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