Quando um cilindro hidráulico começa a vazar, a desviar ou a apresentar vida útil do selo mais curta em altas temperaturas, a primeira reação é muitas vezes substituir os selos padrão por selos FKM ou PTFE.
No entanto, a seleção de selos para um cilindro hidráulico de alta temperatura não é simplesmente uma questão de escolher o material com a maior classificação de temperatura.
Os selos de cilindro devem suportar temperatura, pressão, velocidade de movimento, fluido hidráulico, folgas de extrusão, condição da barra do pistão, contaminação e carga lateral ao mesmo tempo. Se qualquer um desses fatores for negligenciado, mesmo um selo de alta temperatura pode amolecer, extrudir, desgastar rapidamente ou começar a vazar novamente.
Confirme a Temperatura Operacional Real
Antes de selecionar um material de selo, distingua entre várias temperaturas diferentes:
- Temperatura ambiente de verão
- Temperatura normal do óleo hidráulico
- Temperatura do óleo estável durante a operação contínua
- Temperatura de pico a curto prazo durante choques de pressão ou ciclos rápidos
- Temperatura de contato local ao redor da borda de vedação
Por exemplo, a temperatura ambiente ao redor de uma máquina pode ser apenas 40°C, enquanto o óleo hidráulico se torna significativamente mais quente após várias horas de operação.
Os selos da barra e do pistão também geram calor por atrito durante o movimento rápido de reciprocidade. A temperatura diretamente na borda de vedação pode, portanto, ser mais alta do que a temperatura do óleo medida no reservatório.
A temperatura máxima mostrada em um catálogo de selos é normalmente baseada em condições de teste específicas. Isso não significa que o selo possa operar continuamente em sua temperatura, pressão e velocidade máximas ao mesmo tempo.
Uma margem de segurança adequada deve sempre ser mantida para operação contínua em alta temperatura.
Selecione o Material da Vedação para a Aplicação Completa
Diferentes materiais de vedação oferecem diferentes combinações de resistência à temperatura, resistência ao desgaste, elasticidade, atrito e compatibilidade com fluidos.
Poliuretano
Os selos de poliuretano oferecem boa resistência ao desgaste, resistência mecânica e resistência à extrusão. Eles são amplamente utilizados em selos de haste, selos de pistão e raspadores em cilindros hidráulicos móveis e industriais.
No entanto, nem todos os graus de poliuretano são adequados para operação contínua em altas temperaturas. Alguns materiais hidráulicos avançados de poliuretano podem operar a temperaturas em torno de 110 °C, dependendo do composto e do design do selo.
Quando utilizado continuamente próximo ao seu limite de temperatura, o poliuretano pode amolecer, perder elasticidade ou extrusar-se nas folgas dos componentes.
Borracha Nitrílica
O NBR é comumente utilizado para anéis O, selos estáticos e elementos de energização. Geralmente oferece boa compatibilidade com fluidos hidráulicos à base de óleo mineral e é relativamente econômico.
Muitos compostos padrão de NBR são utilizados a temperaturas de até aproximadamente 100 °C, embora o limite real dependa da formulação e das condições de operação.
A exposição prolongada acima da faixa de temperatura adequada pode causar endurecimento, rachaduras, encolhimento ou deformação por compressão.
O NBR é geralmente mais adequado para aplicações hidráulicas padrão do que para equipamentos de alta temperatura contínua.
Borracha Nitrílica Hidrogenada
O HNBR oferece resistência ao calor, resistência ao envelhecimento e desempenho mecânico melhorados em comparação com o NBR padrão.
Dependendo do composto e da estrutura do selo, alguns componentes de HNBR podem ser adequados para temperaturas em torno de 150 °C.
Portanto, o HNBR pode oferecer uma opção intermediária entre NBR e FKM. No entanto, a compatibilidade com o fluido hidráulico exato e aditivos ainda deve ser confirmada.
Borracha Fluorocarbonada
O FKM é frequentemente utilizado para anéis O de alta temperatura, selos estáticos e elementos de energização em montagens de selo de PTFE.
Alguns compostos de FKM podem operar a temperaturas próximas de 200 °C e oferecem boa resistência ao calor e ao envelhecimento.
No entanto, o FKM não é automaticamente a melhor escolha para todos os cilindros de alta temperatura. A flexibilidade em baixa temperatura, resistência ao desgaste dinâmico, compatibilidade com fluidos hidráulicos e formulação do composto também devem ser considerados.
Substituir um selo de NBR por FKM não corrigirá folgas excessivas, danos à haste, contaminação ou desalinhamento do cilindro.
PTFE
O PTFE oferece baixo atrito, ampla capacidade de temperatura e boa compatibilidade com muitos fluidos hidráulicos. É frequentemente utilizado em selos de pistão e haste para aplicações de alta temperatura, alta velocidade ou baixo atrito.
No entanto, o PTFE não possui a mesma elasticidade que os materiais de borracha. Normalmente requer um NBR, HNBR, FKM ou outro energizador elastomérico para manter a pressão de contato.
Portanto, a capacidade térmica do conjunto completo de vedação depende de cada material na combinação, não apenas do anel deslizante de PTFE.
Trate os Selos de Cilindro como um Sistema Completo
Um cilindro hidráulico normalmente contém vários componentes de vedação e guiamento:
- Vedação de haste
- Vedação de pistão
- Vedações estáticas
- Limpador
- Anéis de desgaste
- Anéis de backup onde necessário
Cada componente desempenha uma função diferente.
A vedação do haste controla o vazamento externo. A vedação do pistão separa as câmaras do cilindro. As vedações estáticas evitam o vazamento entre os componentes montados. O limpador limita a entrada de poeira e umidade. Os anéis de desgaste suportam cargas laterais e evitam o contato metálico direto.
Se apenas a vedação da haste for aprimorada enquanto a vedação do pistão, anéis O, limpador ou elementos de energização permanecerem inadequados para a temperatura, o cilindro ainda pode desenvolver vazamento interno, vazamento externo ou falha prematura da vedação.
Todos os materiais de vedação e guiamento devem, portanto, ser revisados como um sistema.
Considere o Risco de Pressão e Extrusão
Muitos compostos de borracha e poliuretano tornam-se mais macios à medida que a temperatura sobe.
Sob alta pressão de trabalho ou picos de pressão, o material de vedação amolecido pode ser forçado a entrar no espaço entre o pistão, o furo do cilindro, a haste, a bucha guia ou o sulco da vedação.
Isso pode causar:
- Extrusão da vedação
- Cortes nas bordas
- Rasgamento
- Deformação permanente
- Vazamento súbito
Para cilindros de alta temperatura e alta pressão, verifique:
- Pressão de trabalho normal
- Pressão máxima e de pico
- Pressão de retorno na linha
- Dimensões do sulco de vedação
- Folga de extrusão do pistão para o cilindro
- Folga da barra para o guia
- Requisitos de anéis de apoio
- Resistência à extrusão do vedante
O material do vedante, o design do sulco, as tolerâncias dos componentes e a estrutura de suporte devem ser considerados em conjunto.
Instalar um material de alta temperatura sem controlar a folga de extrusão pode ainda resultar em falha rápida.
Considere a Velocidade do Cilindro e a Frequência do Ciclo
A velocidade do cilindro e a frequência do ciclo afetam diretamente a temperatura do vedante.
Movimentos de reciprocidade rápida geram fricção em torno do vedante da barra, do vedante do pistão e dos anéis de desgaste. Ciclos frequentes também reduzem o tempo disponível para o cilindro liberar calor.
Um vedante pode suportar uma alta temperatura estática, mas apresentar desempenho ruim em condições dinâmicas de alta velocidade.
Quando alta temperatura, alta pressão e alta velocidade ocorrem juntas, o limite prático de operação do vedante normalmente se torna menor.
Cilindros de ciclo rápido podem exigir:
- Designs de vedantes de baixa fricção
- Rugosidade adequada da superfície da barra
- Filmes de lubrificação estáveis
- Folgas de guia corretas
- Dissipação de calor suficiente
- Dimensionamento adequado de portas e tubos
Aumentar a dureza do vedante sozinho pode aumentar a fricção e gerar calor adicional.
Confirme a Compatibilidade com o Fluido Hidráulico
A alta temperatura acelera reações químicas entre óleo hidráulico e materiais de vedação.
O sistema pode utilizar:
- Óleo hidráulico mineral
- Fluido hidráulico sintético
- Fluido à base de água e glicol
- Fluido resistente ao fogo à base de éster fosfatado
- Óleo hidráulico biodegradável
- Outros fluidos especiais
Um material de vedação adequado para óleo mineral pode não ser adequado para fluido à base de água e glicol ou éster fosfatado.
Quando o material e o fluido são incompatíveis, a vedação pode inchar, encolher, amolecer, endurecer, perder resistência ou desenvolver rachaduras na superfície.
A degradação do óleo, contaminação e esgotamento de aditivos também podem alterar o desempenho da vedação ao longo do tempo.
A marca exata do fluido hidráulico, designação do produto, grau de viscosidade e tipo de fluido devem, portanto, ser fornecidos durante a seleção da vedação. Descrever o fluido apenas como “óleo hidráulico padrão” pode não fornecer informações suficientes.
Inspecione a Barra, o Furo, a Guiagem e a Montagem
Mesmo o material de vedação correto pode falhar rapidamente se os componentes do cilindro adjacente estiverem danificados.
A barra do pistão deve ser verificada quanto a:
- Arranhões
- Corrosão
- Corrosão
- Danos ao cromado
- Roughness superficial incorreta
- Dobragem
O furo do cilindro também deve ser inspecionado quanto a marcas, corrosão, desgaste dimensional e defeitos de superfície.
Desalinhamento, carga lateral, pinos desgastados, buchas danificadas e anéis guias desgastados podem criar um contato desigual da vedação. Isso aumenta o atrito, o calor local e o desgaste unilateral.
Antes de instalar novos selos de alta temperatura, inspecione a haste, o furo do cilindro, os anéis de desgaste, as buchas de guia, os pontos de montagem e o alinhamento do cilindro.
Caso contrário, os selos de reposição podem começar a vazar novamente após apenas um curto período de operação.
Quais Informações são Necessárias para a Seleção do Selo?
Forneça ao fornecedor do cilindro ou selo as seguintes informações:
| Fator de Seleção | Informações Necessárias |
|---|---|
| Temperatura | Temperatura ambiente, temperatura do óleo contínua e temperatura máxima |
| Pressão | Pressão normal, pressão máxima e pressão de retorno |
| Fluido hidráulico | Marca, designação do produto, grau de viscosidade e tipo de fluido |
| Movimento | Velocidade de extensão e retração, frequência do ciclo e tempo de operação diário |
| Dimensões do cilindro | Furo, diâmetro da haste, curso e orientação de montagem |
| Carga | Força de empurrar, força de puxar, carga lateral e carga de impacto |
| Ambiente | poeira, água, spray de sal, produtos químicos e exposição ao ar livre |
| Sintomas de falha | Vazamento externo, vazamento interno, desvio, extrusão ou desgaste rápido |
Dados operacionais precisos ajudam o fornecedor a selecionar o material do selo, o perfil, o energizador, os anéis de apoio e os componentes de guia para a aplicação completa.
Conclusão
A seleção de selos para um cilindro hidráulico de alta temperatura exige mais do que comparar as classificações de temperatura máxima.
O processo correto começa com as temperaturas reais do óleo contínuas e máximas. A pressão, tipo de fluido, velocidade, frequência do ciclo, folgas de extrusão, condição da superfície da haste, furo do cilindro, orientação, contaminação e alinhamento de montagem devem ser considerados.
O poliuretano, NBR, HNBR, FKM e PTFE têm aplicações adequadas, mas nenhum material único é correto para todos os cilindros de alta temperatura.
O selo deve sempre ser selecionado como parte de um sistema completo de selagem, guia, lubrificação e gerenciamento térmico.
A AiSoar Hydraulics fornece soluções personalizadas de cilindros hidráulicos e selagem para aplicações industriais de alta temperatura, carga pesada, ciclos rápidos e exigentes.
