Elementos de máquina. Diego Rafael Alba

Transcrição

1 E Elementos de máquina Diego Rafael Alba 1

2 Conceitos VEDAÇÃO: Processo usado para impedir a passagem, de maneira estática ou dinâmica, de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um meio para outro. O QUE SÃO: Elementos que impedem a saída de fluido de um ambiente fechado e evitam que esses ambientes sejam poluídos por agentes externos. 2 Elementos de máquina

3 Seleção e projeto do material de vedação A seleção do projeto e do material adequado da vedação depende das condições operacionais da aplicação, como: Temperatura; Velocidade; Tipo de lubrificante; Orientação, vertical ou horizontal; Desvio ou desalinhamento do eixo. 3 Elementos de máquina

4 Seleção e projeto do material de vedação Como a influência de uma condição de funcionamento geralmente domina o processo de seleção da vedação, não há regras universais para determinar o tipo e modelo adequado de vedação para uma determinada aplicação. À seguir serão descritos as condições operacionais que afetam o desempenho da vedação e sua vida útil. Também será dada orientações sobre a seleção da vedação para dada aplicação. 4 Elementos de máquina

5 Normas e documentos 5 Elementos de máquina

6 Exemplos de retentores lábios de vedação e caixa metálica 6 Elementos de máquina

7 Retenção de graxa As graxas possuem uma viscosidade relativamente alta e são relativamente fáceis de reter em um arranjo de rolamentos. Na maioria das aplicações com graxa: Modelo com lábio de vedação não tensionado por mola; Anel em V. 7 Elementos de máquina

8 Retenção de graxa Caso sejam aplicações mais exigentes: Vedações radiais com eixo tensionado por mola. 8 Elementos de máquina

9 Retenção de graxa Quando necessária lubrificação frequente, o lábio de pelo menos uma das vedações no arranjo de vedação deveráser direcionado para o lado do ar, de modo que o excesso de graxa escape pelo lábio de vedação. Isso evita o acúmulo de graxa, que pode reter calor e limitar sua dissipação. Para aplicações lubrificadas com graxa, recomenda-se o cálculo de velocidade periférica permitida para o óleo e a divisão pela metade do resultado. 9 Elementos de máquina

10 Retenção de óleo Os óleos lubrificantes, principalmente de viscosidade relativamente baixas são muito mais difíceis de reter. Utiliza-se vedações radiais de eixo tensionados por mola. Elas também compensam o desalinhamento e o desvio dinâmico entre eixo e furo. 10 Elementos de máquina

11 Retenção de óleo O diâmetro externo em borracha ajuda a compensar pequenas imperfeições na superfície do furo do mancal e érecomendável quando a precisão de fabricação é questionável. Para condições operacionais muito exigentes, nas quais as velocidades periféricas são relativamente baixas, vedações de faces metálicas, podem ser usadas para reter óleo e graxa. 11 Elementos de máquina

12 Exclusão de Contaminações As vedações radiais de eixos usadas principalmente para a exclusão de contaminações devem ser instaladas com o lábio apontando para fora. Para aprimorar a eficiência da vedação, é possível dispor duas vedações de um só lábio em tandem ou utilizar vedações de lábio duplo. 12 Elementos de máquina

13 Exclusão de Contaminações Os anéis em V são usados principalmente para excluir contaminações. Atuam como defletores, giram com o eixo. Normalmente utilizados como vedações secundárias. 13 Elementos de máquina

14 Retenção e Exclusão Em muitas aplicações, a exclusão de agentes contaminantes é tão importante quanto a retenção do lubrificante. Utiliza-se vedações com lábios auxiliares. Outra opção é usar duas vedações instaladas em sentidos contrários, ou dois anéis em V com anéis espaçadores 14 Elementos de máquina

15 Separação de dois líquidos Existem duas soluções adequadas para uma aplicação que visa impedir o contato entre dois líquidos: Uso de duas vedações separadas, com lábios em sentido contrário (desvantagem: ocupa muito espaço); Utilização de vedação de lábios duplos (desvantagem: menor eficiência). *Devem ser lubrificadas 15 Elementos de máquina

16 Velocidade periférica e rotacional A velocidade da vedação é determinada pelo modelo e pelo material do lábio de vedação, assim como pelo material e condição do eixo. Estes fatores influenciam na geração de calor. 16 Elementos de máquina

17 Diferença de pressão Ao ser submetido a uma diferença de pressão entre os lados vedados, a vedação deve resistir a carga radial adicional gerada por tal diferença de pressão. Se não for bem projetada o atrito, a temperatura e o desgaste aumentam diminuindo sua vida útil. 17 Elementos de máquina

18 Diferença de pressão Em aplicações com diferenças de pressão, as vedações de eixo devem ser presas axialmente no lado de baixa pressão para que se evite que eles se movimente axialmente. Ex: vedação em um chanfro. 18 Elementos de máquina

19 Espaço limitado Em muitos casos, o espaço disponível é insuficiente para que uma vedação radial de eixo tenha as dimensões de acordo com a norma ISO Nesse caso utilizam-se modelos especiais 19 Elementos de máquina

20 Espaço limitado Anéis em V também são adequados para espaços limitados, pois podem ser posicionados fora da posição real de vedação. Anéis em V vedam axialmente exercendo uma pressão leve sobre a superfície de apoio. 20 Elementos de máquina

21 Elementos de máquina 21 Restrições de instalação Em aplicações nas quais não é possível instalar a vedação através da extremidade do eixo, pode ser utilizado anéis em V ou modelos de retentores bipartidos.

22 Elementos de máquina 22 Restrições de instalação Como os anéis em V são elásticos, ele podem ser esticados e por isso são fáceis de instalar, mesmo em aplicações onde necessitam ser passados por cima de outros componentes. Porém a substituição pode ser difícil. Uma alternativa é colocar vários anéis em V. Na hora de substituir somente corta-se o desgastado e posiciona o novo.

23 Elementos de máquina 23 Arranjo As vedações em eixos verticais normalmente estão mais expostas a contaminações, como por exemplo, água da chuva. Pode-se utilizar anéis em V pois possuem ajuste interferente no eixo e giram com ele. Arranjos altamente eficientes, como para bombas submersíveis, incluem uma configuração em tandemcom vedações radiais de eixo e anéis em V.

24 Elementos de máquina 24 Arranjo Também pode-se utilizar vedações com face metálica para velocidades relativamente baixas. Tais vedações retém óleo ou graxa e evitam entrada de contaminações.

25 Elementos de máquina 25 Projeto da Superfície de Apoio O desempenho e a vida útil de uma vedação são bastante influenciados por: Material e dureza do eixo; Grau de tolerância e acabamento da superfície do eixo; Desvio dinâmico e desalinhamento entre eixo e furo.

26 Elementos de máquina 26 Movimento Axial O movimento axial do eixo em relação ao furo do mancal não prejudica a capacidade de vedação das vedações radiais de eixo, desde que a superfície total de contato com o lábio tenha a mesma qualidade no que se refere à dureza e ao acabamento da superfície.

27 Elementos de máquina 27 Resistência ao desgaste A resistência ao desgaste de uma vedação depende muito do material do lábio de vedação, assim como do acabamento da superfície do eixo, tipo de lubrificante, velocidade periférica, diferenças de temperatura e pressão. Para condições idênticas

28 Elementos de máquina 28 Temperatura de funcionamento Tanto temperaturas baixas quanto temperaturas altas influenciam o desempenho da vedação Em baixas temperaturas o lábio perde sua elasticidade e tornase frágil. Em altas temperaturas, o material do lábio degrada e perde suas propriedades.

29 Elementos de máquina 29 Temperatura de funcionamento O atrito, velocidade periférica, a viscosidade do meio que está sendo vedado, bem como a transferência de calor específica ao longo do eixo, influenciam a temperatura na posição de vedação e a temperatura entre lábio e o filme lubrificante na superfície de apoio. Temperaturas altas também levam a uma ruptura deste filme lubrificante, resultando em lubrificação insuficiente, o que leva ao desgaste prematuro da vedação. Diferentes coeficientes de dilatação também podem afetar a vedação.

30 Elementos de máquina 30 Temperatura de funcionamento

31 O acabamento da superfície de apoio da vedação Elementos de máquina 31 Resistência química A resistência química se refere principalmente ao material do lábio de vedação e o meio vedante. A resistência química das vedações é influenciada pela temperatura, pressão e quantidade do meio presente. Outros fatores que são importante na seleção de um material de lábio de vedação apropriado incluem: O tipo de serviço (estático ou dinâmico); A velocidade periférica; Materiais de eixo e mancal;

32 Resistência química Elementos de máquina 32

33 E Elementos de máquina Continuação Diego Rafael Alba 33

34 Elementos de máquina 34 Limpeza e manutenção Caso limpeza seja necessária, os produtos elastômeros devem ser limpos com água e sabão, não ultrapassando 30ºC, e deixando para secar em temperatura ambiente. Não deve-se utilizar solventes, ou materiais afiados como escovas de aço, lixas ou folhas de esmeril. Combinações de elastômero/metal podem ser limpas com uma mistura de 1:10 de glicerina e álcool.

35 Elementos de máquina 35 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Diâmetro externo em borracha: Ampla gama de aplicações. Mantêm um ajuste apertado no furo do mancal quando o material do mancal possui um coeficiente de expansão térmica maior que o aço. Também indicados para todas aplicações onde os requisitos de acabamento da superfície do furo do mancal não possam ser atendidos.

36 Elementos de máquina 36 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Diâmetro externo em borracha: Ampla gama de aplicações. Mantêm um ajuste apertado no furo do mancal quando o material do mancal possui um coeficiente de expansão térmica maior que o aço. Também indicados para todas aplicações onde os requisitos de acabamento da superfície do furo do mancal não possam ser atendidos.

37 Elementos de máquina 37 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Modelo com caixa metálica: Vedações multiusos que podem ser usadas na maioria das aplicações; Fáceis de instalar; Desde que o furo atenda aos requisitos, encaixam-se perfeitamente e centralmente no furo do mancal;

38 Elementos de máquina 38 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Modelo com caixa metálica: Vedações multiusos que podem ser usadas na maioria das aplicações; Fáceis de instalar; Desde que o furo atenda aos requisitos, encaixam-se perfeitamente e centralmente no furo do mancal;

39 Elementos de máquina 39 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Modelo com caixa metálica e reforço secundário na lateral: Condições operacionais severas; Maior rigidez radial; Somente para eixo maiores ou iguais a 50mm.

40 Elementos de máquina 40 Modelo do diâmetro externo Para aplicações industriais gerais existem três execuções de diâmetro externo. Modelo com caixa metálica e reforço secundário na lateral: Condições operacionais severas; Maior rigidez radial; Somente para eixo maiores ou iguais a 50mm.

41 Elementos de máquina 41 Modelo do diâmetro externo Além dos modelos padrão: Modelo com diâmetro externo borracha/metal: Aplicações automobilísticas

42 Elementos de máquina 42 Modelo de lábio de vedação A forma e modelo dos lábios são baseados em P&D. Projeto leva em conta a distância entre lábio e face posterior de vedação, resistência da seção flexível, ângulo do lábio, tensão na mola. Intuito de que a pressão aplicada pela lâmina proporcione um desempenho de vedação satisfatório entre lábio de vedação e superfície de apoio.

43 Elementos de máquina 43 Modelo de lábio de vedação A forma e modelo dos lábios são baseados em P&D. Projeto leva em conta a distância entre lábio e face posterior de vedação, resistência da seção flexível, ângulo do lábio, tensão na mola. Intuito de que a pressão aplicada pela lâmina proporcione um desempenho de vedação satisfatório entre lábio de vedação e superfície de apoio.

44 Elementos de máquina 44 Modelo de lábio de vedação Há diferentes modelos e materiais de lábios de vedação.

45 Elementos de máquina 45 Modelo de lábio de vedação Há diferentes modelos e materiais de lábios de vedação.

46 Elementos de máquina 46 Exemplo Vedações CRW1, CRWA1, CRWH1, CRWHA1 Baixo atrito (menor geração de calor); Diâmetro externo de metal para facilitar a instalação e encaixe firme no furo do mancal. Apresentam um selante acrílico à base d água no diâmetro externo, afim de preencher pequenas imperfeições no furo da caixa.

47 Elementos de máquina 47 Exemplo Vedações CRW1, CRWA1, CRWH1, CRWHA1 CRW1: Vedação com invólucro único de aço, e uma mola lâmina em aço-carbono; CRWH1: Vedação com invólucro de aço duplo, e mola de lâmina em aço-carbono

48 Elementos de máquina 48 Exemplo Vedações CRW1, CRWA1, CRWH1, CRWHA1 CRWA1: Vedação com invólucro único de aço, uma mola lâmina em aço-carbono, e lábio auxiliar; CRWH1: Vedação com invólucro de aço duplo, mola de lâmina em aço-carbono, e lábio auxiliar.

49 Elementos de máquina 49 Coxialidadee Desvio radial Influenciam na vida útil do componente Coxialidade

50 Elementos de máquina 50 Coxialidadee Desvio radial Influenciam na vida útil do componente Desvio Radial

51 Velocidades permitidas Dados em tabelas de seleção do produto Caso não haja informações suficientes, pode-se recorrer ao diagrama abaixo. Eixos maiores acomodam maiores velocidades periféricas. Deve-se reduzir estes valores sobre algumas circunstâncias: São usadas vedações radiais de eixo com lábio de contato auxiliar; Lubrificação inadequada ou com graxa é utilizada. Superfície de apoio não atende os requisitos de projeto; Hádiferença de pressão entre os lados. Elementos de máquina 51

52 Velocidades permitidas Dados em tabelas de seleção do produto Caso não haja informações suficientes, pode-se recorrer a diagramas. Eixos maiores acomodam maiores velocidades periféricas. Deve-se reduzir estes valores sobre algumas circunstâncias: São usadas vedações radiais de eixo com lábio de contato auxiliar; Lubrificação inadequada ou com graxa é utilizada. Superfície de apoio não atende os requisitos de projeto; Hádiferença de pressão entre os lados. Elementos de máquina 52

53 Elementos de máquina 53 Atrito Para ser eficaz, o lábio de vedação radial do eixo deve exercer certa carga radial na superfície de apoio. O atrito resultante desta carga radial é apenas parte do atrito do contato e da perda de potência total na posição de vedação. Outros fatores que colaboram são: O tipo de meio a ser vedado; A diferença de pressão na vedação; A velocidade periférica; A temperatura; Lubrificante e método de lubrificação; Condições da superfície de apoio.

54 Elementos de máquina 54 Atrito A fase de operação inicial dura algumas horas. Durante este tempo, as perdas por atrito são, de certa forma, maiores que durante a operação normal.

55 Elementos de máquina 55 Requisitos do eixo Para obter um desempenho de vedação confiável e máxima vida útil, a superfície de apoio de uma vedação radial do eixo deve atender requisitos. A superfície de apoio deve ser capaz de acomodar todos os desvios e movimentos permitidos (superfície SL e superfície SL que podem ser necessárias em casos de reparos e inspeção)

56 Elementos de máquina 56 Requisitos do eixo

57 Elementos de máquina 57 Rugosidade Superficial Os valores de rugosidade superficial da superfície de apoio, são calculados de acordo com a ISSO O valor de R a é mínimo. Se a rugosidade for menor que este valor afetará o fornecimento de lubrificante ao material de vedação. Se o valor de R pm for ultrapassado, a vedação vazará ou ocorrerá desgaste excessivo do lábio de vedação

58 Rugosidade Superficial O valor de R a é mínimo. Se a rugosidade for menor que este valor afetará o fornecimento de lubrificante ao material de vedação. Se o valor de R pm for ultrapassado, a vedação vazará ou ocorrerá desgaste excessivo do lábio de vedação Elementos de máquina 58

59 Elementos de máquina 59 Chanfros de entrada Para instalar vedações radiais sem danificar o lábio de vedação, recomenda-se chanfrar ou arredondar as pontas dos eixos.

60 Requisitos do furo do mancal Para reduzir os riscos de danos à vedação durante a instalação, o firo do mancal deve ter entre 15º e 30º de chanfro de entrada. Deve estar livre de rebarbas e o raio de transição entre o assento da vedação e o ressalto deve seguir as recomendações da tabela. A profundidade de um furo métrico na caixa B para vedantes com caixa metálica ou vedações com inserção metálica deve ser no mínimo 0.3mm maior que a largura nominal b do vedante. Os valores correspondentes para o furo do mancal B são 0.4mm. Pode-se incorporar furos A para facilitar a remoção. 60 Elementos de máquina

61 Elementos de máquina 61 Requisitos do furo do mancal

62 Elementos de máquina 62 Instalação

63 Elementos de máquina 63 Instalação

64 Elementos de máquina 64 Instalação

65 Elementos de máquina 65 Exemplo Tabela de Seleção

66 Elementos de máquina 66 OBRIGADO!!!