Anéis do Pistão – Morfologia

Conheça as formas mais comuns dos anéis de segmento, quais suas diferenças e aplicações, quais os materiais mais utilizados para fabricação e porquê, além de uma breve abordagem sobre revestimento superficial e sua função.

Geometria de Perfil

Quando você compra um jogo de anéis, vai perceber que geralmente vem três ou quatro anéis e, observando atentamente, notará que cada um tem uma geometria diferente.

Cada anel tem um desenho de perfil característico à função que desempenha, justamente por isso é muito importante que a montagem seja feita na ordem e posição correta, para garantir que todo o conjunto atue de forma adequada.

1° Anel – Compressão

O anel de compressão é sempre o primeiro anel, ele tem o papel exclusivo de fazer a maior vedação possível, recebendo a maior carga térmica e pressão dentre os três.

Perfil retangular de faces retas é o perfil mais simples e também o mais comum. Sua geometria permite um funcionamento neutro, livre de tensão inicial de montagem.

Perfil com chanfro interno é uma geometria que possibilita o anel de girar para cima ou para baixo, dependendo se o chanfro esta em cima ou em baixo. O chanfro cria uma tensão que faz o anel girar quando montado no cilindro.

Perfil com entalhe interno funciona da mesma forma que o perfil chanfrado, com ligeiras variações de projeto. O giro do anel permite que ele opere de forma mais tensionada no movimento de subida ou descida, de acordo com a posição do recorte.

2° Anel – Compressão / Raspador

O anel raspador é também um anel de compressão. Seu perfil tem a face externa inclinada para baixo (lembre-se disso na montagem), o que permite uma boa vedação para evitar que o óleo suba para a parte superior, bem como a calibragem de uma fina película de óleo que garante o não contato direto entre os anéis e as paredes do cilindro devido a efeitos hidrodinâmicos.

Perfil de face interna reta opera livre de inclinação do anel, o que significa uma pressão contra as paredes do cilindro ligeiramente menor, reduzindo a “raspagem” do óleo na descida do pistão.

Perfil com chanfro interno induz o anel a girar positiva ou negativamente, dependendo da posição do chanfro, o que induz a uma maior ou menor pressão lateral de contato, de acordo com o requerido no projeto.

Analogamente ao perfil com chanfro interno, o entalhe permite o mesmo efeito rotacional, que garante maior ou menor pressão superficial contra as paredes do cilindro, de acordo com o que é pedido no projeto do equipamento.

3° Anel – Retorno de Óleo

O anel de retorno de óleo é o mais distinto entre os anéis, pois costuma ser mais largo e sempre tem passagens internas para permitir que o óleo escoe entre o pistão e o cilindro, além de drenar o excesso de volta para o cárter.

Perfil com faces de contato reta é o mais simples, as quais atuam na raspagem do excesso de óleo de volta para o cárter.

Perfil com faces deslizantes duplamente chanfradas conferem maior pressão de contato, o que permite reter um pouco mais do ar que conseguiu passar através dos anéis 1 e 2.

Perfil com faces chanfradas na parte superior tem um melhor efeito de raspagem comparado com os outros dois, garantindo que menos óleo possa subir para a placa de válvulas.

Anel de 3 Partes

Um tipo muito comum de anel de retorno de óleo é o anel de três partes, é composto de:
– uma “gaiola” central (anel de expansão)
– dois anéis de fixação (superior e inferior)
É geralmente mais barato que o anel sólido, além de mais leve e menos volumoso, o que se traduz em um melhor desempenho térmico e cinético, além de conferir excelente lubrificação ao sistema.

Material

Os anéis são submetidos a condições muito severas e características como boa elasticidade e resistência a corrosão são tão importantes quanto alta dureza e resistência à fadiga.

Dentre os diversos materiais utilizados em anéis, o mais empregado em anéis para compressores de ar é o ferro fundido cinzento.

Repare na microestrutura do material, as partículas de grafite atuam como lubrificante natural quando há contato direto do anel contra as paredes do cilindro, condição em que a película de óleo ainda não foi criada (compressor com lubrificação insuficiente ou partida inicial).

O ferro fundido cinzento além de um material alto-lubrificado, é também um excelente condutor térmico, permitindo que o cilindro possa atua à rotações e pressões mais altas.

Há também outros materiais utilizado na fabricação de anéis, como:

• Aço: possibilita que anéis mais finos e, portanto, mais leves e com menor superfície de contato sejam fabricados. Especialmente aplicado em condições mais agressivas de funcionamento (maior pressão e temperatura) e provendo uma melhor vedação à altas rotações se comparado aos anéis de ferro fundido.
• Bronze: anéis de bronze tem um baixo coeficiente de atrito e uma alta elasticidade, são muito empregados em sistemas hidráulicos.

Revestimento Superficial

Revestimento superficial é um pratica incomum em anéis de compressores de ar de baixa pressão (<20bar), portanto daremos apenas uma pincelada indicando a existência do processo:

O revestimento superficial da face externa do anel de compressão tem como intuito elevar a eficiência do sistema, pois promove:
– maior dureza e resistência ao desgaste
– maior troca de calor com as paredes do cilindro
– menor coeficiente de atrito / arrasto mecânico.

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