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[PT-EN] Projetando o novo Robô - Elementos de Vedação

Updated: Aug 6

A elaboração e eventual construção de um novo AUV demanda conhecimentos em diferentes áreas de estudo que juntas permitirão o desenvolvimento de um projeto eficiente. Uma das partes desse processo de desenvolvimento refere-se à estanqueidade do robô. A estanqueidade nada mais é do que um termo para designar que certo projeto encontra-se isento de espaços tais quais furos, trincas ou porosidades que permitam que o mesmo seja preenchido por algum fluido.


Por característica, nosso AUV necessita de constante troca de informações que são realizadas por cabos entre elementos, como os nossos propulsores, que não apresentam problemas ao estar em contato constante com a água. Entretanto, existem elementos que não podem receber quaisquer gota d`água, como os componentes eletrônicos no Main Hull. Toda essa comunicação entre partes, bem como as características específicas quanto a possibilidade de se molharem, fazem com que a garantia de estanqueidade por meio de elementos de vedação seja de suma importância.


Devido ao nosso Know-How como equipe de competição de criação de AUVs, possuímos a capacidade de melhor escolher elementos de vedação, seja devido à sua forma ou à sua função. Para isso, primeiro definimos o que deve ser considerado ao escolher um elemento de vedação:


  1. Temperatura: Normalmente temperaturas elevadas ou muito baixas dificultam a vedação, uma vez que o elemento de vedação estará exposto à temperaturas críticas, que irão provocar mudanças na dilatação do elemento ou problemas mecânicos no mesmo.

  2. Acabamento das peças: Para garantir que os cálculos feitos ao se escolher o elemento de vedação estejam corretos e não aconteçam imprevistos.

  3. Pressão: Maiores pressões do fluido dificultam a vedação, uma vez que aumenta a probabilidade de escapamento para a área estanque.

  4. Estado Físico: Em sua maioria, fluidos líquidos e fluidos gasosos são mais comuns de serem vedados, sendo o primeiro muito mais fácil que o segundo de ser vedado devido às características físicas.


Existem duas classificações de elementos de vedação: as junções fixas que podem ser encontradas em tubulações e reservatórios, e as junções móveis em objetos que necessitam de movimentos de rotação e translação.



Secção de um pistão, onde podemos ver os dois exemplos aplicados

A vedação na junções fixas pode ser feita de maneira direta ou por elementos intermediários chamados de guarnições, que são peças flexíveis colocadas entre duas superfícies rígidas. Para garantir a estanqueidade no Main Hull e nos anexos do nosso AUV, escolhemos pela utilização da junção com um elemento de guarnição, os o-rings.

O O-Ring é um objeto toroidal, também conhecido por anel de vedação O-Ring, feito de elastômero, plástico ou metal que tem como objetivo prevenir a passagem de fluidos de um meio para o outro.


Colocado no interior da tampa em cavidades especificamente produzidas para os receberem e estando em contato com as duas partes a serem vedadas, a pressão produzida entre essas partes molda o o-ring, realizando a vedação. É considerando isso que é feita a escolha do anel, devemos levar em conta então a área e o fluído que serão vedados, além de considerar a deformação que o o-ring precisa ter para garantir a vedação.



Exemplo de O-rings

Embora a utilização do o-ring seja uma solução simples e econômica para a vedação do hull, ele não é a solução para todos os problemas, já que o material se desgasta após um determinado tempo (o que nos leva a fazer a troca periódica deles), junto ao fato de existem algumas limitações de uso, como altas temperaturas.


Outro ponto do qual precisamos ter atenção é na tampa de metal do main hull. Para que não haja a passagem de fluidos pela rosca dos conectores submarinos, é usado veda rosca líquido. A escolha do produto líquido se dá pela fácil aplicação, preenchimento total de qualquer espaço onde possa ter troca de fluidos entre os meios e a possibilidade de retirada e reaplicação.


Inovação


Como vimos, os métodos de vedação são diversos e cada um é melhor para situações diferentes de vedação. Para nosso novo robô, buscamos aperfeiçoar cada vez mais todos os elementos, e a parte de vedação não seria diferente. Além dos métodos já utilizados atualmente, buscamos soluções para novos problemas e melhorias que venham a surgir. Um dos métodos encontrados foi a vedação por flanges.



Exemplos de flanges para vedação

A vedação por flanges é eficiente para a vedação de superfícies ásperas ou rugosas e eles podem ser feitos de diferentes materiais, como alumínio, nylon, borracha, entre outros.


A junta com flanges é constituída por dois flanges, uma arruela de vedação e parafusos cuja quantidade dependem da característica do material. A estanqueidade é assegurada pela compressão axial da arruela de vedação (na qual seu material de constituição é importante) e pelo aperto dos parafusos. Suas características principais são a precisão de montagem e possibilidade de montagem e desmontagem da linha vedada.


Essa nova possibilidade de vedação reforça mais uma vez a capacidade da equipe de estar em contínuo processo de inovação em busca da melhor representatividade na Robonation.


Escrito por Giulia Carvalho e Pedro Gomes.


Designing the new Robot - Sealing Elements


The preparation and eventual construction of a new AUV requires knowledge in different areas of study that together will allow the development of an efficient project. One part of this development process refers to the tightness of the robot. Tightness is nothing more than a term to designate that a certain project is free of spaces such as holes, cracks or porosities that allow it to be filled by some fluid.


As a characteristic, our AUV needs a constant exchange of information that is carried out by cables between elements, such as our propellers, which do not present problems when being in constant contact with water. However, there are elements that cannot receive any drops of water, such as the electronic components in the Main Hull. All this communication between parties, as well as the specific characteristics regarding the possibility of getting wet, make the guarantee of tightness by means of sealing elements extremely important.


Due to our Know-How as a competition team that creates AUVs, we have the ability to better choose sealing elements, either due to their shape or function. For this, we first define what should be considered when choosing a sealing element:


  1. Temperature: Normally high or very low temperatures make sealing difficult, since the sealing element will be exposed to critical temperatures, which will cause changes in the expansion of the element or mechanical problems in it.

  2. Finishing the parts: To ensure that the calculations made when choosing the sealing element are correct and do not happen unforeseen events.

  3. Pressure: Higher fluid pressures make sealing more difficult, as it increases the likelihood of leakage into the watertight area.

  4. Physical State: Most liquid and gaseous fluids are more common to be sealed, the first being much easier to be sealed due to physical characteristics than the second.

There are two classifications of sealing elements: the fixed joints that can be found in pipes and reservoirs, and the movable joints in objects that require rotation and translation movements.



Piston section, where we can see the two examples applied


The sealing at the fixed joints can be done directly or by intermediate elements called fittings, which are flexible parts placed between two rigid surfaces. To ensure tightness in the Main Hull and in the attachments of our AUV, we chose to use the joint with a trim element, the o-rings.


The O-Ring is a toroidal object, also known as the O-Ring seal ring, made of elastomer, plastic or metal that aims to prevent the passage of fluids from one medium to another.


Placed inside the cover in cavities specifically produced to receive them and being in contact with the two parts to be sealed, the pressure produced between these parts shapes the o-ring, making the seal. That is why the choice of the ring is made, we must then take into account the area and the fluid that will be sealed, in addition to considering the deformation that the o-ring needs to have to guarantee the sealing.

Example of O-rings


Although the use of the o-ring is a simple and economical solution for sealing the hull, it is not the solution for all the problems, since the material wears out after a certain time (which leads us to change them periodically), along with the fact that there are some limitations of use, such as high temperatures.


Another point that we need to pay attention to is the metal cover of the main hull. So that there is no fluid passing through the thread of the submarine connectors, liquid thread sealant is used. The choice of the liquid product is given by the easy application, full filling of any space where there can be fluid exchange between the media and the possibility of withdrawal and reapplication.



Innovation


As we have seen, the sealing methods are diverse and each is better for different sealing situations. For our new robot, we seek to improve every element more and more, and the sealing part would be no different. In addition to the methods already used today, we seek solutions to new problems and improvements that may arise. One of the methods found was sealing by flanges.


Examples of sealing flanges


Flange sealing is efficient for sealing rugged or rough surfaces and they can be made of different materials, such as aluminum, nylon, rubber, among others.


The flanged joint consists of two flanges, a sealing washer and screws whose quantity depends on the material's characteristics. The tightness is ensured by the axial compression of the sealing washer (in which its material is important) and by tightening the screws. Its main characteristics are the precision of assembly and the possibility of assembly and disassembly of the sealed line.


This new possibility of sealing reinforces once again the team's ability to be in a continuous process of innovation in search of the best representation in Robonation.


Written by Giulia Carvalho and Pedro Gomes