Perguntas frequentes sobre o comportamento de vedação dos elastômeros em válvulas de diafragma
Causas de vazamentos após um longo período de operação
Aqui você encontra respostas para perguntas frequentes sobre o comportamento de vedação das válvulas de diafragma.
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Por que as válvulas de diafragma perdem sua função de vedação a longo prazo?
As válvulas de diafragma são elementos de vedação centrais em aplicações higiênicas e industriais. A segurança de funcionamento depende essencialmente das propriedades do elastômero utilizado.
No entanto, sob cargas térmicas e mecânicas contínuas, por exemplo, devido a ciclos SIP repetidos, as propriedades típicas destes materiais sofrem alterações. Essas alterações ocorrem com o tempo e são características dos elastômeros.
Portanto, as fugas não são necessariamente causadas por erros de montagem ou por um projeto incorreto, mas podem ser uma consequência dos processos de relaxamento e deformação típicos do material.
Quais processos típicos do material influenciam o comportamento da vedação?
Quando um elastômero é submetido a uma carga por um longo período, sua deformação não permanece constante. Em vez disso, ela aumenta gradualmente. Esse comportamento é descrito pelos efeitos de fluência e relaxamento de tensão. A causa está na interação de influências físicas e químicas, especialmente no comportamento viscoelástico e na estrutura molecular do Material.
Viscoselasticidade e reorganização molecular
Os elastômeros são viscoelásticos. Quando deformados, parte da energia aplicada é armazenada, enquanto outra parte é dissipada.
O comprimento das cadeias de polímeros é interligado e parcialmente entrelaçado. Essa estrutura influencia o comportamento do material sob carga. A velocidade e o tipo de reorganização molecular dependem principalmente de:
- estrutura química
- duração da carga
- temperatura
- taxa de deformação
Residual de deformação por compressão (Compression Set)
A deformação residual sob pressão descreve em que medida um elastômero retorna à sua forma original após uma deformação permanente. Um valor baixo representa uma boa capacidade de recuperação.
Frequentemente, um baixo conjunto de compressão está associado a um maior grau de reticulação. Esta estrutura do material pode reduzir a resistência à fissuração sob elevada carga mecânica.
Quais são as consequências na prática?
Relaxamento da tensão e perda da força de vedação
A relaxação da tensão refere-se à redução dependente do tempo da tensão mecânica armazenada no elastômero. Em uma válvula de diafragma, esse efeito se manifesta como uma redução contínua da força de vedação de contato. Com o aumento do tempo de operação, a membrana perde sua pré-tensão original, o que pode diminuir o efeito de vedação.
Reajuste como medida de curto prazo
Após o primeiro ciclo térmico, um reapertamento pode compensar parcialmente a perda de força de vedação. Isso reduz o risco de vazamento externo a curto prazo. No entanto, o problema fundamental permanece. A relaxação da tensão continua, de modo que, com o aumento do tempo de operação, são necessárias forças de reajuste mais elevadas.
Sobrecarga mecânica e formação de trincas
O aperto repetido ou excessivo aumenta significativamente a carga mecânica. Particularmente nas transições estruturais e nas áreas de fixação, ocorrem altas tensões locais. Se o limite de carga for excedido, ocorrem inicialmente microfissuras, que se espalham com o tempo e podem finalmente levar a fissuras visíveis e à falha do diafragma.
Quais são as consequências construtivas e como isso é resolvido na GOETZE?
A partir das propriedades típicas dos elastômeros, pode-se deduzir que uma função de vedação segura e duradoura não pode ser garantida apenas pelo reapertamento ou pela otimização de um único parâmetro do material. O que é decisivo é o projeto do sistema de vedação na válvula de diafragma. Só assim é possível evitar vazamentos e danos prematuros à membrana de forma sustentável.
As válvulas de diafragma da GOETZE possuem uma vantagem construtiva patenteada no sistema de vedação. Uma bucha de pressão de aço inox integrado no acionamento / atuador assume a função de um elemento de compensação mecânico e garante uma compressão constante do diafragma.
Dessa forma, não se otimiza isoladamente um único valor característico, mas se leva em consideração a interação entre o comportamento do elastômero, a pré-tensão e a carga mecânica na construção. O objetivo é obter uma função de vedação estável e duradoura, mesmo sob tensão térmica e mecânica.
As principais perguntas e respostas sobre o comportamento de vedação dos elastômeros em válvulas de diafragma
As válvulas de diafragma desempenham uma função de vedação central em aplicações higiênicas e industriais. Isso se baseia essencialmente nas propriedades do elastômero utilizado. No entanto, sob carga térmica e mecânica contínua – por exemplo, devido a ciclos SIP repetidos –, as propriedades típicas desses materiais se alteram.
Essas alterações dependentes do tempo podem levar a uma perda da função de vedação a longo prazo. Portanto, os vazamentos não ocorrem necessariamente devido a uma montagem incorreta, mas podem ser o resultado de efeitos de envelhecimento e relaxamento típicos do material.
Quando um elastômero é submetido a tensão mecânica por um longo período, sua deformação não permanece constante. Em vez disso, ela aumenta gradualmente. Esse comportamento é descrito pelos efeitos de fluência e relaxamento de tensão. A causa está na interação entre influências físicas e químicas. O comportamento viscoelástico do material e sua estrutura molecular são fatores decisivos. Outro valor característico relevante é o chamado conjunto de deformação por compressão (Compression Set), que indica o quanto um elastômero retoma sua forma original após uma deformação permanente.
Os elastômeros são basicamente viscoelásticos. Isso significa que, quando deformados, parte da energia aplicada é armazenada no material, enquanto outra parte é dissipada.
As cadeias poliméricas de um elastômero estão interligadas e parcialmente entrelaçadas. Essa estrutura permite, por um lado, um comportamento elástico, mas, ao mesmo tempo, limita a mobilidade das cadeias. A velocidade e o tipo de reorganização molecular dependem, em particular, de:
- a estrutura química do elastômero
- a duração da carga
- a temperatura
- a taxa de deformação
Esses fatores determinam a intensidade e a rapidez com que as propriedades mecânicas se alteram ao longo do tempo.
A relaxação da tensão descreve a redução dependente do tempo da tensão mecânica armazenada no elastômero. Em uma válvula de diafragma, esse efeito faz com que a pré-tensão originalmente aplicada à membrana diminua continuamente. A força de vedação de contato diminui com o aumento do tempo de operação, o que pode reduzir o efeito de vedação. Assim, podem ocorrer vazamentos mesmo que a válvula tenha sido montada e projetada corretamente no início.
Após o primeiro ciclo térmico, o aperto da conexão pode compensar parcialmente a perda da força de vedação. Isso reduz o risco de vazamento externo a curto prazo. No entanto, isso não resolve o problema fundamental. A relaxação da tensão do elastômero continua. Com o aumento do tempo de operação, são necessárias forças de reajuste cada vez maiores para manter o efeito de vedação.
O aperto repetido ou excessivo aumenta significativamente a carga mecânica do diafragma. Particularmente nas transições estruturais e nas áreas de fixação, ocorrem altas tensões locais. Se o limite de carga do elastômero for excedido, começa a fadiga do material. Inicialmente, formam-se microfissuras que se espalham com o tempo. Como resultado, surgem fissuras visíveis que podem levar à falha do diafragma.
A deformação residual indica em que medida um elastômero retorna à sua forma original após uma deformação permanente. Um valor baixo significa uma boa capacidade de recuperação. Frequentemente, um baixo resíduo de deformação sob pressão está associado a um maior grau de reticulação do material. No entanto, esta estrutura pode reduzir a resistência à fissuração sob elevada carga mecânica. O material reage então menos através de cedência elástica e mais através da formação de fissuras.
Um material com excelente capacidade de recuperação pode ser simultaneamente mais rígido e menos amortecedor. Isso reduz a capacidade de dissipar picos de tensão locais. Especialmente durante o aperto, ocorrem tensões locais muito elevadas. Se um elastômero não conseguir absorver e distribuir essa energia de forma adequada, a carga se concentra no material. Isso pode resultar na formação de fissuras. Portanto, um baixo conjunto de compressão não significa automaticamente uma maior resistência a longo prazo em todas as condições de carga.
Uma função de vedação segura e duradoura não pode ser garantida apenas por meio do aperto ou da escolha de um único valor característico do material. O que é decisivo é um projeto construtivo do sistema de vedação na válvula de diafragma, como a solução patenteada nas válvulas de diafragma GOETZE. Só assim é possível evitar vazamentos e danos prematuros à membrana de forma sustentável.