A principal fonte de energia em anéis de vedação: uma análise dos tipos de molas e suas funções.

Na indústria, os elementos de vedação são componentes essenciais para evitar vazamentos de fluidos (como óleo, água, produtos químicos ou gás). Dentre os diversos tipos de vedações, existe uma categoria de anéis de vedação de alto desempenho cujo núcleo contém um "coração de força" – uma mola. Ela garante que a vedação mantenha um desempenho estável e de longo prazo, mesmo sob condições operacionais severas. Este artigo explora os principais tipos de molas utilizadas em anéis de vedação e suas funções específicas.

​I. Por que uma mola é necessária? – A função principal da mola​

Em aplicações de vedação dinâmica (por exemplo, eixos rotativos, hastes de pistões alternativos), o lábio de vedação pode perder gradualmente o contato firme com a superfície de acoplamento devido ao desgaste, à expansão/contração do material causada por variações de temperatura e ao desalinhamento do eixo, levando a vazamentos. A função principal da mola integrada é...fornecer uma força de compensação radial contínua e estávelpara:

1. ​Compensar o desgasteCompensação automática da folga gerada pelo desgaste a longo prazo.
2. ​Acomodar tolerânciasCompensar as tolerâncias dimensionais e geométricas do eixo ou da carcaça.
3. ​Lidar com a expansão/contração térmicaManter pressão de vedação suficiente durante flutuações significativas de temperatura.
4. ​Garantir vedação constanteGarantir que a força de vedação não diminua significativamente durante a vida útil.

As vedações com essas molas são normalmente chamadas de ​vedações energizadas por mola, sendo o exemplo mais comum o selo energizado por mola.

​II. Principais tipos de molas, suas características e aplicações​

O tipo de mola determina diretamente o desempenho e a aplicação do anel de vedação. Abaixo estão alguns dos tipos de mola mais comuns:

​1. Mola em V (V-Spring)​

• ​EstruturaFabricado a partir de uma tira de aço inoxidável estampada com precisão, formando uma estrutura contínua em forma de V; a seção transversal assemelha-se a uma série de "Vs".
• ​Função e vantagens:
  • ​Força radial uniformeProporciona uma carga radial muito suave e uniforme, resultando em desgaste uniforme do lábio e vedação estável.
  • ​Baixo atrito: Atrito relativamente baixo durante o movimento devido à pequena área de contato com a parede interna da vedação.
  • ​Resistência à torçãoA estrutura de fita contínua torna-a resistente a torções ou dobras durante a instalação, sendo especialmente adequada para grandes diâmetros.
• ​Aplicações típicasO tipo mais versátil e comum, adequado para a maioria das aplicações rotativas, alternativas e estáticas; a primeira escolha para muitas vedações padrão energizadas por mola.

​2. Mola helicoidal (Mola helicoidal)​

• ​EstruturaFabricado a partir de fio de seção transversal redonda ou retangular enrolado em uma bobina helicoidal contínua.
• ​Função e vantagens:
  • ​Força de mola altaProporciona uma força de mola por unidade de área superior às molas em V, resultando em uma pressão de vedação mais forte.
  • ​Excelente resistência à compressãoMolas helicoidais especialmente feitas de arame retangular (molas helicoidais inclinadas) se destacam por resistir à compressão axial e a cargas laterais, sendo menos propensas a colapsar sob alta pressão.
  • ​Resistência a baixas temperaturasMenor taxa de decaimento da força da mola em temperaturas muito baixas em comparação com molas em V.
• ​Aplicações típicas:
  • ​Condições de Alta Pressão: Frequentemente utilizado para vedação estática e dinâmica sob pressão extremamente alta.
  • ​Condições de baixa temperatura: Como meios criogênicos como GNL (gás natural liquefeito), nitrogênio líquido e oxigênio líquido.
  • ​Aplicações com grandes folgasMelhor para compensar folgas radiais e excentricidades maiores.

​3. U-Spring (U-Spring)​

• ​EstruturaSemelhante em estrutura à mola em V, mas com seção transversal em forma de "U".
• ​Função e vantagens:
  • ​Força média da molaSuas características de força elástica situam-se entre as das molas em V e as das molas helicoidais.
  • ​Custo-benefícioGeralmente, o custo de fabricação é menor.
• ​Aplicações típicasEncontradas em algumas aplicações de baixa a média pressão, com restrições de custo, onde as condições não são extremas; menos comuns do que as molas em V e helicoidais.

​4. Wave Spring (Wave Spring)​

• ​EstruturaUm anel de metal plano com múltiplos picos e vales contínuos.
• ​Função e vantagens:
  • ​Espaço compactoRequer espaço mínimo para instalação axial, ideal para projetos compactos e de paredes finas.
  • ​Força ControladaCapaz de fornecer uma força de pré-carga precisamente projetada.
• ​Aplicações típicasUtilizado principalmente paravedação estática, atuando como um elemento de compensação de pré-carga para anéis de vedação ou outras juntas elastoméricas, e não para compensação labial em vedações dinâmicas.

​III. Como escolher o tipo certo de mola?​

A escolha do tipo de mola requer uma análise completa dos seguintes fatores:

• ​Pressão de operaçãoA mola helicoidal é preferível para alta pressão; a mola em V é uma boa opção para pressão baixa/média.
• ​Tipo de movimentoMolas em V que proporcionam força uniforme são priorizadas para vedação rotativa; ambas podem ser usadas para movimento alternativo.
• ​Faixa de temperaturaAs molas helicoidais (especialmente as de fio retangular) são mais confiáveis ​​em temperaturas muito baixas.
• ​Compatibilidade de mídiaO material da mola (geralmente aço inoxidável 304 ou 316) deve ser compatível com o fluido; ambientes altamente corrosivos podem exigir materiais especiais como o Hastelloy.
• ​Restrições de espaçoAs molas onduladas podem ser consideradas para vedação estática quando o espaço axial é limitado.
• ​Orçamento de custosAs molas em V oferecem uma excelente relação custo-benefício; as molas helicoidais oferecem um desempenho excelente, mas a um custo relativamente mais elevado.

​Conclusão​

Embora pequena, a mola é a alma de uma vedação energizada por mola. Da mola em V, que proporciona pressão uniforme, à mola helicoidal, que garante resistência a pressões ultra-altas, cada tipo é concebido para solucionar desafios de engenharia específicos. Compreender suas funções exclusivas e cenários de aplicação é um passo fundamental na seleção da solução de vedação mais adequada e confiável para o equipamento, aumentando, assim, a confiabilidade, a eficiência, a vida útil e eliminando os riscos de vazamento.