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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA ESPECIFICAO E SELEO DE MATERIAIS MEC 1801 PROF. DR. JOO TELSFORO NBREGA DE MEDEIROS
AIRTON SANTOS ARAJO DE SOUZA
MODOS DE FALHA EM O-RINGS
NATAL RN Maio de 2013
1 MODOS DE FALHA EM O-RINGS
Como qualquer dispositivo sujeito a julgamento de projeto ou a erro humano
durante a sua instalao, os o-rings so suscetveis a falhas. A seguir, um breve
resumo dos padres de falha dos o-rings destina-se a dar ao projetista/engenheiro
uma breve descrio dos tipos mais comuns de falha e uma lista de aes corretivas
recomendadas.
1.1 PORQUE UM O-RING FALHA PREMATURAMENTE?
A falha prematura de um o-ring em servio pode geralmente ser atribuda a
uma combinao de causas e no meramente a um nico modo de falha. de
grande importncia analisar esse tipo de falha, pois isso pode maximizar a vida de
vedao e a confiabilidade, reduzindo a probabilidade de falha de vedao
prematura pelo uso de boas prticas de projeto, seleo de composto adequado,
utilizao de testes de pr-produo e educao e formao contnua de
colaboradores.
1.2 TIPOS DE FALHA EM O-RINGS
A seguir sero descritos os tipo mais comuns de falhas que podem ocorrer
nos o-rings.
1.2.1 Carga de compresso
Provavelmente a causa mais comum de falha em um o-ring a aplicao de
uma carga de compresso excessiva em sua montagem. Um anel de vedao eficaz
requer uma linha de selagem contnua entre as superfcies a serem vedadas. O
estabelecimento desta linha de selagem depende do projeto da cavidade de
instalao do o-ring e de sua seco transversal, que determina a quantidade
correta do aperto (compresso) do o-ring para manter a integridade da vedao sem
haver uma deformao excessiva.
A caracterstica visual de um o-ring que possui esse tipo de falha o
achatamento das superfcies de contato. A figura 1 mostra um exemplo de o-ring
com esse tipo de falha.
Figura 1 O-ring submetido a uma carga de compresso excessiva
Fonte: Parker O-ring Handbook (2007)
Em geral, problemas com carga de compresso so causados por uma ou
mais das seguintes condies:
a) Material selecionado para o o-ring com pobres propriedades de
compresso.
b) Projeto da cavidade de instalao imprprio.
c) Desenvolvimento de temperatura excessiva, causando o
endurecimento do o-ring e a perda de suas propriedades elsticas
(temperaturas elevadas podem ser causadas por fluidos do sistema, fatores
ambientais externos ou acumulo de calor por frico).
d) Intumescimento (inchamento) do o-ring, devido ao fluido do sistema.
e) Aperto excessivo devido ao excesso de aperto nas cavidades de
instalao ajustveis.
f) Cura incompleta (vulcanizao) do material do o-ring durante a
produo.
g) Introduo de fluido incompatvel com o material do o-ring.
Para preveno/correo dessa falha, so sugeridas as seguintes solues
para as causas de carga de compresso excessiva:
a) Usar material do o-ring de baixa carga de compresso sempre que
possvel.
b) Selecionar o material do o-ring compatvel com as condies servio
pretendidas.
c) Reduzir a temperatura de operao do sistema.
d) Verificar acmulo de calor por frico na interface de vedao e reduzi-
lo, caso seja excessivo.
e) Inspecionar a entrada de remessas de o-ring para verificar se as
propriedades fsicas esto corretas.
1.2.2 Extruso e mordiscamento
Extruso e mordiscamento do o-ring a principal causa de falha de vedao
em aplicaes dinmicas, como selos hidrulicos de haste e pisto. Esta forma de
falha tambm pode ser encontrada ao longo do tempo em aplicaes estticas
sujeitas a pulsos de alta presso, que provocam a abertura de folga em flanges,
prendendo o o-ring entre as superfcies de contato.
Um exemplo tpico de extruso de o-ring quando as bordas que esto sobre
baixa presso ou do lado a jusante da cavidade de instalao exibem uma aparncia
mastigada ou lascada. Em um O-ring que falhou devido a mordiscamento, ele
pode ter a aparncia de que pequenos pedaos foram removidos a partir do lado de
baixa presso. Em algumas formas de extruso, mais de 50% do o-ring pode ser
destrudo antes que fugas catastrficas sejam observadas. Na figura 2
apresentado um o-ring que sofreu extruso e mordiscamento.
Figura 2 O-ring extrudado
Fonte: Parker O-ring Handbook (2007)
Em geral, a extruso e o mordiscamento so causados por uma ou mais das
seguintes condies:
a) Folgas excessivas.
b) Alta presso (acima da presso de projeto do sistema ou excurses de
alta presso).
c) Material do o-ring muito flexivel.
d) Degradao (inchao, suavizao, encolhimento, rachaduras, etc.) do
material do o-ring, por causa do fluido do sistema.
e) Abertura irregular das folgas, causada por excentricidade.
f) Aumento da abertura das folgas, devido presso excessiva do
sistema.
g) Usinagem inadequada das cavidades de instalao do o-ring (arestas
vivas).
h) Tamanho imprprio (muito grande) do o-ring instalado, provocando
enchimento excessivo da cavidade.
Solues sugeridas para as causas de extruso e mordiscamento listadas
acima so as seguinte:
a) Diminuio das folgas pela reduo das tolerncias de usinagem.
b) Utilizar dispositivos anti-extruso (back-up rings).
c) Verificar a compatibilidade do material do o-ring com o fluido do
sistema.
d) Aumentar a rigidez dos componentes metlicos.
e) Substituir o o-ring atual por um o-ring mais rgido.
f) Quebrar as arestas da cavidade de instalao, fazendo com que
possuam um raio mnimo de 0,005 polegadas.
g) Assegurar instalao de O-rings de tamanho apropriado.
h) Utilizar uma forma alternativa de vedao.
1.2.3 Falha em espiral
Falha em espiral de um o-ring freqentemente encontrada em selos de
pistes hidrulicos de longo curso, e em menor grau em selos de hastes. Este tipo
de falha do o-ring provocado quando o selo fica pendurado em um ponto do seu
dimetro (contra a parede do cilindro), o fazendo deslizar e rolar ao mesmo tempo. A
toro resultante do o-ring e do dispositivo vedado finalmente completa um ciclo,
fazendo com que o selo desenvolva uma srie de cortes profundos em espiral
(geralmente a um ngulo de 45) com a superfcie do selo.
Figura 3 O-ring com falha em espiral
Fonte: Parker O-ring Handbook (2007)
Como afirmado acima, a falha em espiral geralmente causada por um o-ring
que est tanto deslizando como rolando ao mesmo tempo. Condies que podem
fazer com que isso ocorra so:
a) Componentes excntricos.
b) Grande folga combinada com cargas laterais.
c) Acabamentos superficiais irregulares.
d) Lubrificao inadequada ou inapropriada.
e) O-ring muito flexvel.
f) Velocidade de curso (geralmente muito lenta).
g) Instalao inadequada (o-ring preso ou enrolado).
Solues sugeridas para as causas da falha em espiral so as seguintes:
a) Melhorar o acabamento superficial do local de montagem do selo na
interface dinmica (dimetro do cilindro, haste de pisto).
b) Verificar se h componentes desalinhados (dimetro do cilindro
especialmente).
c) Proporcionar uma lubrificao adequada. Considerar o uso de
lubrificao interna nos o-rings.
d) Substituir por um o-ring mais rgido.
e) Considerar o uso de formas alternativas de vedao.
1.2.4 Descompresso explosiva
Conforme aumentam-se as presses do sistema, esse tipo de falha ocorre
com mais freqncia. Ele pode ser denominado embolismo do o-ring, onde aps
um perodo de servio sob gs a alta presso, quando a presso reduzida muito
rapidamente, os gases aprisionados dentro da estrutura interna do o-ring se
expandem rapidamente, fazendo com que pequenas rupturas ou embolismos
surjam na superfcie do o-ring.
O selo submetido descompresso explosiva muitas vezes exibe pequenas
cavidades ou bolhas na sua superfcie. Em casos graves, a anlise da estrutura
interna do o-ring vai revelar outras fendas e fissuras. A figura 4 apresenta um o-ring
com esse tipo de falha.
Figura 4 O-ring danificado por descompresso explosiva
Fonte: Parker O-ring Handbook (2007)
A descompresso explosiva ou ruptura por expanso de gs causada pela
alta presso do gs preso dentro da estrutura interna do elemento de selagem
elastomrico. A diminuio rpida da presso do sistema faz com que o gs
aprisionado se expanda para igualar sua presso com a presso externa, e esta
expanso provoca bolhas e rupturas na superfcie de selo. Se o volume de gs
aprisionado pequeno, as bolhas podem diminuir medida que a presso
igualada, com pouco efeito sobre integridade do selo. J uma quantidade excessiva
de gs aprisionado pode provocar a destruio total do selo.
Solues sugeridas para a descompresso explosiva so:
a) Aumentar o tempo de descompresso, para permitir que o gs
aprisionado saia do material de selagem.
b) Escolher um material de selagem com boa resistncia a
descompresso explosiva.
c) Se o problema persistir e as presses so muito elevadas, considerar o
uso de selos metlicos.
1.2.5 Abraso
Outro tipo bastante comum de falha em um o-ring a abraso. Essa falha
geralmente encontrada apenas em vedaes dinmicas que esto sujeitas ao
movimento alternado, oscilante ou de rotao.
Figura 5 Abraso caracterizada pelo achatamento da parte superior do o-ring
Fonte: Parker O-ring Handbook (2007)
Em geral, a abraso de o-rings causada por uma ou mais das seguintes
caractersticas:
a) Acabamento inadequado da superfcie em contacto dinmico com o o-
ring. Este acabamento pode ser muito spero, agindo como um abrasivo, ou
liso, causando a lubrificao inadequada, devido incapacidade da superfcie
em armazenar o lubrificante.
b) Lubrificao inadequada fornecida por um fluido do sistema.
c) Temperaturas excessivas.
d) A contaminao do fluido do sistema por partculas abrasivas.
Solues sugeridas para os problemas causados pela abraso so:
a) Utilizar acabamento adequado.
b) Proporcionar uma lubrificao adequada com o uso de fluido do
sistema adequado.
c) Considerar o uso de o-rings lubrificados internamente, para reduzir a
frico e o desgaste.
d) Verificar se h contaminao do fluido e eliminar a fonte. Instalar filtros,
se necessrio.
e) Considerar mudar para um material do o-ring, com uma melhor
resistncia abraso.
1.2.6 Danos de instalao
Muitas falhas em o-rings podem ser diretamente atribudas instalao
inadequada. Apesar da sua aparncia simples, o o-ring um dispositivo de preciso,
que exige cuidados durante a sua instalao.
Danos em um o-ring durante a instalao podem ocorrer quando:
a) Existncia de arestas vivas sobre os componentes metlicos, tais como
no acoplamento da cavidade de instalao do o-ring ou em roscas sobre as
quais o o-ring deve passar durante a montagem.
b) Chanfro de entrada insuficiente.
c) Sulcos cegos em vlvulas multi-porta.
d) O-ring muito grande aplicado na selagem de pisto.
e) O-ring muito pequeno aplicado em uma haste.
f) O-ring torcido/comprimido durante a instalao.
g) O-ring no lubrificado corretamente antes da instalao.
h) O-ring sujo aps a instalao.
i) Cavidade de instalao do o-ring e/ou outras superfcies sobre as quais
o-ring deve passar durante a montagem, contaminadas com partculas
metlicas.
j) Descuidos em geral.
Provavelmente a melhor maneira de evitar danos aos o-rings durante a
instalao a utilizao do bom e velho bom senso. H algumas solues
especficas, que esto listados abaixo:
a) Quebrar todas as arestas vivas dos componentes metlicos.
b) Fornecer chanfro de entrada de 20.
c) Verificar todos os componentes para limpeza antes da instalao.
d) Tapar os locais que podem contaminar o o-ring durante a sua
instalao.
e) Utilizar um lubrificante para o-rings, se a sua utilizao no for
contaminar o sistema.
f) Verificar cuidadosamente o o-ring, para garantir tamanho e material
corretos.
g) TER CUIDADO.
1.2.7 Outras causas de falha de o-rings
Existem vrias outras possveis causas de falha em o-rings. Elas so:
a) Condies climticas e degradao do oznio.
b) Envelhecimento trmico e oxidao.
c) A perda de plastificante(s).
Se houver um tipo incomum de falha no o-ring, ou se no houver a
capacidade de identificar um modo de falha particular, o passo a se tomar entrar
em contato com o fabricante. Na maioria dos casos, os engenheiros da empresa
fabricante sero capazes de oferecer tanto uma identificao do problema como
uma srie de solues possveis.
REFERNCIAS
PARKER O-RING Handbook. Cleveland: Parker Hannifin Corporation, 2007. 292 p.
Disponvel em: . Acesso em: 22 de maio de 2013.
http://www.parker.com/literature/ORD%205700%20Parker_O-Ring_Handbook.pdfhttp://www.parker.com/literature/ORD%205700%20Parker_O-Ring_Handbook.pdf