Compreendendo defeitos de vedação em máquinas rotativas
Defeitos de vedação são os danos, o desgaste ou as falhas definitivas que afectam os componentes de vedação cuja função é manter o lubrificante dentro e os contaminantes fora das máquinas rotativas. As famílias mais comuns são os vedantes de lábio (vedantes radiais do veio), vedantes mecânicos de face, vedantes de labirinto e anéis em O, e os seus defeitos manifestam-se através de fugas de óleo ou massa lubrificante, entrada de sujidade e humidade, aumento da fricção e do aquecimento e - em alguns casos - uma contribuição para vibração através de fricção ou de instabilidades transmitidas por fluidos. As vedações podem parecer peças menores, mas a sua falha tem consequências graves: a perda de lubrificação leva a uma rápida falha do rolamento, a contaminação acelera desgaste, e nas bombas de processo, uma falha na vedação pode significar perda de produto, libertação para o ambiente ou um verdadeiro risco de segurança.
1. Porque é que os vedantes são mais importantes do que parecem
Um vedante é o limite do sistema de lubrificação e, em máquinas de processo, o limite da contenção. Por ser pequena e barata em relação ao rotor ou às chumaceiras que protege, é fácil não a ter em conta - no entanto, muitas avarias nas chumaceiras não começam com a chumaceira, mas sim com a vedação que era suposto protegê-la. Tratar o estado do vedante como uma parte integrante do monitorização de condições, e não como um consumível a substituir após uma fuga, é um dos ganhos de fiabilidade mais baratos disponíveis.
2. Tipos comuns de vedantes e seus defeitos
Vedantes de lábio (vedantes radiais do veio)
Vedantes elastoméricos com um lábio flexível que entra em contacto com o eixo rotativo.
Defeitos comuns:
- Desgaste do lábio: A fricção desgasta gradualmente o material do lábio até perder o contacto de vedação.
- Endurecimento: o calor ou o envelhecimento endurecem o elastómero, retirando ao lábio a sua flexibilidade e conformabilidade.
- Fissuras: as fissuras formam-se no lábio devido à idade, ataque químico ou excesso de desvio do eixo.
- Rasgamento do lábio: danos provocados por uma instalação incorrecta, defeitos nos veios ou vibrações excessivas.
- Perda da mola de retenção: a pequena mola que mantém o contacto dos lábios parte-se ou cai.
Sintomas: fuga de óleo ou massa lubrificante na saída do veio, contaminação visível na zona da chumaceira, aumento da temperatura da chumaceira devido à perda de lubrificante e aumento da vibração da chumaceira devido à contaminação.
Vedantes mecânicos de face
Utilizado em bombas e aplicações de alta pressão, com duas faces lapidadas de precisão a deslizar uma contra a outra.
Defeitos comuns:
- Desgaste facial: as faces de contacto desgastam-se e as fugas aumentam.
- Danos na face: riscos, lascas ou fissuras térmicas nas faces de vedação.
- Falha do O-ring: os vedantes secundários deterioram-se.
- Falha da mola: as molas que fornecem a pressão facial partem-se ou enfraquecem.
- Coqueamento e depósitos: a acumulação de material impede o contacto adequado com a face.
Sintomas: fugas visíveis no vedante, emissão de vapor quando se vedam fluidos quentes, ruído de guincho devido ao contacto com a face, temperatura elevada do vedante e vibração devido à instabilidade do contacto com a face.
Vedantes de labirinto
Vedantes sem contacto amplamente utilizados em turbinas e compressores.
Defeitos comuns:
- Desgaste dos dentes: dentes do labirinto desgastados ou partidos por fricção.
- Aumento da folga: o desgaste ou o crescimento térmico abrem a folga e corroem a eficácia da vedação.
- Roçamentos: O contacto devido a vibrações excessivas ou ao movimento do veio danifica os dentes.
- Depósitos: a acumulação de carbono ou de calcário altera as folgas.
Sintomas: aumento das fugas mensuráveis como perda de fluxo ou de pressão, diminuição da eficiência devido a fugas internas, vibração devido a fricções que podem, em alguns casos, desencadear redemoinho de vapor, e provas físicas de contacto, tais como marcas de desgaste ou descoloração provocada pelo calor.
O-Rings e vedantes estáticos
- Deformação por compressão: deformação permanente por compressão sustentada.
- Ataque químico: os fluidos incompatíveis degradam o elastómero.
- Extrusão: o O-ring é espremido para fora da sua ranhura sob pressão.
- Danos térmicos: envelhecimento térmico, endurecimento e fissuração.
3. Causas da falha do vedante
Desgaste normal
- Os vedantes de contacto têm uma vida útil limitada, regida pelo desgaste por fricção.
- A vida útil típica do vedante labial é de cerca de 5.000 a 20.000 horas de funcionamento.
- A vida útil do vedante mecânico é de cerca de 10 000 a 50 000 horas, consoante a aplicação.
- A taxa de desgaste depende do acabamento da superfície do veio, da velocidade e da lubrificação.
Danos na instalação
- O lábio do vedante foi cortado ou danificado durante a montagem.
- O vedante não está corretamente assente no seu alojamento.
- Os defeitos da superfície do veio rasgam o lábio do vedante.
- A contaminação é introduzida durante a montagem.
Condições de operação
- Batimento excessivo do veio: excentricidade ou vibração para além da capacidade do vedante.
- Temperatura elevada: degrada os materiais elastoméricos.
- Incompatibilidade química: os fluidos do processo atacam o material de vedação.
- Ambiente abrasivo: as partículas danificam as faces dos vedantes.
- Funcionamento a seco: a perda de lubrificação da junta provoca um desgaste rápido.
Problemas mecânicos
- Vibração excessiva de desequilíbrio ou desalinhamento.
- Defeitos no eixo tais como riscos ou ranhuras que roem o lábio do vedante.
- Falha da chumaceira que permite um movimento excessivo do veio.
- Crescimento térmico que perturba o ajuste da vedação.
4. Deteção de defeitos de vedação
Indicadores visuais
- Vazamento: óleo, massa lubrificante ou fluido de processo visível na junta.
- Manchas: descoloração à volta do vedante devido a infiltrações.
- Gotejamento: acumulação de fugas ativas por baixo do equipamento.
- Névoa: uma pulverização fina devido a uma fuga de vedante de alta pressão.
Indicadores Operacionais
- Perda de lubrificante: uma necessidade recorrente de atestar o óleo ou a massa lubrificante.
- Contaminação: sujidade ou humidade em análise do óleo amostras.
- Problemas com os rolamentos: Desgaste prematuro do rolamento devido à contaminação ou perda de lubrificante
- Aumento da temperatura: aquecimento dos rolamentos devido a uma lubrificação insuficiente.
Efeitos de vibração
- As fricções dos vedantes podem criar vibrações induzidas por fricção.
- Os componentes de alta frequência resultam do contacto com os vedantes.
- Em casos graves, subsíncrono a vibração resulta da instabilidade dos vedantes.
- Os efeitos secundários incluem a vibração da chumaceira devido a contaminação ou perda de lubrificação.
Os sintomas de vibração são subtis e de banda larga, em vez de estarem ligados a uma única linha nítida, pelo que são mais úteis quando lidos em relação a uma linha de base num espetro: um aumento gradual na região de alta frequência ou sub-síncrona, em vez de um salto a 1×, é a assinatura típica relacionada com o vedante.
5. Consequências da falha do vedante
Efeitos imediatos
- Perda de lubrificante que requer reabastecimento frequente.
- Entrada de contaminação que degrada o lubrificante restante.
- Perda de produto ou libertação ambiental em vedantes de processo.
- Riscos de segurança causados por pisos escorregadios ou liberação de materiais tóxicos
Dano Secundário
- Falha do rolamento: Lubrificação inadequada ou contaminação destroem os rolamentos
- Desgaste acelerado: a contaminação abrasiva acelera o desgaste em todo o lado.
- Corrosão: a entrada de humidade provoca ferrugem e corrosão.
- Acoplamento danos: Spray lubrificante contamina elementos de acoplamento elastoméricos
6. Prevenção e manutenção
Seleção adequada
- Escolha um tipo de vedante adequado à aplicação - a sua pressão, temperatura, velocidade e ambiente químico.
- Utilize o tamanho e a especificação corretos do vedante.
- Respeitar o requisito de acabamento da superfície do veio, normalmente abaixo de 0,8 µm Ra para vedantes de lábio.
- Adequar o elastómero ao fluido e à temperatura (nitrilo, Viton, PTFE, etc.).
Práticas de instalação
- Limpar todas as superfícies antes da montagem.
- Utilizar ferramentas de instalação adequadas - ferramentas de inserção de vedantes, nunca martelos.
- Lubrificar os lábios de vedação antes da montagem.
- Proteger o lábio durante o seu deslizamento sobre o veio, utilizando uma manga de instalação.
- Verificar o esquadro e o assentamento correto.
Práticas Operacionais
- Manter bom equilíbrio e alinhamento para reduzir o movimento e a vibração do veio.
- Manter as temperaturas de funcionamento dentro da classificação do vedante.
- Assegurar que a lubrificação chega efetivamente ao vedante.
- Evite contaminar a área de vedação com materiais incompatíveis
Substituição Preventiva
- Substituir os vedantes durante a manutenção programada em vez de esperar pela avaria.
- Os intervalos de substituição típicos são de dois a cinco anos, ou de acordo com a recomendação do fabricante.
- Colocar sempre vedantes novos quando se abre uma caixa de rolamentos.
- Manter os kits de vedação no inventário de peças sobresselentes.
7. Considerações especiais
Equipamentos de alta vibração
- Um movimento excessivo do veio destrói rapidamente os vedantes.
- A vibração de origem deve ser abordada para alcançar uma vida útil aceitável do vedante.
- Os vedantes resistentes ou com mola ajudam em aplicações de elevada vibração.
Ambientes Extremos
- Temperatura elevada: Use elastômeros de alta temperatura ou selos mecânicos
- Abrasivo: instalar mangas de proteção do veio e vedantes do expulsor para excluir partículas.
- Corrosivo: utilizar materiais resistentes a produtos químicos e superfícies revestidas.
- Vácuo: utilizar vedantes especiais de baixa emissão de gases.
8. Resolução de problemas de vedação
Falha prematura da vedação
Áreas de investigação:
- Verificar o estado da superfície do veio - rugosidade, riscos, corrosão.
- Verifique a excentricidade do veio, uma vez que uma excentricidade excessiva destrói rapidamente os vedantes.
- Medir os níveis de vibração, uma vez que uma vibração elevada reduz a vida útil dos vedantes.
- Confirmar se a temperatura de funcionamento está dentro da classificação do vedante.
- Verificar a incompatibilidade química.
- Examinar as práticas de instalação utilizadas.
- Verifique se o tipo e o tamanho do vedante estão corretos para o serviço.
Vazamento persistente
Possíveis causas e soluções:
- Danos no veio: uma ranhura desgastada no local do vedante → reparar o veio ou colocar uma manga de reparação.
- Excentricidade excessiva: Excentricidade do eixo → correção da excentricidade ou uso de vedação de maior capacidade
- Orientação incorreta: o vedante está montado ao contrário → voltar a montá-lo corretamente.
- Lábio danificado: Danos na instalação → substituir e usar técnica adequada
- Pressão incorrecta: pressão superior à classificação do vedante → utilizar um vedante com classificação de pressão ou reduzir a pressão.
9. Problemas de vibração relacionados com o vedante
Atrito e instabilidade da vedação
- As vedações de contacto podem gerar fricção por aderência-deslizamento.
- Pode contribuir para vibração ou vibração de baixa frequência
- Os vedantes de funcionamento a seco são especialmente propensos a vibrações por fricção.
- Vedações sem contato (labirinto) podem criar instabilidades aerodinâmicas
Atrito da vedação
- O movimento excessivo do veio faz com que o vedante entre em contacto forçado com o veio.
- O contacto gera calor e danifica rapidamente o vedante.
- O aquecimento assimétrico pode produzir um arco térmico no veio.
- O resultado é frequentemente vibração e ruído de alta frequência — um parente próximo do atrito total. fricção do rotor.
10. Impacto na fiabilidade da máquina
Lubrificação - Integridade do sistema
- As vedações são o limite crítico do sistema de lubrificação.
- A falha do selo leva à perda de lubrificante e à entrada de contaminação
- O resultado é a rápida deterioração dos rolamentos.
- Isto pode levar a uma falha total da máquina.
Proteção Ambiental
- As vedações evitam fugas de fluido de processo das bombas e compressores.
- Uma falha pode causar contaminação ambiental.
- Os materiais tóxicos ou inflamáveis suscitam sérios problemas de segurança.
- As fugas podem criar problemas de conformidade regulamentar.
11. Tecnologias modernas de vedação
Designs Avançados
- Vedantes multi-lábios: vários lábios de vedação para redundância.
- Vedantes do expulsor: A ação centrífuga afasta os contaminantes do vedante.
- Vedantes magnéticos: um fluido magnético mantido no lugar por um campo magnético.
- Vedantes de gás seco: vedantes sem contacto para compressores de alta velocidade.
- Vedantes de cartucho: unidades pré-montadas que simplificam a instalação.
Monitorização de Condição
- Sistemas de deteção de fugas de vedantes.
- Monitorização do fluxo de fluido de lavagem em vedantes mecânicos.
- Monitorização da temperatura no local de selagem.
- Monitorização das vibrações para detetar precocemente problemas relacionados com os vedantes.
12. A ligação de vibração na prática - e o Balanset-1A
A única coisa mais eficaz que uma equipa de manutenção pode fazer para prolongar a vida útil do vedante é manter o veio silencioso. Uma vez que a maior parte das falhas prematuras dos vedantes se deve a um movimento excessivo do veio provocado por desequilíbrio, desalinhamento ou rolamentos desgastados, o controlo dessas causas protege o vedante de forma muito mais fiável do que a atualização do próprio vedante. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A permite que um técnico confirme no terreno se a vibração se situa dentro de um limite aceitável severidade e, se for detectado um desequilíbrio, corrigi-lo no local através de equilibragem no local o rotor nos seus próprios rolamentos - removendo a própria excitação que estava a destruir o vedante. Lida juntamente com a análise do óleo e a monitorização da temperatura do vedante, a medição da vibração fecha o ciclo entre um vedante com fugas e a falha mecânica que o causou.
Os defeitos dos vedantes, embora frequentemente ignorados ao lado dos problemas dos rolamentos ou do rotor, têm um efeito decisivo na fiabilidade da máquina. A seleção adequada, a instalação cuidadosa e a substituição preventiva - combinadas com o ataque às causas de raiz da falha prematura, como a vibração, a excentricidade e a contaminação - permitem que os vedantes desempenhem as suas funções essenciais de retenção de lubrificante e exclusão de contaminação ao longo da vida útil prevista.
