Anéis de vedação ocos de metal: princípios, vantagens e ranhuras de instalação

O anel de vedação metálico oco é um anel circular feito de tubo metálico, geralmente com seção transversal circular (embora oval, retangular, etc., também sejam possíveis). Ele funciona deformando-se elasticamente sob compressão para preencher as microfissuras entre as interfaces de vedação, obtendo assim uma vedação adequada. Ao contrário das vedações elastoméricas, ele é projetado especificamente para lidar com desafios de vedação em ambientes extremos que envolvem alta temperatura, alta pressão, alto vácuo e forte corrosão.

​I. Princípio de funcionamento: Deformação elástica e vedação por contato linear​

O princípio de vedação do anel O metálico oco baseia-se no mecanismo clássico de “contato linear”, que envolve as seguintes etapas principais:

1. ​Pré-carga e contato de linha:​
   • Quando flanges ou conectores são apertados com parafusos, a tampa da ranhura aplica uma força de compressão axial ao anel de vedação oco de metal.
   • Essa força faz com que a parede do anel metálico oco sofra uma deformação.deformação elástica(achatando), pressionando sua parede externa firmemente contra o fundo da ranhura de vedação e a placa de cobertura, formando uma faixa de vedação contínua de “contato linear”. Esse contato inicial fornece a vedação estática básica.
2. ​Vedação assistida por pressão do sistema (efeito de autoenergização):​
   • Quando a pressão interna do sistema aumenta, a pressão do fluido atua na parte interna do anel de vedação, seja através de orifícios de ventilação na base da ranhura ou diretamente.
   • A pressão força ainda mais o anel de vedação a expandir-se para fora, pressionando seu lábio de vedação (a borda de contato formada pelo achatamento) com mais firmeza contra a superfície de vedação oposta.Quanto maior a pressão do sistema, maior a pressão de contato da vedação.Esse “efeito de autoenergização” aumenta significativamente a confiabilidade da vedação.

​Diferença em relação aos anéis de vedação de metal maciço:​

• ​Anéis de vedação de metal maciçoEsses sistemas dependem principalmente de grandes forças de compressão para deformar plasticamente o metal e preencher as folgas. Requerem altas forças de vedação e, muitas vezes, não são reutilizáveis ​​após a desmontagem.
• ​Anéis de vedação metálicos ocosdependem principalmente da deformação elástica da parede do tubo, exigindo forças de vedação muito menores e oferecendo melhor recuperação elástica, resultando em reutilização superior.

​II. Principais vantagens​

Devido ao seu princípio de funcionamento e ao material metálico utilizado, os anéis de vedação ocos de metal oferecem as seguintes vantagens notáveis:

1. ​Ampla faixa de tolerância à temperatura:Sua vantagem mais notável. Dependendo do material escolhido (por exemplo, Inconel, aço inoxidável 316, Hastelloy), ele pode suportar temperaturas extremas.-250°C a mais de 1000°C, superando em muito qualquer material de vedação polimérico.
2. ​Excelente desempenho de vedação em alta pressão e alto vácuo:Capaz de suportar pressões ultra-altas de centenas de Megapascals (MPa). Em sistemas de alto vácuo, a baixíssima permeabilidade a gases do próprio metal garante excelente integridade do vácuo.
3. ​Excelente resistência à corrosão:Ligas especiais podem resistir a diversos ácidos fortes, álcalis, solventes orgânicos e ambientes de oxidação em altas temperaturas.
4. ​Sem deslizamento ou relaxamento, vedação duradoura:Os materiais metálicos não sofrem deformação plástica ou envelhecimento como os plásticos ou as borrachas em altas temperaturas, mantendo uma força de vedação estável a longo prazo e evitando vazamentos devido ao relaxamento.
5. ​Reutilização:Com projeto e instalação corretos, desde que não ocorra esmagamento permanente (sobrecompressão), ele pode ser desmontado e reutilizado diversas vezes, reduzindo os custos de manutenção a longo prazo.
6. ​Resistência à radiação:Adequado para ambientes com exposição à radiação, como a indústria nuclear.

​III. Projeto da ranhura de instalação e parâmetros principais​

O design das ranhuras é crucial para o funcionamento adequado dos anéis de vedação ocos de metal. O objetivo principal é:Para proporcionar um espaço de compressão preciso para o anel de vedação, restringindo simultaneamente o seu fluxo lateral.​

​1. Tipos de ranhuras​

• ​Sulco aberto (mais comum):O sulco é usinado em uma das faces do flange, enquanto a outra é uma superfície plana de vedação. Adequado para a maioria das vedações estáticas de alta pressão.
• ​Sulco fechado (sulco de duas partes):O sulco é formado usinando-se um meio sulco em cada face do flange. Facilita o posicionamento e a instalação do anel de vedação, mas exige alta precisão de usinagem.

​2. Projeto da Dimensão da Ranhura da Chaveta​

As dimensões da ranhura estão intimamente relacionadas ao diâmetro livre (DL) e à espessura da parede (EP) do anel de vedação. A seguir, apresentamos os princípios básicos de projeto para anéis de vedação metálicos ocos com seção transversal circular (as dimensões específicas devem ser consultadas em normas ou recomendações do fornecedor):

• ​Largura do sulco (W):​
  • Deve ser ligeiramente maior que o diâmetro livre (DE) do anel de vedação para acomodá-lo. Normalmente,W ≈ OD + (10% ~ 20%) OD.
  • A largura não deve ser excessiva, caso contrário, o anel de vedação pode deformar-se excessivamente sob pressão e ser expelido para dentro da folga, causando danos.
• ​Profundidade do sulco (D):​
  • Este é omais críticoparâmetro, determinando diretamente o anel de vedação.taxa de compressão.
  • ​Taxa de compressão = (OD – D) / DE × 100%​​
  • Para vedações estáticas, a taxa de compressão inicial recomendada situa-se normalmente entre...15% e 30%Uma relação muito baixa pode causar vazamentos; uma relação muito alta pode esmagar o anel de vedação, causando perda de elasticidade e tornando-o inutilizável.
  • A profundidade da ranhura (D) deve ser menor que o diâmetro livre (OD) do anel de vedação.
• ​Rugosidade da superfície do sulco:​
  • A rugosidade da superfície das faces de contato da vedação é crucial. Normalmente,Ra ≤ 0,8 μmÉ necessário garantir um bom contato na linha e minimizar os caminhos de fuga.
• ​Cantos com ranhuras:​
  • A junção entre o fundo da ranhura e a parede lateral deve ter um raio adequado (pequeno chanfro) para evitar a concentração de tensão e o desgaste do anel de vedação.

​3. Controle de Compressão: Compressão Percentual​

Após a instalação, a altura do anel de vedação é comprimida. Esse grau de compressão é medido em "porcentagem de compressão".

• ​Percentual de compressão = (Altura livre – Altura comprimida) / Altura livre × 100%​
• Para anéis de vedação metálicos ocos de seção transversal circular padrão,Compressão de 20% a 30%É uma faixa comum e eficaz. Isso deve ser garantido calculando com precisão a profundidade da ranhura e selecionando juntas ou espaçadores apropriados.

​IV. Aplicações típicas​

• ​Aeroespacial:Motores, sistemas de combustível, tubulações de alta temperatura.
• ​Petroquímica:Reatores de alta temperatura e alta pressão, válvulas, conexões de tubulação.
• ​Indústria Nuclear:Reatores nucleares e equipamentos relacionados.
• ​Fornos a vácuo, equipamentos para semicondutores:Vedações de portas de câmaras que requerem manutenção em vácuo ultra-alto.
• ​Equipamentos para fluidos supercríticos.​

​Conclusão​

O anel de vedação metálico oco é uma das soluções definitivas para desafios de vedação em condições extremas. Seu sucesso depende muito de...seleção correta de materiais(adequação ao meio e à temperatura),design de ranhura preciso(controlando a compressão) eInstalação limpa e profissionalAo selecionar e utilizar esses produtos, é altamente recomendável consultar detalhadamente fornecedores profissionais ou especificações padrão (como a série AMS) para garantir uma operação à prova de falhas.