojo não tem função de acionamento ou transmissão de torque, serve apenas como componente de montagem. O selo de fole elastomérico ("uma espécie de borracha") é um exemplo, quem faz essa função é o fole.
(*12) Força Hidráulica: Pressão é definida por força dividido por área, consequentemente, sempre que temos uma pressão atuando numa área teremos uma área.
(*13) Lei de Pascal: Estudada em estática dos fluidos e diz que uma pressão atuante em qualquer ponto do fluido age em todas as direções.
(*14) Micrometro: É a milésima parte de um milimetro que também é a milésima parte de um metro, ou seja, 1 micrometro é igual a um metro dividido por 1.000.000 (um milhão).
(*15) Pico: A rugosidade do material é uma média feita entre a parte mais funda chamada vale e a parte mais alta chamada pico. A escala de rugosidade depende da forma como essa média é feita.
(*16) Princípio da Aderência: Estudada em mecânicas dos fluidos e diz que o fluido se adere a superfície quando entra em contato com ela.
