Digestores contínuos em fábricas de celulose são equipamentos críticos no processo de fabricação de papel. Eles operam sob condições severas, como contato com produtos químicos agressivos, temperaturas elevadas, variações de pressão, ciclos térmicos e vibrações mecânicas. Falhas na vedação da parte superior e inferior desses digestores podem resultar em perdas significativas de produtividade, reforçando a necessidade de materiais de junta robustos e confiáveis.
Os testes rigorosos realizados para avaliar qual material de junta é mais adequado para uso em digestores contínuos indicam que o PTFE reestruturado apresenta propriedades-chave que oferecem vantagens distintas em relação a outros materiais de vedação para essa aplicação crítica.
Por Roberto Henrique Gomes de Araujo, João Gabriel Zamora de Morais e Angelica Pajkovic
As juntas podem ser fabricadas a partir de diversos materiais, como metais, compósitos e polímeros, que devem ser cuidadosamente selecionados de acordo com os requisitos da aplicação. Historicamente, as juntas metálicas eram a primeira escolha para aplicações severas e exigentes. No entanto, digestores contínuos frequentemente não possuem carga de aperto suficiente para comprimir adequadamente uma junta metálica. Como alternativa, passaram a ser utilizadas juntas não metálicas, especialmente de grafite flexível (FG) e politetrafluoretileno (PTFE).
Entre essas opções, o PTFE reestruturado (rPTFE) tem se mostrado um excelente material de vedação para digestores contínuos, oferecendo desempenho superior, durabilidade e versatilidade.
Entendendo as limitações dos materiais tradicionais
O PTFE é amplamente utilizado em aplicações industriais de vedação devido à sua excelente resistência química, propriedades elétricas, característica antiaderente, alta resistência ao impacto e baixo coeficiente de atrito. Como diferentes processos exigem tipos específicos de resina de PTFE, diversos fatores são considerados na definição da resina a ser utilizada, incluindo peso molecular, tamanho médio de partícula e características de fibrilação.
Dessa forma, o uso de diferentes qualidades de resina e processos de produção resulta em uma ampla variedade de tipos de juntas de PTFE, cada uma com características mecânicas específicas. Além disso, o tipo de resina e o método de fabricação das placas podem aumentar ou reduzir o limite de tensão e a fluência do produto em até 70%, conforme demonstrado por Werner et al.³
Para uma vedação eficaz, é essencial selecionar materiais com as seguintes propriedades mecânicas:
Embora a seleção de materiais com propriedades mecânicas adequadas seja essencial para uma vedação eficaz, também é importante compreender as limitações de opções tradicionais, como o grafite flexível e o PTFE rígido. Apesar de suas vantagens, esses materiais apresentam desafios que podem impactar o desempenho e a confiabilidade em aplicações exigentes.
Grafite flexível (FG): juntas de grafite flexível proporcionam vedação confiável, boa resistência ao ataque químico e excelente resistência à degradação térmica. No entanto, sua fragilidade dificulta o manuseio e a montagem, especialmente em aplicações de grande diâmetro. Algumas alternativas foram desenvolvidas para reforçar juntas de grafite flexível em placa com lâminas, fios ou insertos metálicos em aço inoxidável. Isso proporciona um leve aumento de rigidez, mas também expõe o manipulador da junta a bordas cortantes e ao risco de cortes.
PTFE rígido: o PTFE rígido oferece excelente resistência química. No entanto, sua elevada taxa de fluência sob tensões operacionais, agravada por temperaturas elevadas, limita sua adequação para campanhas prolongadas. A adição de 25% de fibra de vidro pode ajudar a reduzir a fluência em comparação ao PTFE rígido virgem, mas não a um nível aceitável.
PTFE reestruturado (rPTFE): o PTFE com carga e reestruturado supera as limitações tanto do grafite flexível quanto dos tipos de PTFE rígido. Produzido por meio de um processo de laminação que resulta em excelente fibrilação, o rPTFE apresenta maior resistência mecânica, baixa fluência e excelente retenção do torque de aperto. Sua capacidade de ser termofusionado em juntas sem emendas e fabricadas sob medida permite uma vedação confiável em aplicações de grande diâmetro. O material também apresenta flexibilidade superior, tornando seu manuseio mais seguro e simples em comparação ao grafite flexível. Além disso, as cargas são adicionadas diretamente à microestrutura para melhorar as características mecânicas e químicas do material, bem como adaptar o rPTFE aos requisitos específicos de cada processo.
Ao superar as limitações dos materiais tradicionais, o rPTFE demonstra seu potencial como uma solução de vedação mais confiável. Para validar seu desempenho, foram realizados testes críticos comparando o rPTFE com outras variantes de PTFE, oferecendo uma visão clara de suas capacidades aprimoradas em condições reais de operação.
Testes críticos validam as capacidades do rPTFE
Teste de fluência e retenção de carga
Um estudo comparou o desempenho do rPTFE e do PTFE rígido sob condições idênticas. A retenção da carga nos estojos foi monitorada após a instalação da junta, e ambas as juntas foram reapertadas após um período de quatro horas. O procedimento de teste foi o seguinte:
Resultados: o PTFE rígido apresentou maior perda de carga nos estojos devido à sua elevada fluência, aumentando a probabilidade de desenvolvimento de vazamentos ao longo do tempo. Em contrapartida, o rPTFE manteve uma carga relativamente elevada nos estojos, com perda mínima de carga por relaxamento, demonstrando sua resistência sob tensões operacionais, conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1: perda de carga nos estojos [kN] ao longo do tempo [horas] para os dois tipos de PTFE: rígido e reestruturado.
Por meio de testes rigorosos e aplicações reais, o rPTFE demonstrou sua capacidade de minimizar paradas, aumentar a eficiência operacional e garantir a integridade da vedação no longo prazo.
Exemplo de aplicação em campo
Como destacado, a seleção adequada do tipo de PTFE e do método de fabricação é essencial para garantir a segurança e a eficiência de uniões flangeadas, minimizando o risco de vazamentos e aumentando a confiabilidade operacional. O exemplo real a seguir reforça a importância do rPTFE como material superior para aplicações críticas.
Uma fábrica de celulose e papel precisava realizar a termofusão de uma junta em um digestor contínuo diretamente em campo. Nesse caso, a junta precisava ser substituída, mas não era viável remover o eixo do raspador inferior para posicioná-la adequadamente.
Figura 2: digestor contínuo.
Para superar esse desafio, foi necessário desenvolver ferramentas capazes de realizar a termofusão em campo com o mesmo padrão de qualidade obtido em ambiente controlado.
Após os segmentos da junta serem termofusionados, o flange foi montado e o digestor entrou em operação sem vazamentos, evidenciando a versatilidade do rPTFE como material de vedação.
Considerações finais
O PTFE reestruturado redefiniu o desempenho de juntas na indústria de celulose e papel. Suas propriedades mecânicas, capacidade de termofusão e confiabilidade comprovada em campo fazem dele a escolha ideal para digestores contínuos.
Principais vantagens do rPTFE para digestores
Ao vedar equipamentos críticos como digestores, a seleção de juntas de rPTFE proporciona uma solução versátil e confiável.
Referências
Sobre a autora
Angelica Pajkovic é Client Specialist na Teadit, com foco especial no desenvolvimento de conteúdo técnico. Natural de Toronto, Canadá, possui mais de seis anos de experiência no setor industrial. Em sua função anterior como Editora-Chefe em uma empresa de publicação B2B industrial, adquiriu uma visão abrangente sobre os desafios, interesses e relações comerciais do setor industrial. Para mais informações, entre em contato com Angelica pelo e-mail: [email protected].
Sobre o especialista
Roberto Araujo graduou-se como engenheiro mecânico em 1993. Trabalha na Teadit desde 1988, inicialmente na área de pesquisa e desenvolvimento de novos produtos, como filamentos de PTFE para gaxetas trançadas, e posteriormente no departamento de exportação. Desde 2005, atua como Gerente de Engenharia de Aplicação, oferecendo suporte técnico em produtos de vedação para clientes finais no Brasil e na América Latina. Participou da conferência ASME PVP em Seattle, em 2010, e em Vancouver, em 2016, como autor dos trabalhos “Evaluation of Pipe Flange Gaskets Relaxation” (2010) e “Development of Gaskets and its Accessories for Electrical Insulation of Pipelines” (2016).
Sobre o especialista
João Gabriel Zamora de Morais é engenheiro mecânico formado pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e atua como Engenheiro de Aplicação na Teadit Brasil, onde é responsável pelo atendimento à indústria de celulose e papel na América Latina.
Os testes rigorosos realizados para avaliar qual material de junta é mais adequado para uso em digestores contínuos indicam que o PTFE reestruturado apresenta propriedades-chave que oferecem vantagens distintas em relação a outros materiais de vedação para essa aplicação crítica.
Por Roberto Henrique Gomes de Araujo, João Gabriel Zamora de Morais e Angelica Pajkovic
As juntas podem ser fabricadas a partir de diversos materiais, como metais, compósitos e polímeros, que devem ser cuidadosamente selecionados de acordo com os requisitos da aplicação. Historicamente, as juntas metálicas eram a primeira escolha para aplicações severas e exigentes. No entanto, digestores contínuos frequentemente não possuem carga de aperto suficiente para comprimir adequadamente uma junta metálica. Como alternativa, passaram a ser utilizadas juntas não metálicas, especialmente de grafite flexível (FG) e politetrafluoretileno (PTFE).
Entre essas opções, o PTFE reestruturado (rPTFE) tem se mostrado um excelente material de vedação para digestores contínuos, oferecendo desempenho superior, durabilidade e versatilidade.
Entendendo as limitações dos materiais tradicionais
O PTFE é amplamente utilizado em aplicações industriais de vedação devido à sua excelente resistência química, propriedades elétricas, característica antiaderente, alta resistência ao impacto e baixo coeficiente de atrito. Como diferentes processos exigem tipos específicos de resina de PTFE, diversos fatores são considerados na definição da resina a ser utilizada, incluindo peso molecular, tamanho médio de partícula e características de fibrilação.
Dessa forma, o uso de diferentes qualidades de resina e processos de produção resulta em uma ampla variedade de tipos de juntas de PTFE, cada uma com características mecânicas específicas. Além disso, o tipo de resina e o método de fabricação das placas podem aumentar ou reduzir o limite de tensão e a fluência do produto em até 70%, conforme demonstrado por Werner et al.³
Para uma vedação eficaz, é essencial selecionar materiais com as seguintes propriedades mecânicas:
- Alta retenção do torque de aperto
- Resistência a ciclos térmicos
- Baixa fluência
- Excelente capacidade de vedação
Embora a seleção de materiais com propriedades mecânicas adequadas seja essencial para uma vedação eficaz, também é importante compreender as limitações de opções tradicionais, como o grafite flexível e o PTFE rígido. Apesar de suas vantagens, esses materiais apresentam desafios que podem impactar o desempenho e a confiabilidade em aplicações exigentes.
Grafite flexível (FG): juntas de grafite flexível proporcionam vedação confiável, boa resistência ao ataque químico e excelente resistência à degradação térmica. No entanto, sua fragilidade dificulta o manuseio e a montagem, especialmente em aplicações de grande diâmetro. Algumas alternativas foram desenvolvidas para reforçar juntas de grafite flexível em placa com lâminas, fios ou insertos metálicos em aço inoxidável. Isso proporciona um leve aumento de rigidez, mas também expõe o manipulador da junta a bordas cortantes e ao risco de cortes.
PTFE rígido: o PTFE rígido oferece excelente resistência química. No entanto, sua elevada taxa de fluência sob tensões operacionais, agravada por temperaturas elevadas, limita sua adequação para campanhas prolongadas. A adição de 25% de fibra de vidro pode ajudar a reduzir a fluência em comparação ao PTFE rígido virgem, mas não a um nível aceitável.
PTFE reestruturado (rPTFE): o PTFE com carga e reestruturado supera as limitações tanto do grafite flexível quanto dos tipos de PTFE rígido. Produzido por meio de um processo de laminação que resulta em excelente fibrilação, o rPTFE apresenta maior resistência mecânica, baixa fluência e excelente retenção do torque de aperto. Sua capacidade de ser termofusionado em juntas sem emendas e fabricadas sob medida permite uma vedação confiável em aplicações de grande diâmetro. O material também apresenta flexibilidade superior, tornando seu manuseio mais seguro e simples em comparação ao grafite flexível. Além disso, as cargas são adicionadas diretamente à microestrutura para melhorar as características mecânicas e químicas do material, bem como adaptar o rPTFE aos requisitos específicos de cada processo.
Ao superar as limitações dos materiais tradicionais, o rPTFE demonstra seu potencial como uma solução de vedação mais confiável. Para validar seu desempenho, foram realizados testes críticos comparando o rPTFE com outras variantes de PTFE, oferecendo uma visão clara de suas capacidades aprimoradas em condições reais de operação.
Testes críticos validam as capacidades do rPTFE
Teste de fluência e retenção de carga
Um estudo comparou o desempenho do rPTFE e do PTFE rígido sob condições idênticas. A retenção da carga nos estojos foi monitorada após a instalação da junta, e ambas as juntas foram reapertadas após um período de quatro horas. O procedimento de teste foi o seguinte:
- Dispositivo de teste: flange com face elevada (RF) NPS 2, Classe 300
- Rugosidade da superfície de vedação do flange: 500 μin
- Espessura da junta: 2 mm
- Área da junta: 5,94 in² (3832 mm²)
- Carga na junta: 9880 psi (68 MPa)
- Duração do teste: 20 horas
Resultados: o PTFE rígido apresentou maior perda de carga nos estojos devido à sua elevada fluência, aumentando a probabilidade de desenvolvimento de vazamentos ao longo do tempo. Em contrapartida, o rPTFE manteve uma carga relativamente elevada nos estojos, com perda mínima de carga por relaxamento, demonstrando sua resistência sob tensões operacionais, conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1: perda de carga nos estojos [kN] ao longo do tempo [horas] para os dois tipos de PTFE: rígido e reestruturado.
Por meio de testes rigorosos e aplicações reais, o rPTFE demonstrou sua capacidade de minimizar paradas, aumentar a eficiência operacional e garantir a integridade da vedação no longo prazo.
Exemplo de aplicação em campo
Como destacado, a seleção adequada do tipo de PTFE e do método de fabricação é essencial para garantir a segurança e a eficiência de uniões flangeadas, minimizando o risco de vazamentos e aumentando a confiabilidade operacional. O exemplo real a seguir reforça a importância do rPTFE como material superior para aplicações críticas.
Uma fábrica de celulose e papel precisava realizar a termofusão de uma junta em um digestor contínuo diretamente em campo. Nesse caso, a junta precisava ser substituída, mas não era viável remover o eixo do raspador inferior para posicioná-la adequadamente.
Figura 2: digestor contínuo.
Para superar esse desafio, foi necessário desenvolver ferramentas capazes de realizar a termofusão em campo com o mesmo padrão de qualidade obtido em ambiente controlado.
Após os segmentos da junta serem termofusionados, o flange foi montado e o digestor entrou em operação sem vazamentos, evidenciando a versatilidade do rPTFE como material de vedação.
Considerações finais
O PTFE reestruturado redefiniu o desempenho de juntas na indústria de celulose e papel. Suas propriedades mecânicas, capacidade de termofusão e confiabilidade comprovada em campo fazem dele a escolha ideal para digestores contínuos.
Principais vantagens do rPTFE para digestores
- Alta retenção do torque de aperto: a estrutura fibrilada do rPTFE garante excelente retenção de carga, mesmo em condições severas.
- Baixa fluência: a menor deformação do material reduz a necessidade de reaperto e aumenta a capacidade de vedação no longo prazo.
- Estabilidade química e térmica: o rPTFE mantém suas propriedades em uma ampla faixa de temperaturas e exposições químicas.
- Dimensões customizadas: a tecnologia de termofusão permite a fabricação de juntas de grande diâmetro, sem emendas, adaptadas a aplicações específicas.
- Facilidade de manuseio: resistentes e de fácil instalação, as juntas de rPTFE são indicadas para aplicações em campo.
- Ampla flexibilidade dimensional: o rPTFE permite a produção de juntas inteiriças, mais confiáveis e extremamente importantes para campanhas mais longas.
Ao vedar equipamentos críticos como digestores, a seleção de juntas de rPTFE proporciona uma solução versátil e confiável.
Referências
- VEIGA, José Carlos. Juntas industriais / José Carlos Veiga. 8ª edição. Rio de Janeiro, RJ: junho, 2019. Teadit Indústria e Comércio.
- FLUOROPRODUCTS, DuPont. Teflon® PTFE fluoropolymer resin: properties handbook. DuPont Fluoroproducts: Wilmington, NC, USA, 1996.
- SILVA, Ana C.; WERNER, Florian; XAVIER, Lucas. The influence of elevated temperature in creep relaxation of various PTFE gaskets production methods. In: Pressure Vessels and Piping Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2018. p. V002T02A018.
Sobre a autoraAngelica Pajkovic é Client Specialist na Teadit, com foco especial no desenvolvimento de conteúdo técnico. Natural de Toronto, Canadá, possui mais de seis anos de experiência no setor industrial. Em sua função anterior como Editora-Chefe em uma empresa de publicação B2B industrial, adquiriu uma visão abrangente sobre os desafios, interesses e relações comerciais do setor industrial. Para mais informações, entre em contato com Angelica pelo e-mail: [email protected].
Sobre o especialistaRoberto Araujo graduou-se como engenheiro mecânico em 1993. Trabalha na Teadit desde 1988, inicialmente na área de pesquisa e desenvolvimento de novos produtos, como filamentos de PTFE para gaxetas trançadas, e posteriormente no departamento de exportação. Desde 2005, atua como Gerente de Engenharia de Aplicação, oferecendo suporte técnico em produtos de vedação para clientes finais no Brasil e na América Latina. Participou da conferência ASME PVP em Seattle, em 2010, e em Vancouver, em 2016, como autor dos trabalhos “Evaluation of Pipe Flange Gaskets Relaxation” (2010) e “Development of Gaskets and its Accessories for Electrical Insulation of Pipelines” (2016).
Sobre o especialistaJoão Gabriel Zamora de Morais é engenheiro mecânico formado pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e atua como Engenheiro de Aplicação na Teadit Brasil, onde é responsável pelo atendimento à indústria de celulose e papel na América Latina.