O-Rings como elementos de vedação

Um O-Ring constitui um elemento de vedação relativamente económico, que desempenha a sua função de uma forma muito eficaz. Vamos apenas analisar os O-Rings fabricados com materiais elastoméricos.

A eficácia no desempenho de um O-Ring está dependente de vários factores envolvidos na sua selecção e projecto, nomeadamente:

Vamos analisar sucessivamente este vários factores.

Selecção do elastómero

O factor mais decisivo na selecção do elastómero é o tipo de fluido com que o O-Ring vai entrar em contacto. O fluido tanto pode ser um gás como um líquido; o seu contacto com o material elastomérico que constitui o O-Ring, no caso deste ter sido mal seleccionado, pode originar a sua degradação, mais ou menos rápida.

Porém, é também decisiva nesta selecção, a temperatura de serviço, já que esta pode afectar também a resistência química do material elastomérico; um determinado elastómero pode não sofrer qualquer alteração quando em contacto com um determinado fluido a uma determinada temperatura, mas ser rapidamente degradado a uma temperatura superior. Por outro lado, para regimes de serviço de baixa temperatura é necessário que a eficácia do sistema de vedação não seja posta em causa por perda de flexibilidade do material elastomérico. Isto tem a ver com a temperatura de transição vítrea do polímero e, mais exactamente, do composto de borracha utilizado.

Para efeito de uma selecção correcta do elastómero recomenda-se a consulta de tabelas de resistência ou compactibilidade química dos elastómeros e das recomendações quanto à gama de temperaturas de serviço (ver nesta página).

Selecção adequada da dureza

A eficácia de vedação depende da dureza do composto de borracha. Esta selecção é altamente dependente da pressão do fluido ou, melhor ainda, do diferencial das pressões existentes nos dois lados do sistema. Em princípio, uma melhor eficácia de vedação é conseguida com uma maior dureza do material elastomérico. Todavia, a uma maior dureza corresponde, em geral, um valor mais desfavorável na deformação residual. Portanto há que estabelecer um compromisso, na eficácia de vedação, entre dureza e deformação residual para o composto de borracha seleccionado. A dureza do O-Ring varia, normalmente, entre 60 e 90 Shore A, gama de dureza suficientemente ampla para as necessidades, sobretudo as mais correntes. Contudo, são fabricados O-Rings numa gama de dureza muito mais ampla, como se indica a seguir:

• • • EPDM – Etileno Propileno Dieno: 40 a 90 Shore A
    • FKM – Fluoroelastómeros: 60 a 90 Shore A
    • Fluorosilicone (vários tipos): 50 a 80 Shore A
    • CR – Policloropreno: 40 a 85 Shore A
    • NBR – Acrilonitrilo Butadieno: 40 a 90 Shore A
    • SBR – Estireno Butadieno: 50 a 80 Shore A
    • Q – Silicone (vários tipos): 30 a 85 Shore A
    • AU – EU – Borrachas de Poliuretano: 50 a 90 Shore A
    • XNBR – Acrilonitrilo Butadieno Carboxilado: 50 a 80 Shore A
    • HNBR – Acrilonitrilo Butadieno Hidrogenado: 50 a 80 Shore A
    • FFKM – Perfluoroelastómeros: 70 a 90 Shore A

Em aplicações estáticas, a selecção do tipo de borracha a utilizar e da sua dureza, as dimensões do O-Ring e o projecto da sua glande apresentam menor complexidade.

Em aplicações dinâmicas, a selecção do tipo de borracha e da sua dureza, o seu nível de inchamento (o qual pode ocorrer em resultado do seu contacto com determinado tipo de fluido) e o regime de temperatura observado no sistema, são aspectos a considerar. Na selecção do tipo de O-Ring – particularmente na selecção da sua dureza – tem de se entrar em linha de conta com a pressão ou pressões de serviço e também com a folga diametral a adoptar, para que não ocorram fenómenos de extrusão do O-Ring, como veremos numa outra página deste tema. Também pode ser considerada a utilização de anéis de protecção (backup rings), para evitar os mencionados fenómenos de extrusão.

Projecto adequado do sistema de vedação

Selecção do O-Ring (características, dimensões e tolerâncias)

A selecção de um O-Ring depende, fundamentalmente, do tipo de aplicação e deve ser efectuada na fase de projecto do sistema onde vai ser inserido. A eficácia de vedação é função de vários factores, como já assinalamos. As dimensões do O-Ring a utilizar (diâmetro interior e secção) são, de certa forma, condicionadas pelas dimensões do sistema onde vai ser inserido, embora na fase de projecto possam surgir pequenos reajustamentos na dimensão do sistema, de forma a permitir a instalação de determinado tipo de O-ring.

Como é sabido, existem milhares de dimensões de O-Rings, normalizados e não normalizados. Nos O-Rings normalizados podemos dispor de várias séries, correspondentes, entre outras, às seguintes normas:

• • • ISO 3601-1:2012 — Fluid power systems — O-rings — Part 1: Inside diameters, cross-sections, tolerances and designation codes (Série métrica de O-Rings).
    • BS 1806:1989 — Specification for dimensions of toroidal sealing rings (‘O’-rings) and their housings (inch series) (Série imperial de O-Rings).
    • NF T 47-501 – International O-ring Standard Sizes.
    • AS568 SAE: 2014 — Aerospace Size Standard for O-rings (Society of Automotive Engineers).
    • JIS B 2401 – O-Rings.

No website da empresa inglesa PPE, Blackburn, encontra nesta página tabelas com as dimensões de O-Rings relativos às normas atrás referidas.

Além das dimensões dos O-Rings, as normas estabelecem também as respectivas tolerâncias, as quais devem ser consideradas na fase de projecto. 

Tipo, dimensões e tolerâncias da cavidade de alojamento (glande)

Uma boa eficácia do sistema de vedação resulta sempre de uma correcta selecção do vedante (tipo, dimensões e suas características), mas resulta igualmente de um adequado projecto e dimensionamento do seu alojamento no sistema. Neste caso é imperioso, portanto, que o O-Ring e o seu alojamento proporcionem uma combinação perfeita, para um correcto desempenho.

Deve ser seleccionado o tipo mais adequado de glande. As suas dimensões e respectivas tolerâncias devem ser adequadas às dimensões do O-Ring e também ao tipo e condições de serviço a que este vai ser submetido.

Grau de rugosidade da cavidade de alojamento (glande)

Também o grau de rugosidade superficial da cavidade de alojamento e das superfícies que entram em contacto com o O-Ring têm uma grande importância na eficácia da vedação, como facilmente se depreende. Um O-Ring com uma dureza relativamente baixa pode, em certa medida, compensar um nível de rugosidade mais grosseiro, mas isso não acontecerá certamente com um O-Ring com uma dureza de 90 Sh A, mesmo 80 ou 70. Por este motivo, o tipo de acabamento superficial deve ser definido na fase de projecto e constar nos desenhos.