Livro juntas industriais

1.171 visualizações

Publicada em

Livro

Publicada em: Engenharia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
1.171
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
5
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
34
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Livro juntas industriais

  1. 1. JUNTAS INDUSTRIAIS 4ªEdição4ª Edição JOSÉ CARLOS VEIGAJOSÉ CARLOS VEIGA
  2. 2. 1 JOSÉ CARLOS VEIGA JUNTAS INDUSTRIAIS 4a Edição
  3. 3. 2 © José Carlos Veiga, 2003 Reservam-se os direitos desta à José Carlos Carvalho Veiga Av. Martin Luther King Jr., 8939 21530-010 Rio de Janeiro - RJ Impresso no Brasil / Printed in Brazil Obra Registrada sob o número 173.856 Livro 293 Folha 3 Fundação Biblioteca Nacional – Ministério da Cultura Capa Alexandre Sampaio Desenhos Altevir Barbosa Vidal Gráfica Brasilform Chesterman Indústria Gráfica Tiragem desta impressão: 3000 exemplares Edições Anteriores Língua Portuguêsa 1a Edição, 1989 – 3000 exemplares 2 a Edição, 1993 – 3000 exemplares 3 a Edição, 1999 – 1000 exemplares (1 a impressão) 3 a Edição, 1999 – 1000 exemplares (2 a impressão) Língua Inglesa 1a Edição, 1994 – 10000 exemplares 2a Edição, 1999 – 3000 exemplares 3a Edição, 2003 – 3000 exemplares Língua Espanhola 1a Edição, 2003 – 2000 exemplares Veiga, José Carlos Juntas Industriais / José Carlos Veiga – 4a Edição – Rio de Janeiro, RJ : Abril, 2003. Dados bibibliográficos do autor. Bibliografia. Livro publicado com apoio de Teadit Industria e Comércio Ltda. 1. Juntas (Engenharia). 2. Juntas Industriais (Mecânica). I Título
  4. 4. 3 Para a minha esposa MARIA ODETE
  5. 5. 4 AGRADECIMENTO Agradeço ao Grupo TEADIT cujo apoio tem sido imprescindível para a contínua atualização desta obra.
  6. 6. 5 Prefácio A idéia desta publicação surgiu, por acaso, ao final de uma palestra técnica que estávamos ministrando em um cliente, quando um dos participantes nos perguntou porque não organizávamos todas as informações e os exemplos que tínhamos apresentado em um livro, pois não havia conseguido encontrar nenhum material publicado de pesquisa sobre o tema. Decidimos então compilar e ordenar todos os conhecimentos que o nosso corpo técnico detinha, através dos resultados das aplicações dos nossos produtos nos clientes e da analise técnica dos dados de laboratório da nossa Engenharia de Aplicação, estabelecendo assim uma correlação precisa entre a teoria e a prática. Examinamos também a evolução da tecnologia de vedação de fluídos na condição privilegiada de fabricante, presente há mais de 50 anos nesse mercado e de membro efetivo das principais organizações mundiais do setor (FSA - Fluid Sealing Association, ESA - European Sealing Association, ASTM, entre outras), amalgamando desta forma a experiência do passado com os dados e as tendências de hoje. Procuramos transmitir aqui nossa visão técnica comprometida com a busca constante da inovação, pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias, em busca das melhores soluções para as necessidades de vedação dos nossos clientes, que, ao longo destes anos, nos brindaram com sua preferência. Os assuntos contidos neste livro foram dispostos de modo a facilitar sua consulta, criando um conjunto de informações que possa ser útil aos técnicos da indústria em geral, dos escritórios e institutos de engenharia, universidades e outros, tentando responder a grande maioria dos quesitos que ocorrem no seu dia-a-dia. Grupo TEADIT
  7. 7. 6
  8. 8. 7 Capítulo 1 – Introdução .................................................................. 11 Capítulo 2 – Projeto .....................................................................13 1. Vazamento ..................................................................................13 2. Vedação......................................................................................14 3. Forças em uma União Flangeada ................................................14 4. Código ASME ............................................................................15 5. Simbologia .................................................................................20 6. Cálculo do Torque de Aperto dos Parafusos ................................21 7. Acabamento Superficial..............................................................23 8. Paralelismo da Superfície de Vedação.........................................25 9. Planicidade da Superfície de Vedação .........................................27 10. Tipos de Flanges .........................................................................27 11. As Novas Constantes de Juntas ...................................................30 12. Esmagamento Máximo ...............................................................41 Capítulo 3 – Materiais para Juntas Não-Metálicas .................. 45 1. Critérios de Seleção....................................................................45 2. Fator P x T ou Fator de Serviço ..................................................46 3. Papelão Hidráulico .....................................................................46 4. Politetrafluoretileno – PTFE .......................................................47 5. Grafite Flexível – Graflex ® . .......................................................47 6. Elastômeros ................................................................................49 7. Fibra Celulose ............................................................................51 8. Cortiça........................................................................................51 9. Tecidos e Fitas ............................................................................51 SUMÁRIO
  9. 9. 8 10. Papelão de Amianto.............................................................. 52 11. Papelão Isolit HT® . ............................................................... 53 12. Fibra Cerâmica ..................................................................... 53 13. Beater Addition .................................................................... 53 14. Papelão Teaplac® . ................................................................. 53 Capítulo 4 – Juntas em Papelão Hidráulico ................................ 63 1. Papelões Hidráulicos Teadit ................................................. 63 2. Composição e Características ............................................... 63 3. Projeto de Juntas com Papelão Hidráulico ............................ 66 4. Juntas de Grandes Dimensões ............................................... 69 5. Espessura ............................................................................. 71 6. Força de Aperto dos Parafusos .............................................. 71 7. Acabamento das Juntas ......................................................... 71 8. Acabamento das Superfícies de Vedação dos Flanges ........... 71 9. Armazenamento ................................................................... 72 10. Papelões Hidráulicos Teadit Sem Amianto............................ 72 11. Papelões Hidráulicos Teadit Com Amianto ........................... 76 Capítulo 5 – Juntas em PTFE ........................................................95 1. Politetrafluoretileno – PTFE ................................................. 95 2. Tipos de Placas PTFE ........................................................... 95 3. TELON* - Placas de PTFE Aditivado .................................. 96 4. Quinflex® - PTFE Expandido................................................ 103 5. Juntas Tipo 933 Envelopadas em PTFE ................................ 107 Capítulo 6 – Materiais para Juntas Metálicas ............................123 1 Considerações Iniciais .......................................................... 123 2 Aço Carbono ........................................................................ 124 3 Aço Inoxidável AISI 304 ...................................................... 124 4 Aço Inoxidável AISI 304L ................................................... 124 5 Aço Inoxidável AISI 316 ...................................................... 124 6 Aço Inoxidável AISI 316L ................................................... 124 7 Aço Inoxidável AISI 321 ...................................................... 124 8 Aço Inoxidável AISI 347 ...................................................... 125 9 Monel................................................................................... 125 10 Níquel 200............................................................................ 125 11 Cobre ................................................................................... 125
  10. 10. 9 12 Alumínio ...............................................................................125 13 Inconel...................................................................................125 14 Titânio ...................................................................................125 Capítulo 7 –Juntas Metalflex® ........................................................135 1 O que é uma Junta Metalflex® . ...............................................135 2 Materiais ................................................................................136 3 Densidade ..............................................................................138 4 Dimensionamento ..................................................................138 5 Espessura ...............................................................................139 6 Limitações Dimensionais e de Espessura ...............................139 7 Tolerâncias de Fabricação ......................................................140 8 Acabamento das Superfícies de Vedação................................140 9 Pressão de Esmagamento .......................................................141 10 Tipos .....................................................................................141 11 Juntas Tipo 911 ......................................................................141 12 Juntas de Acordo com a Norma ASME B16.20 ......................144 13 Juntas Tipo 913 – Apêndice E ASME B.16.5 ........................148 14 Outras Normas .......................................................................148 15 Dimensionamento de Juntas Tipo 913 Especiais ....................148 16 Juntas Tipo 912......................................................................150 17 Juntas Tipo 914......................................................................151 Capítulo 8 –Juntas Metalbest® . ......................................................169 1 O que é uma Junta Metalbest ® ...............................................169 2 Metais ....................................................................................170 3 Enchimento............................................................................170 4 Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...............170 5 Principais Tipos e Aplicações ................................................170 6 Juntas para Trocadores de Calor .............................................173 7 Juntas Tipo 927 para Trocadores de Calor ..............................179 Capítulo 9 –Juntas Metálicas..........................................................183 1 Definição...............................................................................183 2 Juntas Metálicas Planas..........................................................183 3 Materiais ................................................................................184 4 Acabamento da Superfície de Vedação...................................184 5 Tipos de Juntas Metálicas Planas ...........................................184 6 Ring Joints.............................................................................188
  11. 11. 10 Capítulo 10 –Juntas Camprofile ...................................................203 1 Introdução .............................................................................203 2 Materiais ...............................................................................205 3 Limites de Operação..............................................................205 4 Cálculo do Aperto..................................................................206 5 Exemplo de Aplicação...........................................................206 6 Acabamento Superficial.........................................................209 7 Dimensionamento..................................................................209 8 Formatos ...............................................................................210 9 Juntas Camprofile para Flanges ASME B16.5........................210 Capítulo 11 –Juntas para Isolamento Elétrico ..........................215 1 Corrosão Eletroquímica .........................................................215 2 Proteção Catódica ..................................................................217 3 Sistema de Isolamento de Flanges..........................................217 4 Especificação do Material das Juntas .....................................221 Capítulo 12 –Instalação e Emissões Fugitivas ...........................223 1 Procedimento de Instalação ...................................................223 2 Aplicação do Aperto ..............................................................224 3 Tensões Admissíveis nos Parafusos........................................224 4 Causas de Vazamentos ...........................................................225 5 Flanges Separados, Inclinados ou Desalinhados .....................225 6 Carga Constante.....................................................................226 7 Emissões Fugitivas ................................................................229 Capítulo 13 –Fatores de Conversão .............................................235 Bibliografia........................................................................................237
  12. 12. 11 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Este livro foi preparado para permitir um melhor projeto e aplicação de juntas industriais. O seu sucesso em diversos países e, especialmente, no Brasil, o tornou uma referência para quem está envolvido com Juntas Industriais. Esta Quarta Edição, revista e ampliada, incorpora os muitos avanços na tecnologia de juntas ocorridos desde a publicação da edição anterior.. Ao analisar vazamentos, que, à primeira vista, são causados por deficiência das juntas, verifica-se, após uma análise mais cuidadosa, que pouca atenção foi dada a detalhes como: · Projeto dos flanges e da junta. · Seleção correta dos materiais da junta. · Procedimentos de instalação. Os grandes problemas enfrentados nas indústrias, como explosões, incêndios e poluição ambiental, causados por vazamentos, podem ser evitados com projeto e aplicação correta das juntas. Nos últimos anos os limites toleráveis de emissões fugitivas estão sendo reduzidos obrigando as indústrias a adotar procedimentos de controle cada vez mais rigorosos. O objetivo deste livro é ajudar a prevenir estes acidentes, propiciando um maior conhecimento de juntas industriais, especialmente as juntas em Papelão Hidráulico e as espiraladas Metalflex® , sem dúvida as mais usadas em aplicações industriais. As condições existentes nas indústrias brasileiras foram cuidadosamente consideradas. Materiais e tipos de juntas não disponíveis ou difíceis de encontrar foram preteridos, enfocando-se, principalmente, aqueles mais comuns e de larga aplicação.
  13. 13. 12 Este livro está dividido em capítulos que cobrem os seguintes temas: • Projeto e as Novas Constantes de Juntas. • Materiais para Juntas Não-Metálicas. • Juntas em Papelão Hidráulico. • Juntas em PTFE. • Materiais para Juntas Metálicas. • Juntas Metalflex® . • Juntas Metalbest® . • Juntas Metálicas. • Juntas Camprofile • Juntas para Isolamento de Flanges. • Instalação e Emissões Fugitivas. • Fatores de conversão. As principais modificações desta Quarta Edição são: • Ampliação do capítulo sobre juntas em PTFE com informações e teste com juntas de PTFE Aditivado Tealon® . • Adição da Seção 9 no Capítulo 10 sobre as juntas Camprofile para flanges ASME B16.5. • Em todos os capítulos as tabelas foram atualizadas e adicionadas. O autor deseja receber comentários e sugestões que podem ser enviados para Av. Martin Luther King Jr., 8939, 21530-010, Rio de Janeiro - RJ
  14. 14. 13 CAPÍTULO 2 PROJETO 1. VAZAMENTO Partindo do princípio da inexistência do “vazamento zero”, se uma junta está ou não vazando depende do método de medição ou do critério usado. Em certas aplicações, o índice de vazamento máximo pode ser, por exemplo, até uma gota de água por segundo. Em outras, pode ser o não aparecimento de bolhas de sabão quando o equipamento estiver submetido a uma determinada pressão. Condições mais rigorosas podem até exigir testes com espectrômetros de massa. No estabelecimento de critério para medir o vazamento máximo admissível deve-se considerar: • Fluido a ser vedado. • Impacto para o meio ambiente, se o fluido escapar para a atmosfera. • Perigo de incêndio ou explosão. • Limites de Emissões Fugitivas. • Outros fatores relevantes em cada situação. Em aplicações industriais, é comum definir como “vazamento zero” um vazamento de hélio entre 10-4 e 10-8 cm3 /seg. O Centro Espacial Johnson (NASA), em Houston, Texas, estabelece o valor de 1.4 X 10-3 cm/seg de N2 a 300 psig e temperatura ambiente. Como referência, podemos estabelecer que uma gota de fluido tem um volume médio de 0.05cm3 . Serão, portanto, necessárias 20 gotas para fazer 1cm3 . Este é um valor de referência muito útil para estabelecer o vazamento máximo tolerado em aplicações industriais. Com o advento do controle de Emissões Fugitivas estabeleceu-se inicialmente o limite de 500 ppm (partes por milhão) como o valor máximo admissível de vazamento para flanges. Este valor está sendo questionado como muito elevado e algumas organizações de controle do meio ambiente estão limitando a 100 ppm. A taxa de vazamento é um conceito relativo e, em situações críticas, deve ser criteriosamente estabelecida.
  15. 15. 14 2. VEDAÇÃO Se fosse econômica e tecnicamente viável a fabricação de flanges com superfícies planas e perfeitamente lapidadas, e se conseguíssemos manter estas superfícies em contato permanente, não necessitaríamos de juntas. Esta impossibilidade econômica e técnica é causada por: • Tamanho do vaso e/ou dos flanges. • Dificuldade em manter estas superfícies extremamente lisas durante o manuseio e/ou montagem do vaso ou tubulação. • Corrosão ou erosão com o tempo das superfícies de vedação. Para contornar esta dificuldade, as juntas são utilizadas como elemento de vedação. Uma junta, ao ser apertada contra as superfícies dos flanges preenche as imperfeições entre elas, proporcionando a vedação. Portanto, para conseguirmos uma vedação satisfatória, quatro fatores devem ser considerados: • Força de esmagamento inicial: devemos prover uma forma adequada de esmagar a junta, de modo que ela preencha as imperfeições dos flanges. A pressão mínima de esmagamento é normalizada pela ASME (American Society of Mechanical Engineers) e será mostrada adiante. Esta força de esmagamento deve ser limitada para não destruir a junta por esmagamento excessivo. • Força de vedação: deve haver uma pressão residual sobre a junta, de modo a mantê-la em contato com as superfícies dos flanges, evitando vazamentos. • Seleção dos materiais: os materiais da junta devem resistir às pressões às quais a junta vai ser submetida e ao fluido vedado. A correta seleção de materiais será mostrada ao longo deste livro. • Acabamento superficial: para cada tipo de junta e/ou material existe um acabamento recomendado para as superfícies de vedação. O desconhecimento destes valores é uma das principais causas de vazamentos. 3. FORÇAS EM UMA UNIÃO FLANGEADA A figura 2.1 mostra as principais forças em uma união flangeada. • Força radial: é originada pela pressão interna e tende a expulsar a junta. • Força de separação: é também originada pela pressão interna e tende a separar os flanges. • Força dos parafusos:é a força total exercida pelo aperto dos parafusos.
  16. 16. 15 • Carga do flange: é a força que comprime os flanges contra a junta. Inicialmente é igual à força dos parafusos, após a pressurização do sistema é igual à força dos parafusos menos a força de separação Figura 2.1 A força dos parafusos, aplicada inicialmente sobre a junta, além de esmagá-la, deve: • compensar a força de separação causada pela pressão interna. • ser suficiente para manter uma pressão residual sobre a junta, evitando o vazamento do fluido. Do ponto de vista prático, a pressão residual deve ser “x” vezes a pressão interna, de modo a manter a vedação. Este valor de “x” é conhecido como fator “m” no Código ASME e varia em função do tipo de junta. O valor de “m” é a razão entre a pressão residual (força dos parafusos menos a força de separação) sobre a junta e a pressão interna do sistema. Quanto maior o valor de “m”, maior será a segurança do sistema contra vazamentos. 4. CÓDIGO ASME O Capítulo 8 do Código ASME (American Society of Mechanical Engineers) estabelece os critérios para o projeto de juntas e os valores de “m” (fator da junta) e de “y” (pressão mínima de esmagamento). Estes valores não são obrigatórios, mas se baseiam em resultados de aplicações práticas bem sucedidas. O projetista tem a liberdade de usar valores diferentes, sempre que os dados disponíveis indiquem esta necessidade.
  17. 17. 16 O Apêndice II, do mesmo capítulo, requer que o cálculo de uma união flangeada com aperto por parafusos seja feito para duas condições independentes: de operação e de esmagamento. Nota: o procedimento de cálculo a seguir deve ser usado sempre em unidades inglesas de medida. 4.1 CONDIÇÕES OPERACIONAIS Esta condição determina uma força mínima, pela equação: Wm1 = (π G2 P / 4 ) + (2 b π G m P) (eq. 2.1) Esta equação estabelece que a força mínima dos parafusos necessária para as condições operacionais é igual à soma da força de pressão mais uma carga residual sobre a junta vezes um fator e vezes a pressão interna. Ou, interpretando de outra maneira, esta equação estabelece que a força mínima dos parafusos deve ser tal que sempre exista uma pressão residual sobre a junta maior que a pressão interna do fluido. O Código ASME sugere os valores mínimos do fator “m” para os diversos tipos de juntas, como mostrado na Tabela 2.1. 4.2. ESMAGAMENTO A segunda condição determina uma força mínima de esmagamento da junta, sem levar em conta a pressão de trabalho. Esta força é calculada pela fórmula: Wm2 = π b G y (eq. 2.2) onde “b” é definido como a largura efetiva da junta e “y” é o valor da pressão mínima de esmagamento, obtida na Tabela 2.1. O valor de “b” é calculado por: b = b0 , quando b0 for igual ou menor 6.4 mm (1/4") ou b = 0.5 ( b0 ) 0.5 quando b0 for maior que 6.4 mm (1/4") O Código ASME também define como calcular b0 em função da face do flange, como mostrado nas Tabelas 2.1 e 2.2. 4.3. ÁREA DOS PARAFUSOS Em seguida, deve-se calcular a área mínima dos parafusos Am :
  18. 18. 17 Am1 = (Wm1 ) / Sb (eq. 2.3) Am2 = (Wm2 ) / Sa (eq. 2.4) onde Sb é a tensão máxima admissível, nos parafusos na temperatura de operação, e Sa é a tensão máxima admissível nos parafusos na temperatura ambiente. O valor de Am deve ser o maior dos valores obtidos nas equações 2.3 e 2.4. 4.4. CÁLCULO DOS PARAFUSOS Os parafusos devem ser dimensionados de modo que a soma de suas áreas seja igual ou maior que Am : Ab = (número de parafusos) x (área mínima do parafuso, pol2 ) A área resistiva dos parafusos Ab deve ser maior ou igual a Am. 4.5. PRESSÃO MÁXIMA SOBRE A JUNTA A pressão máxima sobre a junta é calculada pela fórmula: Sg(max) = (Wm ) / ((π/4) (de2 - di2 ) )) (eq. 2.5) ou Sg(max) = (Wm ) / ((π/4) ( (de - 0,125)2 - di2 )) ) (eq. 2.6) Onde Wm é o maior valor de Wm1 ou Wm2. A equação 2.6 deve ser usada para juntas Metalflex e a equação 2.5 para os demais tipos de juntas. O valor de Sg, calculado pelas equações 2.5 ou 2.6, deve ser menor que a pressão de esmagamento máxima que a junta é capaz de resistir. Se o valor de Sg for maior, escolher outro tipo ou, quando isto não for possível, aumentar a área da junta ou prover o conjunto flange/junta de meios para que a força de esmagamento não ultrapasse o máximo admissível. Os anéis internos e as guias de centralização nas juntas Metalflex são exemplos de meios para evitar o esmagamento excessivo.
  19. 19. 18 Tabela 2.1 Fator da junta (m) e pressão mínima de esmagamento (y) Material da junta m y (psi) Perfil ou tipo Coluna b0 Superfície de vedação Borracha - abaixo de 75 Shore A - acima de 75 Shore A c/reforço tela algodão Papelão Hidráulico 3.2 mm espessura 1.6 mm espessura 0.8 mm espessura Fibra vegetal Metalflex aço inox ou Monel e enchimento de Amianto Dupla camisa metálica corrugada Alumínio Cobre ou latão Aço carbono Monel Aços inoxídáveis Corrugada metálica Alumínio Cobre ou latão Aço carbono Monel Aços inoxidáveis Dupla camisa metálica lisa Alumínio Cobre ou latão Aço carbono Monel Aços inoxidáveis Metálica ranhurada Alumínio Cobre ou latão Aço carbono Monel Aços inoxidáveis Metálica sólida Alumínio Cobre ou latão Aço carbono Monel Aços inoxidáveis Ring Joint Aço carbono Monel Aços inoxidáveis 0.50 1.00 1.25 2.00 2.75 3.50 1.75 3.00 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 3.25 3.50 3.75 3.50 3.75 3.25 3.50 3.75 3.75 4.25 4.00 4.75 5.50 6.00 6.50 5.50 6.00 6.50 0 200 400 1600 3700 6500 1100 10000 2900 3700 4500 5500 6500 3700 4500 5500 6500 7600 5500 6500 7600 8000 9000 5500 6500 7600 9000 10100 8800 13000 18000 21800 26000 18000 21800 26000 plana plana plana 911, 913 914 926 900 923 941, 942 940 950, 951 II II II II II II II II I I (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (1b) (la) (1b) (la) (1b) (1c) (1d) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (6) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (3) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (3) (4) (5)
  20. 20. 19
  21. 21. 20 Tabela 2.2 (Continuação) Localização da Força de Reação da Junta 5. SIMBOLOGIA Ab = área real do parafuso na raiz da rosca ou na seção de menor área sob tensão (pol2 ) Am = área total mínima necessária para os parafusos, tomada como o maior valor entre Am1 e Am2 (pol2 ). Am1 = área total mínima dos parafusos calculada para as condições operacionais (pol2 ) Am2 = área total mínima dos parafusos para esmagar a junta (pol2 ) b = largura efetiva da junta ou largura de contato da junta com a superfície dos flanges (pol) b0 = largura básica de esmagamento da junta (pol) de = diâmetro externo da junta (pol) di = diâmetro interno da junta (pol) G = diâmetro do ponto de aplicação da resultante das forças de reação da junta, Tabela 2.2 (pol) m = fator da junta, Tabela 2.1 N = largura radial usada para determinar a largura básica da junta, Tabela 2.2 (pol).
  22. 22. 21 P = pressão de projeto (1bs/pol2 ) Sa = tensão máxima admissível nos parafusos na temperatura ambiente (1b/pol2 ) Sb = tensão máxima admissível nos parafusos na temperatura de operação (1b/pol2 ) Sg = pressão sobre a superfície da junta (1b/pol2 ) Wm = força mínima de instalação da junta (1b) Wm1 = força mínima necessária nos parafusos nas condições operacionais (1b) Wm2 = força mínima necessária nos parafusos para esmagar a junta (1b) y = pressão mínima de esmagamento, Tabela 2.1 (1b/pol2 ) 6. CÁLCULO DO TORQUE DE APERTO DOS PARAFUSOS 6.1. FATOR DE ATRITO A força de atrito é a principal responsável pela manutenção da força de aperto de um parafuso. Imaginando um fio de rosca “desenrolado”, podemos representá-lo por um plano inclinado. Ao se aplicar um torque de aperto, o efeito produzido é semelhante ao de empurrar um corpo sobre um plano inclinado, sujeito às forças mostradas na Figura 2.2. Figura 2.2
  23. 23. 22 Onde: a = ângulo de inclinação da rosca. d = diâmetro do parafuso. Fp = força de aperto do parafuso. Fa = força de atrito. Fn = força normal à rosca. k = fator de aperto. Np = número de parafusos. r = raio do parafuso. T = torque aplicado ao parafuso. u = coeficiente de atrito. Fazendo o equilíbrio das forças atuantes no sentido paralelo ao plano inclinado, temos: (T/r) cos a = uFn + Fp sen a. (eq. 2.7) no sentido perpendicular ao plano inclinado, temos: Fn = Fp cos a + (T/r) sen a (eq. 2.8) Sendo o ângulo da rosca muito pequeno, para facilidade de cálculo, desprezamos a parcela (T/r) sen a na equação 2.8. Substituindo o valor de Fn na equação 2.7, temos: (T/r) cos a = uFp cos a + Fp sen a (eq. 2.9) calculando o valor de T, temos: T = Fp r (u + tg a) (eq. 2.10) Como o coeficiente de atrito é constante para uma determinada condição de lubrificação, como tg a também é constante para cada rosca e substituindo r por d, temos: T = kFp d (eq. 2.11) onde k é um fator determinado experimentalmente. Os valores de k para parafusos de aço bem lubrificados com óleo e grafite estão mostrados na Tabela 2.3. Os valores baseiam-se em testes práticos. Parafusos não lubrificados apresentam aproximadamente 50% de diferença. Diferentes lubrificantes podem dar valores diferentes dos mostrados na Tabela 2.3, que devem ser determinados em testes práticos.
  24. 24. 23 6.2. TORQUE DE APERTO Para calcular o toque de aperto devemos verificar qual o maior valor da força de aperto necessária, Wm1 ou Wm2 , conforme calculado nas equações 2.1 e 2.2. Substituindo na equação 2.11, temos: T1 = (k Wm1 d) / Np (eq. 2.12) T2 = (k Wm2 d) / Np (eq. 2.13) O valor de T deve ser o maior dos valores obtidos nas equações 2.12 e 2.13. Tabela 2.3 PARAFUSOS OU ESTOJOS EM AÇO OU AÇO-LIGA 7. ACABAMENTO SUPERFICIAL Para cada tipo de junta existe um acabamento recomendado para a superfície do flange. Este acabamento não é mandatório, mas baseia-se em resultados de aplicações práticas bem-sucedidas. Como regra geral, é necessário que a superfície seja ranhurada para as juntas não metálicas. Juntas metálicas exigem acabamento liso e as semi-metálicas ligeiramente áspero. A razão para esta diferença é que as juntas não-metálicas precisam ser “mordidas” pela superfície de vedação, evitando, deste modo, uma extrusão ou a expulsão da junta pela força radial. l/4 5/16 3/8 7/16 l/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 20 18 16 14 13 12 11 10 9 8 7 7 6 6 5 1/2 5 5 4 1/2 0.23 0.22 0.18 0.19 0.20 0.21 0.19 0.17 0.17 0.18 0.20 0.19 0.20 0.18 0.19 0.20 0.21 0.19 17 29 44 60 81 105 130 195 270 355 447 574 680 834 977 1125 1322 1484 Diâmetro Nominal pol Fios por polegada Fator de Atrito k Área da raiz darosca - mm2
  25. 25. 24 No caso das juntas metálicas sólidas, é necessário uma força muito elevada para “escoar” o material nas imperfeições do flange. Assim, quanto mais lisa a superfície, menores serão as possibilidades de vazamento. As juntas espiraladas Metalflex requerem um pouco de rugosidade superficial para evitar o “deslizamento” sob pressão. O tipo da junta vai, portanto, determinar o acabamento da superfície de vedação, não existindo um acabamento único para atender aos diversos tipos de juntas. O material da junta deve ter dureza sempre menor do que o do flange, de modo que o esmagamento seja sempre na junta, mantendo o acabamento superficial do flange inalterado. 7.1. ACABAMENTOS COMERCIAIS DAS FACES DOS FLANGES As superfícies dos flanges podem variar do acabamento bruto de fundição até o lapidado. Entretanto, o acabamento mais encontrado comercialmente para flanges em aço é o ranhurado concêntrico ou em espiral fonográfica, conforme mostrado na figura 2.3. Ambas são usinadas com ferramentas com, no mínimo, 1.6 mm (1/16") de raio e 45 a 55 ranhuras por polegada. Este acabamento deve ter de 3.2 µm (125 µpol) Ra a 6.3 µm (250 µpol) Ra . Figura 2.3 7.2. ACABAMENTOS RECOMENDADOS A Tabela 2.4 indica o tipo de acabamento para os tipos de juntas industriais mais usados. De acordo com a MSS SP-6 Standard Finishes for Contact of Pipe Flanges and Connecting-End Flanges of Valves and Fittings, o valor Ra (Roughness Average) está expresso em micro-metros (µm) e em micro-polegadas (µpol). Deve ser avaliado por comparação visual com os padrões Ra da Norma ASME B46.1 e não por instrumentos com estilete e amplificação eletrônica.
  26. 26. 25 7.3. ACABAMENTO SUPERFICIAL E SELABILIDADE A seguir, estão algumas regras que devem ser observadas ao compatibilizar o acabamento superficial com o tipo de junta: • O acabamento superficial tem grande influência na selabilidade. • Uma força mínima de esmagamento deve ser atingida para fazer escoar a junta nas irregularidades da superfície do flange. Uma junta macia (cortiça) requer uma força de esmagamento menor que uma mais densa (papelão hidráulico). • A força de esmagamento é proporcional à área de contato da junta com o flange. Ela pode ser reduzida diminuindo-se a largura da junta ou sua área de contato do flange. • Qualquer que seja o tipo de junta ou de acabamento é importante não haver riscos ou marcas radiais de ferramentas na superfície de vedação. Estes riscos radiais são muitos difíceis de vedar e, quando a junta usada é metálica, isso se torna quase impossível. • As ranhuras fonográficas são mais difíceis de vedar que as concêntricas. A junta, ao ser esmagada, deve escoar até o fundo da ranhura, para não permitir um “canal” de vazamento de uma extremidade a outra da espiral. • Como os materiais possuem durezas e limites de escoamento diferentes, a escolha do tipo de acabamento da superfície do flange vai depender fundamentalmente do material da junta. 8. PARALELISMO DAS SUPERFÍCIES DE VEDAÇÃO A tolerância para o paralelismo está mostrada na Figura 2.4. A ilustração da direita é menos crítica, pois o aperto dos parafusos tende a corrigir o problema. Total fora de paralelismo: 1 + 2 < = 0.4 mm Figura 2.4
  27. 27. 26 Descrição da junta Plana não-metálica Metálica corrugada Metálica corrugada com revestimento amianto Metalflex (espiro-metálica) Metalbest (dupla camisa metálica ) Plana metálica Metálica ranhurada Metálica ranhurada com cobertura Ring-Joint metálico Tipo Teadit 810 820 900 905 911 913 914 920 923 926 927 929 940 941 942 950 951 RX BX 1.6 3.2 a 6.3 1.6 3.2 2.0 a 6.3 1.6 a 2.0 1.6 1.6 1.6 a 2.0 125 a 250 63 125 63 80 a 250 63 a 80 63 63 63 a 80 Acabamento Superficial Ra Seção transversal da junta µm µ pol Tabela 2.4 Acabamento da Superfície de Vedação dos Flanges
  28. 28. 27 9. PLANICIDADE DAS SUPERFÍCIES DE VEDAÇÃO A variação na planicidade das superfícies de vedação (Figura 2.5) depende do tipo de junta: • Juntas em papelão hidráulico ou borracha: 0.8 mm. • Juntas Metalflex: 0.4 mm. • Juntas metálicas sólidas: 0.1 mm. Figura 2.5 10. TIPOS DE FLANGES Embora o projeto de flanges esteja além do objetivo deste livro, nas figuras a seguir estão mostradas as combinações mais usadas das possíveis faces dos flanges. 10.1. FACE PLANA Junta não confinada (Figura 2.6). As superfícies de contato de ambos os flanges são planas. A junta pode ser do tipo RF, indo até os parafusos, ou FF, cobrindo toda a superfície de contato. Normalmente usados em flanges de materiais frágeis. Figura 2.6
  29. 29. 28 10.2. FACE RESSALTADA Junta não confinada (Figura 2.7). As superfícies de contato são ressaltadas de 1.6 mm ou 6.4 mm. A junta abrange normalmente até os parafusos. Permite a colocação e retirada da junta sem afastar os flanges, facilitando eventuais trabalhos de manutenção. É o tipo mais usado em tubulações. Figura 2.7 10.3. LINGÜETA E RANHURA Junta totalmente confinada (Figura 2.8). A profundidade da ranhura é igual ou um pouco maior que a altura da lingüeta. A ranhura é cerca de 1.6 mm mais larga que a lingüeta. A junta tem, normalmente, a mesma largura da lingüeta . É necessário afastar os flanges para a colocação da junta. Este tipo de flange produz elevadas pressões sobre a junta, não sendo recomendado para juntas não metálicas. Figura 2.8
  30. 30. 29 10.4. MACHO E FÊMEA Junta semi-confinada (Figura 2.9). O tipo mais comum é o da esquerda. A profundidade da fêmea é igual ou menor que a altura do macho, para evitar a possibilidade de contato direto dos flanges quando a junta é comprimida. O diâmetro externo da fêmea é até de 1.6 mm maior que o do macho. Os flanges devem ser afastados para montagem da junta. Nas figuras da direita e esquerda a junta está confinada no diâmetro externo; na figura do centro, no diâmetro interno. Figura 2.9 10.5. FACE PLANA E RANHURA Junta totalmente confinada (Figura 2.10). A face de um dos flanges é plana e a outra possui uma ranhura onde a junta é encaixada. Usadas em aplicações onde a distância entre os flanges deve ser precisa. Quando a junta é esmagada, os flanges encostam. Somente as juntas de grande resiliência podem ser usadas neste tipo de montagem. Juntas espiraladas, O-rings metálicos não sólidos, juntas ativadas pela pressão e de dupla camisa com enchimento metálico são as mais indicadas. Figura 2.10
  31. 31. 30 10.6. RING-JOINT Também chamado anel API (Figura 2.11). Ambos os flanges possuem canais com paredes em ângulo de 230 . A junta é de metal sólido com perfil oval ou octogonal, que é o mais eficiente. Figura 2.11 11. AS NOVAS CONSTANTES DE JUNTAS Tradicionalmente os cálculos de flanges e juntas de vedação usam as fórmulas e valores indicados pela American Society of Mechanical Engineers (ASME), conforme mostrado no início deste Capítulo. A Seção VIII do Pressure Vessel and Boiler Code, publicado pela ASME, indica os valores da pressão mínima de esmagamento “y” e do fator de manutenção “m” para os diversos tipos de juntas. Estes valores foram determinados a partir de trabalho experimental em 1943. Com a introdução no mercado de juntas fabricadas a partir de novos materiais, como o grafite flexível (Graflex), fibras sintéticas e PTFE, tornou-se necessário a determinação dos valores de “m” e “y” para estes materiais. Em 1974 foi iniciado pelo Pressure Vessel Research Committee (PVRC) um programa experimental para melhor entender o comportamento de uma união flangeada, já que não havia nenhuma teoria analítica que permitisse determinar este comportamento. O trabalho foi patrocinado por mais de trinta instituições, entre elas a ASME, American Petroleum Institute (API), American Society for Testing Materials (ASTM) e Fluid Sealing Association (FSA). A Escola Politécnica da Universidade de Montreal, Canadá, foi contratada para realizar os testes, apresentar resultados e sugestões. No decorrer do trabalho verificou-se não ser possível a determinação de valores de “m” e “y” para os novos materiais. Também foi constatado que os valores para os materiais tradicionais não eram consistentes com os resultados obtidos nas experiências. Os pesquisadores optaram por desenvolver , a partir da base experimental, nova metodologia para o cálculo de juntas que fosse coerente com os resultados
  32. 32. 31 práticos então obtidos. Até a edição deste livro a ASME ainda não havia publicado a nova metodologia de cálculo baseada nas constantes 11.1. COMO FORAM REALIZADOS OS ENSAIOS Foram escolhidos para a pesquisa juntas que melhor representassem as aplicações industriais: • Metálicas: planas (940) e ranhuradas (941) em aço carbono, cobre recozido e aço inox. • O’ring metálico. • Papelão hidráulico: elastômero SBR e NBR, fibras de amianto, aramida e vidro. • Grafite flexível em lâmina com e sem inserção metálica. • PTFE em lâmina. • Espirais (913) em aço inoxidável e enchimento em amianto, mica- grafite, grafite flexível e PTFE. • Dupla camisa metálica (923) em aço carbono e inoxidável, enchimento em amianto e sem-amianto. As juntas foram testadas em vários aparelhos, um deles está esquematizado na Figura 2.12. Figura 2.12 Foram realizados ensaios em três pressões, 100, 200 e 400 psi com nitrogênio, hélio, querosene e água. Os testes tiveram a seguinte seqüência: • Esmagamento inicial da junta, parte A da curva da Figura 2.13: a junta é apertada até atingir uma compressão Sg e deflexão Dg.
  33. 33. 32 Mantendo Sg constante a pressão é elevada até atingir 100 psi. Neste instante o vazamento Lrm é medido. O mesmo procedimento é repetido para 200 e 400 psi. • Em seguida o aperto da junta é reduzido (parte B da curva) mantendo a pressão do fluido constante em 100, 200 e 400 psi, o vazamento é medido em intervalos regulares. O aperto é reduzido até o vazamento exceder a capacidade de leitura do aparelho. A junta é novamente comprimida até atingir valor mais elevado de Sg, repetindo o procedimento até atingir o esmagamento máximo recomendado para a junta em teste. Se a pressão do fluido for colocada em função do vazamento em massa para cada valor da pressão de esmagamento temos o gráfico da Figura 2.14. Em paralelo foram também realizados ensaios para determinar o efeito do acabamento da superfície de vedação. Conclui-se que, embora ele afete a selabilidade, outros fatores, como o do tipo de junta, o esmagamento inicial e a capacidade da junta em resistir as condições operacionais são mais importantes que pequenas variações no acabamento da superfície de vedação. Figura 2.13
  34. 34. 33 Figura 2.14 Dos trabalhos experimentais realizados pela Universidade de Montreal foram tiradas várias conclusões entre as quais destacam-se: • As juntas apresentam um comportamento similar não importando o tipo ou material. • A selabilidade é uma função direta do aperto inicial a que a junta é submetida. Quanto maior este aperto melhor a selabilidade. • Foi sugerido a introdução do Parâmetro de Aperto (Tightness Parameter) Tp, adimensional, como a melhor forma de representar o comportamento dos diversos tipos de juntas. Tp = (P/P*) x (Lr m * / (Lrm x Dt ))a onde: 0.5 < a < 1.2 sendo 0.5 para gases e 1.2 para líquidos P = pressão interna do fluido (MPa) P* = pressão atmosférica (0.1013 MPa) Lrm = vazamento em massa por unidade de diâmetro (mg/seg-mm) Lr m * = vazamento em massa de referência, 1 mg/seg-mm. Normalmente tomado para uma junta com 150mm de diâmetro externo. Dt = diâmetro externo da junta (mm) O Parâmetro de Aperto pode ser interpretado como: a pressão necessária para provocar um certo nível de vazamento. Por exemplo, o valor de Tp igual a 100 significa que é necessário uma pressão de 100 atmosferas (1470 psi ou 10.1 MPa)
  35. 35. 34 para atingir um vazamento de 1 mg/seg-mm em uma junta com 150mm de diâmetro externo. Colocando em escala log-log os valores experimentais do Parâmetro de Aperto temos o gráfico da Figura 2.15. Figura 2.15 Do gráfico podemos estabelecer as “Constantes da Junta”, que, obtidas experimentalmente, permitem determinar o comportamento da junta. As constantes são: • Gb = ponto de interseção da linha de esmagamento inicial com o eixo y (parte A do teste). • a = inclinação da linha de esmagamento inicial. • Gs = ponto focal das linhas de alívio da pressão de esmagamento inicial (parte B do teste). Na Tabela 2.5 estão algumas constantes para os tipos de juntas mais usados. Está em fase de aprovação pela ASTM método para determinação das constantes de juntas.
  36. 36. 35 Papelão hidráulico com fibra de amianto 1.6 mm espessura 3.2 mm espessura Papelão hidráulico com 1.6 mm espessura Teadit NA 1002 Teadit NA 1100 Lâmina de PTFE expandido Quimflex® SH 1.6 mm espessura Junta de PTFE expandido Quimflex® Lâmina de PTFE reforçado Teadit TF 1580 Teadit TF 1590 Lâmina de Grafite Expandido (Graflex® ) Sem reforço (TJB) Com reforço chapa perfurada aço inoxidável (TJE) Com reforço chapa lisa de aço inoxidável (TJR) Com reforço de filme poliéster (TJP) Junta espirometalica Metalflex® em aço inoxidável e Graflex® Sem anel interno ( tipo 913 ) Com anel interno ( tipo 913 M ) Junta espirometalica Metalflex® em aço inoxidável e PTFE Sem anel interno ( tipo 913 ) Com anel interno ( tipo 913 M ) Junta dupla camisa Metalbest® emaçocarbonoeenchimento em Graflex® Lisa ( tipo 923 ) Corrugada ( tipo 926 ) Junta metálica lisa ( tipo 940 ) Alumínio Cobre recozido ou latão 17.240 2.759 0.938 0.903 2.945 8.786 0.786 1.793 6.690 9.655 5.628 6.690 15.862 17.448 31.034 15.724 20.000 58.621 10.517 34.483 0.150 0.380 0.45 0.44 0.313 0.193 0.447 0.351 0.384 0.324 0.377 0.384 0.237 0.241 0.140 0.190 0.230 0.134 0.240 0.133 0.807 0.690 5 E-4 5.4 E-3 3 E-4 1.8 E-14 1.103 E-8 0.043 3.448 E-4 6.897 E-5 4.552 E-4 3.448 E-4 0.090 0.028 0.483 0.462 0.103 1.586 1.379 1.779 Material da Junta Gb (MPa) a Gs (MPa) Tabela 2.5 Constantes de Juntas
  37. 37. 36 A figura 2.16 mostra o gráfico de uma junta espiralada tipo 913 com aço inox e Graflex. Figura 2.16 11.2. CLASSE DE APERTO Um dos conceitos mais importantes introduzidos pelos estudos do PVRC é o da Classe de Aperto. Como não é possível termos uma vedação perfeita como sugeria os antigos valores de m e y os pesquisadores sugeriram a introdução de Classes de Aperto que correspondem a três níveis de vazamento máximo aceitável para a aplicação. Tabela 2.6 Classe de Aperto Classe de Aperto Vazamento ( mg / seg-mm ) Constante de Aperto C Ar, água 0.2 ( 1/5 ) 0.1 Standard 0.002 ( 1/500 ) 1.0 Apertada 0.000 02 ( 1/ 50 000 ) 10.0 É provável que futuramente haja uma classificação dos diferentes fluidos nas classes de vazamento levando-se em consideração os danos ao meio ambiente, riscos de incêndio, explosão etc. As autoridades encarregadas da defesa do meio ambiente de alguns países já estão estabelecendo níveis máximos de vazamentos aceitáveis.
  38. 38. 37 Podemos visualizar os valores propostos fazendo um exemplo prático. Se tomarmos uma junta espiral para flange ASME B16.5 de 4 polegadas de diâmetro nominal e classe de pressão 150 psi, padrão ASME B16.20 com aperto na classe de vazamento standard de 0.002 mg/seg.mm temos: Vazamento (Lrm ) = 0.002 x diâmetro externo Lrm = 0.002 x 149.4 = 0.2988 mg/seg = 1.076 g/hora Como vazamentos em massa são de visualização difícil, abaixo estão tabelas práticas para melhor entendimento. Tabela 2.7 Equivalência volumétrica Tabela 2.8 Equivalência em bolhas Vazamento Volume equivalente Equivalente em bolhas 10-1 mg / seg 1 ml a cada 10 segundos Fluxo constante 10-2 mg / seg 1 ml a cada 100 segundos 10 bolhas por segundo 10-3 mg / seg 3 ml por hora 1 bolha por segundo 10-4 mg / seg 1 ml a cada 3 horas 1bolhaacada10segundos 11.3. EFICIÊNCIA DE APERTO Estudos mostraram uma grande variação da força exercida por cada parafuso mesmo em situações onde o torque é aplicado de forma controlada. O PVRC sugeriu a introdução de um fator de eficiência de aperto diretamente relacionado com o método usado para aplicar a força de esmagamento. Os valores da eficiência do aperto estão na Tabela 2.9. Tabela 2.9 Eficiência do aperto Método de aperto Eficiência do aperto “Ae” Torquímetro de impacto ou alavanca 0.75 Torque aplicado com precisão ( ± 3 % ) 0.85 Tensionamento direto e simultâneo 0.95 Medição direta da tensão ou elongação 1.00 Fluido Massa - mg / seg Volume - l / h Água 1 0.036 Nitrogênio 1 3.200 Hélio 1 22.140 Equivalência volumétrica
  39. 39. 38 11.4. PROCEDIMENTO DE CÁLCULO MÉTODO PVRC O método proposto pelo PVRC apresenta várias simplificações para facilitar os cálculos. Entretanto, estas simplificações podem provocar grandes variações no cálculo. Estas variações estão apresentadas na publicação “The Exact Method” apresentado 6th Annual Fluid Sealing Association Technical Symposium, Houston, TX, October, 1996 pelo Engenheiro Antônio Carlos Guizzo, Diretor Técnico da Teadit Indústria e Comércio. O mesmo autor apresentou outro trabalho no Sealing Technical Symposium, Nashville, TN, April 1998, onde mostra o comportamento das juntas comparando os resultados experimentais com valores previstos nos métodos de cálculo propostos. Cópias destas publicações podem ser solicitadas à Teadit no endereço indicado no início deste livro. Nota importante: na época da publicação da Terceira Edição deste livro o método proposto pelo PVRC ainda não estava aprovado pela ASME. O seu uso deve ser cuidadosamente analisado para evitar danos pessoais e materiais provenientes das incertezas que ainda podem existir na sua aplicação. • Determinar na Tabela 2.5, as constantes Gb , a, e Gs para a junta que vai ser usada • Determinar na Tabela 2.6, para a Classe de Aperto, e a Constante de Aperto, C • Determinar na Tabela 2.9, a eficiência de montagem, Ae, de acordo com a ferramenta a ser usada no aperto dos parafusos • Calcular a área de contato da junta com o flange (área de esmagamento), Ag • Determinar a tensão admissível nos parafusos na temperatura ambiente: Sa • Determinar a tensão admissível nos parafusos na temperatura de operação: Sb • Calcular a área efetiva de atuação da pressão do fluido, Ai , de acordo com o Código ASME: Ai = ( π /4 ) G2 G = de- 2b b = .5 ( b ) 0.5 ou b = bo se bo menor que 6.4 mm ( 1/4 pol ) bo = N / 2 onde G é o diâmetro efetivo da junta conforme Código ASME ( Tabelas 2.1 e 2.2 ) • Calcular o parâmetro de aperto mínimo, Tpmin ; Tpmin = 18.0231 C Pd
  40. 40. 39 onde C é a constante de aperto escolhida e Pd é a pressão de projeto. • Calcular o parâmetro de aperto de montagem, Tpa . Este valor de Tpa deve ser atingido durante a montagem da junta para assegurar que o valor de Tp durante a operação da junta seja igual ou maior que Tpmin . Tpa = X Tpmin onde X > = 1.5 ( Sa / Sb ) onde Sa é a tensão admissível nos parafusos na temperatura ambiente e Sb é a tensão admissível nos parafusos na temperatura de projeto. • Calcular a razão dos parâmetros de aperto: Tr = Log (Tpa ) / Log (Tpmin ) • Calcular a pressão mínima de aperto para operação da junta. Esta pressão é necessária para resistir à força hidrostática e manter uma pressão na junta tal que o Parâmetro de Aperto seja, no mínimo, igual a Tpmin Sml = Gs [(Gb / Gs ) ( Tpa )a ] (1/Tr) • Calcular a pressão mínima de esmagamento da junta: Sy a = (Gb / Ae) ( Tpa )a onde Ae é a Eficiência do Aperto, obtido na Tabela 2.9 • Calcular a pressão de esmagamento de projeto da junta: Sm2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag ) onde Ag é a área de contato da junta com a superfície de vedação do flange • Calcular a força mínima de esmagamento: Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) onde Smo é a o maior valor de Sm1 , Sm2 ou 2 Pd • Calcular a área resistiva mínima dos parafusos: Am = Wmo / Sb
  41. 41. 40 • Número de parafusos: A área real dos parafusos, Ab , deve ser igual ou maior que Am . Para isso é necessário escolher um número de parafusos tal que a soma das suas áreas seja igual ou maior do que Am 11.5. EXEMPLO DE CÁLCULO PELO MÉTODO PVRC Junta espiralada diâmetro nominal 6 polegadas, classe de pressão 300 psi, dimensões conforme Norma ASME B16.20, com espiral em aço inoxidável, enchimento em Graflex e anel externo em aço carbono bicromatizado. Flange com 12 parafusos de diâmetro 1 polegada em ASTM SA193-B7. • Pressão de projeto: Pd = 2 MPa (290 psi) • Pressão de teste: Pt = 3 MPa (435 psi) • Temperatura de projeto: 450o C • Parafusos ASTM AS 193-B7, tensões admissíveis: • Temperatura ambiente: Sa = 172 MPa • Temperatura de operação: Sb = 122 MPa • Quantidade: 12 parafusos • Da Tabela 2.5 tiramos as constantes da junta: Gb = 15.862 MPa a = 0.237 Gs = 0.090 MPa • Classe de aperto: standard, Lrm = .002 mg/seg-mm • Constante de aperto: C = 1 • Aperto por torquímento: Ae = 0.75 • Área de contato da junta, Ag : Ag = ( π /4 ) [(de - 3.2)2 - di2 ] = 7271.390 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm • Área efetiva de atuação da pressão interna, Ai : Ai = ( π /4 ) G2 = 29711.878 mm2 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm bo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm • Parâmetro de aperto mínimo: Tpmin = 18.0231 C Pd = 36.0462
  42. 42. 41 • Parâmetro de aperto de montagem: Tpa = X Tpmin = 1.5 ( 172 / 122 ) 36.0462 = 76.229 • Razão dos parâmetros de aperto: Tr = Log (Tpa ) / Log (Tpmin ) = 1.209 • Pressão mínima de aperto para operação: Sml = Gs [( Gb / Gs ) ( Tpa )a ] 1/Tr = 15.171 MPa • Pressão mínima de esmagamento: Sy a = [ Gb/Ae ] ( Tpa )a = 59.069 MPa • Calcular a pressão de esmagamento de projeto da junta: Sm2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag ) = 19.759 MPa • Força mínima de esmagamento: Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) onde Smo é a o maior valor de Sm1 = 15.171 Sm2 = 19.759 2 Pd = 4 Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) = 203 089 N 12. ESMAGAMENTO MÁXIMO Nas Seções 4 e 11 deste Capítulo estão os métodos para calcular a força de esmagamento mínima da junta para assegurar uma vedação adequada. Entretanto, conforme os estudos do PVRC quanto maior o aperto maior a selabilidade, portanto, é interessante saber qual o valor da força de aperto máxima. Fazendo-se a instalação com o aperto próximo do máximo tira-se proveito da possibilidade de uma maior selabilidade. Um problema freqüentemente encontrado são juntas danificadas por excesso de aperto. Para todos os tipos de juntas é possível estabelecer qual a pressão máxima de esmagamento, este valor não deve ser superado na instalação sob pena de danificar a junta.
  43. 43. 42 12.1 CÁLCULO DA FORÇA MÁXIMA DE APERTO A seguir está descrito método para calcular o aperto máximo admissível pela junta e pelos parafusos. • Calcular a área de contato da junta com o flange (área de esmagamento), Ag . • Calcular a área efetiva de atuação da pressão do fluido, Ai , de acordo com o Código ASME: Ai = ( π /4 ) G2 G = de - 2b b = .5 ( b ) 0.5 ou b = b0 se b0 for menor que 6.4 mm b0 = N/2 onde G é o diâmetro efetivo da junta conforme tabelas do Código ASME • Calcular a força de pressão, H: H = Ai Pd • Calcular a força máxima disponível para o esmagamento, Wdisp : Wdisp = Aml Np Sa onde Aml é a área da raiz da rosca dos parafusos ou menor área sob tensão, Np é o número de parafusos e Sa é a tensão máxima admissível nos parafusos na temperatura ambiente. • Calcular a pressão de esmagamento da junta, Sy a : Sy a = Wdisp / Ag • Determinar a máxima pressão de esmagamento para a junta de acordo com a recomendação do fabricante, Sym . • Estabelecer como a pressão de esmagamento máxima, Sys, o menor valor entre Sy a e Sym . • Calcular a força de esmagamento máxima, Wmax : Wmax = Sys Ag • Calcular a força de aperto mínimo Wmo de acordo com as Seções 4 ou 11 deste Capítulo.
  44. 44. 43 • Se o valor de Wmax for menor do que Wmo a combinação das juntas e parafusos não é adequada para a aplicação. • Se Wmax for maior do que Wmo a combinação junta e parafusos é satisfatória. • Com o valor da força de aperto máxima conhecido é possível então determinar se todas as demais tensões estão dentro dos limites estabelecidos pelo Código ASME. Esta verificação está além dos objetivos deste livro. 12.2 EXEMPLO DE CÁLCULO DA FORÇA DE APERTO MÁXIMA No exemplo da Seção 11.5 podemos calcular a força de aperto máxima. • Área de contato da junta com o flange: Ag = ( π /4 ) [(de - 3.2)2 - di2 ] = 7271.37 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm • Área efetiva de atuação da pressão do fluido: Ai = ( π /4 ) G2 = 29711.8 mm2 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm bo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm • Calcular a força de pressão, H: H = Ai Pd = 29711 x 2 = 59 423 N • Força máxima disponível para o esmagamento: Wdisp = Ae Aml Np Sa = 391 x 12 x 172 = 807 024 N • Calcular a pressão de esmagamento da junta, Sy a : Sy a = Wdisp / Ag = 807 024 / 7271 = 110.992 MPa • Pressão de esmagamento máxima recomendada para a junta: Sym = 210 MPa
  45. 45. 44 • Pressão de esmagamento máxima, menor valor entre Sy a e Sym : Sys = 110 MPa • Calcular a força de esmagamento máxima, Wmax : Wmax = Sys Ag = 110 x 7271 = 799 810 N • Força de aperto mínimo, conforme Seção 11.5: Wmo = 203 089 N • Como o valor de Wmax é maior Wmo a combinação das juntas e parafusos é adequada para a aplicação. • Com os valores das forças máxima e mínima é possível calcular os valores dos torques máximo e mínimo: Tmin = k Wmo dp / Np = 0.2 x 203 089 x 0.0254 / 12 = 85.97 N-m Tmax = k Wmax dp / Np = 0.2 x 799 810 x 0.0254 / 12 = 338.58 N-m
  46. 46. 45 CAPÍTULO 3 MATERIAIS PARA JUNTAS NÃO-METÁLICAS 1. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO A escolha de um material para junta não metálica é dificultada pela existência, no mercado, de uma grande variedade de materiais com características similares. Além disso, novos produtos ou variações de produtos existentes aparecem freqüentemente. É impraticável listar e descrever todos os materiais. Por esta razão, foram selecionados os materiais mais usados com as suas características básicas. Fazendo-se necessário um aprofundamento maior, recomenda-se consultar o fabricante. As quatro condições básicas que devem ser observadas ao selecionar o material de uma junta são: • Pressão de operação. • Força dos parafusos. • Resistência ao ataque químico do fluido (corrosão). • Temperatura de operação. As duas primeiras foram analisadas no Capítulo 2 deste livro. A resistência à corrosão pode ser influenciada por vários fatores, principalmente: • Concentração do agente corrosivo: nem sempre uma maior concentração torna um fluido mais corrosivo. • Temperatura do agente corrosivo: em geral, temperaturas mais elevadas aceleram a corrosão.
  47. 47. 46 • Ponto de condensação: a passagem do fluido com presença de enxofre e água pelo ponto de condensação, comum em gases provenientes de combustão, pode provocar a formação de condensados extremamente corrosivos. Em situações críticas são necessários testes em laboratório para determinar, nas condições de operação, a compatibilidade do material da junta com o fluido. Ao iniciar o projeto de uma junta, uma avaliação total deve ser efetuada, começando pelo tipo de flange, força dos parafusos, força mínima de esmagamento etc. Todas as etapas devem ser seguidas até a definição do tipo e do material da junta. Geralmente, a seleção de uma junta pode ser simplificada usando o Fator de Serviço, conforme mostrado a seguir. 2. FATOR P X T OU FATOR DE SERVIÇO O Fator de Serviço ou fator Pressão x Temperatura ( P x T ) é um bom ponto de partida para selecionar o material de uma junta. Ele é obtido multiplicando-se o valor da pressão em kgf/cm2 pela temperatura em graus centígrados e comparando-se o resultado com os valores da tabela a seguir. Se o valor for maior que 25 000, deve ser escolhida uma junta metálica. Tabela 3.1 Fator de Serviço P X T Temperatura Material da Junta máximo máxima - o C 530 150 Borracha 1150 120 Fibra vegetal 2700 250 PTFE 15000 540 Papelão hidráulico 25000 590 Papelão hidráulico com tela metálica Os limites de temperaturase os valores de P x T não podem ser tomados como absolutos. As condições de cada caso, tais como variação nos tipos de matéria-prima, projeto de flanges e outras particularidades de cada aplicação podem modificar estes valores. Nota importante: as recomendações deste Capítulo são genéricas, e as condições particulares de cada caso devem ser avaliadas cuidadosamente. 3. PAPELÃO HIDRÁULICO Desde a sua introdução, no final do século passado, o Papelão Hidráulico tem sido o material mais usado para vedação de flanges. Possui características de selabilidade em larga faixa de condições operacionais. Devido à sua importância no campo da vedação industrial, o Capítulo 4 deste livro é inteiramente dedicado às juntas de Papelão Hidráulico.
  48. 48. 47 4. POLITETRAFLUOROETILENO ( PTFE ) Desenvolvido pela Du Pont, que o comercializa com a marca Teflon, o PTFE nas suas diferentes formas é um dos materiais mais usados em juntas industriais. Devido à sua crescente importância o Capítulo 5 deste livro cobre várias alternativas de juntas com PTFE. 5. GRAFITE FLEXÍVEL GRAFLEX® Produzido a partir da expansão e calandragem da grafite natural, possui entre 95% e 99% de pureza. Flocos de grafite são tratados com ácido, neutralizados com água e secados até determinado nível de umidade. Este processo deixa água entre os grãos de grafite. Em seguida, os flocos são submetidos a elevadas temperaturas, e a água, ao vaporizar, “explode” os flocos, que atingem volumes de 200 ou mais vezes o original. Estes flocos expandidos são calandrados, sem nenhum aditivo ou ligante, produzindo folhas de material flexível. A grafite flexível apresenta reduzido creep, definido como uma deformação plástica contínua de um material submetido a pressão. Portanto, a perda da força dos parafusos é reduzida, eliminando reapertos freqüentes. Devido às suas características, a grafite flexível é um dos materiais de vedação mais seguros. Sua capacidade de selabilidade, mesmo nos ambientes mais agressivos e em elevadas temperaturas, tem sido amplamente comprovada. Possui excelente resistência aos ácidos, soluções alcalinas e compostos orgânicos. Entretanto, em atmosferas oxidantes e temperaturas acima de 450o C, o seu uso deve ser cuidadosamente analisado. Quando o carbono é aquecido em presença do oxigênio há formação de dióxido de carbono (CO2 ). O resultado desta reação é uma redução da massa de material. Limites de temperatura: - 240o C a 3000o C, em atmosfera neutra ou redutora, e de - 240o C a 450o C, em atmosfera oxidante. A compatibilidade química e os limites de temperatura estão no Anexo 3.1. 5.1. PLACAS DE GRAFLEX ® Por ser um material de baixa resistência mecânica, as placas de Graflex® são fornecidas com ou sem reforço de aço inoxidável 316. As dimensões são 1000 x 1000 mm e as espessuras são 0.8 mm, 1.6 mm e 3.2 mm. As recomendações de aplicação estão na Tabela 3.2. Quando usar juntas fabricadas a partir de placas de Graflex® com reforço, é necessário verificar também a compatibilidade do fluido com o reforço.
  49. 49. 48 Tabela 3.2 Tipos de Placas de Graflex® Tabela 3.3 Temperaturas de Trabalho Temperatura o C Máxima Os valores de “m” e “y” e das constantes para cálculo para cada tipo de Placa de Graflex estão na Tabela 3.4. Tabela 3.4 Valores para Cálculo Tipo TJR TJE TJB m 2 2 1.5 y (psi) 1 000 2 800 900 Gb (MPa) 5.628 9.655 6.690 a 0.377 0.324 0.384 Gs (MPa) 4.555x10-4 6.897x10-5 3.448x10-4 Pressão de esmagamento 165 165 165 máxima (MPa) 5.2. FITAS DE GRAFLEX® O Graflex® também é fornecido em fitas com ou sem adesivo, lisa ou corrugada na espessura de 0.4 mm, os tipos e condições de fornecimento estão na Tabela 3.5. Tipo Reforço Aplicação TJR lâmina lisa de aço inoxidável 316L serviços gerais, vapor, hidrocarbonetos TJE lâmina perfurada de aço inoxidável 316L serviços gerais, vapor, fluido térmico, hidrocarbonetos TJB nenhum serviços gerais, flanges frágeis em geral Meio Neutro / redutor Oxidante Vapor Mínima TJR TJE TJB -240 870 870 3 000 -240 450 450 450 -240 650 650 Não recomendado
  50. 50. 49 Tabela 3.5 Fitas Graflex® 6. ELASTÔMEROS Materiais bastante empregados na fabricação de juntas, em virtude das suas características de selabilidade. Existem no mercado diversos tipos de polímeros e formulações, permitindo uma grande variação na escolha. 6.1. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS As principais características que tornam a borracha um bom material para juntas são: • Resiliência: a borracha é um material com elevada resiliência. Sendo bastante elástico, preenche as imperfeições dos flanges, mesmo com pequena força de aperto. • Polímeros: há diversidade de polímeros com diferentes características físicas e químicas. • Combinação de polímeros: a combinação de vários polímeros em uma formulação permite obter diferentes características físicas e químicas, como resistência à tração ou a produtos químicos, dureza etc. • Variedade: chapas ou lençóis com diferentes espessuras, cores, larguras, comprimento e acabamentos superficiais podem ser fabricados para atender às necessidades de cada caso. 6.2. PROCESSO DE SELEÇÃO Em juntas industriais os Elastômeros normalmente são utilizados em baixas pressões e temperatura. Para melhorar a resistência mecânica, reforços com uma ou mais camadas de lona de algodão podem ser empregados. A dureza normal para juntas industriais é de 55 a 80 Shore A e espessura de 0.8 mm (1/32") a 6.4 mm (1/4"). O Anexo 3.2 apresenta a compatibilidade entre os diversos fluidos e os Elastômeros mais utilizados, que estão relacionados a seguir. O código entre parênteses é a designação ASTM. Tipo Apresentação Aplicação Rolos com TJI fita lisa com adesivo vedação de conexões roscadas 12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm TJH fita corrugada com adesivo moldada sobre a superfície de vedação dos flanges 12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm TJZ fita corrugada sem adesivo enrolada e prensada em hastes de válvulas e anéis pré-moldados 6.4 ou 12.7 x 8 000 e 19.1 ou 25.4 x 15000
  51. 51. 50 6.3. BORRACHA NATURAL (NR) Possui boa resistência aos sais inorgânicos, amônia, ácidos fracos e álcalis; pouca resistência a óleos, solventes e produtos químicos; apresenta acentuado envelhecimento devido ao ataque pelo ozônio; não recomendada para uso em locais expostos ao sol ou ao oxigênio; tem grande resistência mecânica e ao desgaste por atrito. Níveis de temperatura bastante limitados : de -50o C a 90o C. 6.4. ESTIRENO-BUTADIENO (SBR) A borracha SBR, também chamada de “borracha sintética”, foi desenvolvida como alternativa à borracha natural. Recomendada para uso em água quente e fria, ar, vapor e alguns ácidos fracos; não deve ser usada em ácidos fortes , óleos , graxas e solventes clorados; possui pouca resistência ao ozônio e à maioria dos hidrocarbonetos. Limites de temperatura de -50o C a 120o C. 6.5. CLOROPRENE (CR) Mais conhecida como Neoprene, seu nome comercial. Possui excelente resistência aos óleos, ozônio, luz solar e envelhecimento, e baixa permeabilidade aos gases; recomendada para uso em gasolina e solventes não aromáticos; tem pouca resistência aos agentes oxidantes fortes e hidrocarbonetos aromáticos e clorados. Limites de temperatura de -50o C a 120o C. 6.6. NITRÍLICA (NBR) Também conhecida como Buna-N. Possui boa resistência aos óleos, solventes, hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos e gasolina. Pouca resistência aos agentes oxidantes fortes, hidrocarbonetos clorados, cetonas e ésteres. Limites de temperatura de -50o C a 120o C. 6.7. FLUORELASTÔMERO (CFM, FVSI, FPM) Mais conhecido como Viton, seu nome comercial. Possui excelente resistência aos ácidos fortes, óleos, gasolina, solventes clorados e hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos. Não recomendada para uso com aminos, ésteres, cetonas e vapor. Limites de temperatura de -40o C a 204o C. 6.8. SILICONE (SI) A borracha silicone possui excelente resistência ao envelhecimento, não sendo afetada pela luz solar ou ozônio, por isso muito usada em ar quente. Tem pouca resistência mecânica, aos hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos e ao vapor. Possui limites de temperatura mais amplos, de -100o C a 260o C. 6.9. ETILENO-PROPILENO (EPDM) Elastômero com boa resistência ao ozônio, vapor, ácidos fortes e álcalis. Não recomendado para uso com solventes e hidrocarbonetos aromáticos. Limites de temperatura de -50o C a 120o C.
  52. 52. 51 6.10. HYPALON® Elastômero da família do Neoprene® , possui excelente resistência ao ozônio, luz solar, produtos químicos e boa resistência aos óleos. Limites de temperatura de -100o C a 260o C. 7. FIBRA CELULOSE A folha de fibra de celulose, muito conhecida pelo nome comercial Velumóide, é fabricada a partir de celulose aglomerada com cola e glicerina. É muito usada na vedação de produtos de petróleo, gases e vários solventes. Disponível em rolos com espessura de 0.5mm a 1.6mm. Limite máximo de temperatura 120o C. 8. CORTIÇA Grãos de cortiça são aglomerados com borracha para obter a compressibilidade da cortiça, com as vantagens da borracha sintética. Usada largamente quando a força de aperto é limitada, como em flanges de chapa fina estampada ou de material frágil como cerâmica e vidro. Recomendada para uso com água, óleos lubrificantes e outros derivados de petróleo em pressões até 3 bar e temperatura até 120o C. Possui pouca resistência ao envelhecimento e não deve ser usada em ácidos inorgânicos, álcalis e soluções oxidantes. 9. TECIDOS E FITAS Tecidos de amianto ou fibra de vidro impregnados com um Elastômero são bastante usados em juntas industriais. O fio do tecido pode, para elevar a sua resistência mecânica, ter reforço de fio metálico, como o latão ou aço inox. As espessuras vão de 0.8mm (l/32") a 3.2mm (1/8"). Espessuras maiores são obtidas dobrando uma camada sobre a outra. Os Elastômeros mais usados na impregnação de tecidos são: borracha estireno- butadieno (SBR), Neoprene, Viton e Silicone. 9.1. TECIDOS DE AMIANTO Os tecidos de amianto impregnados normalmente possuem 75% de amianto e 25% de outras fibras, como o Rayon ou algodão. Esta combinação é feita para melhorar as propriedades mecânicas e facilitar a fabricação, com sensível redução de custo. 9.2. TECIDOS DE FIBRA DE VIDRO Os tecidos de fibra de vidro são fabricados a partir de dois tipos de fios: • Filamento contínuo. • Texturizado.
  53. 53. 52 Os tecidos feitos a partir de fio de filamento contínuo possuem espessura reduzida e, conseqüentemente, menor resistência mecânica. Os tecidos com fio Texturizado, processo que eleva o volume do fio, possuem maior resistência mecânica, por isso, mais usado em juntas industriais. 9.3. JUNTAS DE TECIDOS E FITAS Os tecidos e fitas são dobrados e moldados em forma de juntas. Se necessário para atingir a espessura desejada podem ser dobrados e colados em várias camadas. Estas juntas são usadas principalmente nas portas de visitas de caldeiras (manhole e handhole). Elas podem ser circulares, ovais, quadradas ou de outras formas. São também usadas em fornos, fornalhas, autoclaves, portas de acesso e painéis de equipamentos. 9.4. FITA TADPOLE Os tecidos podem ser enrolados em volta de um núcleo, normalmente uma gaxeta de amianto ou fibra de vidro, conforme mostrado na figura 3.2. O tecido pode ter ou não impregnação de Elastômeros. A junta com esta forma é conhecida como “tadpole”. O tecido se estende além do núcleo, formando uma fita plana que pode ter furos de fixação. A seção circular oferece boa vedação em superfícies irregulares sujeitas a aberturas e fechamento freqüentes, como portas de fornos e estufas. Figura 3.2 10. PAPELÃO DE AMIANTO (PI 97-B) Material fabricado a partir de fibras de amianto com ligantes incombustíveis, com elevada resistência à temperatura. Normalmente usado como isolante térmico, é empregado como enchimento de juntas semi-metálicas devido à sua compressibilidade e resistência térmica. Também é recomendado para a fabricação de juntas para dutos de gases quentes e baixas pressões. Temperatura limite de operação contínua 800o C.
  54. 54. 53 11. PAPELÃO ISOLIT HT® Devido às restrições ao manuseio do amianto, o Isolit HT é a alternativa ao papelão de amianto, com desempenho similar. Composto de fibra cerâmica com até 5% de fibras orgânicas, que aumentam a sua resistência mecânica. Quando exposto a temperaturas acima de 200o C estas substâncias orgânicas carbonizam, resultando em material totalmente inorgânico com resistência até a 800o C. 12. FIBRA CERÂMICA Na forma de mantas é usada para fabricação de juntas para uso em dutos de gases quentes e baixa pressão. Material também empregado como enchimento em juntas semi-metálicas em substituição ao papelão de amianto. Limite de temperatura: 1200o C. 13. BEATER ADDITION O processo beater addition (BA) de fabricação de materiais para juntas é semelhante ao de fabricação de papel. Fibras sintéticas, orgânicas ou minerais são batidas com ligantes em misturadores, que as “abrem”, propiciando uma maior área de contato com os ligantes. Esta maior área de contato aumenta a resistência mecânica do produto final. Várias ligantes podem ser usados, como o látex, borracha SBR, nitrílica etc. Devido à sua limitada resistência à pressão é um material pouco usado em aplicações industriais, exceto como enchimento de juntas semi-metálicas para baixas temperaturas. Os materiais produzidos pelo processo BA são disponíveis em bobinas de até 1200mm de largura, com espessuras de 0.3 mm a 1.5 mm. 14. PAPELÃO TEAPLAC® Papelões para isolamento térmico sem Amianto Teaplac 800 e Teaplac 850 são usados na fabricação de juntas para usos em elevadas temperaturas e baixas pressões
  55. 55. 54 ANEXO 3.1 COMPATIBILIDADE QUÍMICA DO GRAFLEX® Fluidos Acetato de Monovinil Acetato Isopropílico Acetona Ácido Acético Ácido Arsênico Ácido Benzilsulfônico Ácido Bórico Ácido Brômico Ácido Carbônico Ácido Cítrico Ácido Clorídrico Ácido Dicloropropiônico Ácido Esteárico Ácido Fluorídrico Ácido Fluorsilício Ácido Fólico Ácido Fórmico Ácido Fosfórico Ácido Graxo Ácido Lático Ácido Monocloroacético Ácido Nítrico Ácido Oléico Ácido Oxálico Ácido Sulfúrico Ácido Sulfúrico Ácido Sulfuroso Ácido Tartárico Água Boronatada Água Deaerada Água Mercaptana Álcool Isopropílico Álcool Amílico Álcool Butílico Álcool Etílico Concentração % Todas 100 0 - 100 Todas Todas 60 Todas Todas Todas Todas Todas 90 – 100 100 Todas 0 a 20 Todas Todas 0 a 85 Todas Todas 100 Todas 100 Todas 0 a 70 Maior que 70 Todas Todas - - Saturada 0 - 100 100 100 0 - 100 Temperatura máxima o C Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas
  56. 56. 55 ANEXO 3.1 (Continuação) COMPATIBILIDADE QUÍMICA DO GRAFLEX® Fluidos Álcool metílico Anidrido acetico Anilina Ar Benzeno Biflureto de Amônia Bromo Cellosolve Butílico Cellosolve Solvente Cloreto Cúprico Cloreto de Alumímio Clorato de Cálcio Cloreto de Estanho Cloreto de Etila Cloreto de Níquel Cloreto de Sódio Cloreto de Zinco Cloreto Férrico Cloreto Ferroso Clorito de Sódio Cloro seco Cloroetilbenzeno Clorofórmio Dibromo Etileno Dicloro Etileno Dietanolamina Dioxano Dióxido de Enxofre Éter isopropílico Etila Etileno Cloridina Etileno Glicol Fluidos para transferência de calor (todos) Fluidos refrigerantes Concentração % 0 - 100 100 100 - 100 Todas Todas 0 - 100 Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 0 - 4 100 100 100 100 100 Todas 0 - 100 Todas 100 Todas 0 - 8 Todas - Todas Temperatura máxima o C 650 Todas Todas 450 Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas
  57. 57. 56 ANEXO 3.1 (Continuação) COMPATIBILIDADE QUÍMICA DO GRAFLEX® Fluidos Fluor Gasolina Glicerina Hexaclorobenzeno Hidrato de Cloral Hidrocloreto de Anilina Hidróxido de Alumínio Hidróxido de Amônia Hidróxido de Sódio Hipocloreto de Cálcio Hipoclorito de Sódio Iodo Manitol Metil-isobutil-cetona Monocloreto de Enxofre Monoclorobenzeno Monoetanolamina Octanol Paradiclorobenzeno Paraldeído Querosene Sulfato de Amônia Sulfato de Cobre Sulfato de Ferro Sulfato de Manganês Sulfato de Níquel Sulfato de Zinco Tetracloreto de Carbono Tetracloroetano Ticloreto de Arsênio Tiocianato de Amonia Tricloreto de Fósforo Tricloroetileno Vapor Xileno Concentração % Todas - 0 - 100 100 - 0 - 60 Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 100 100 100 Todas 100 100 100 - Todas Todas Todas Todas Todas Todas 100 100 100 0 – 63 100 100 - Todas Temperatura máxima o C Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Não Recomendado Não Recomendado Não Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 650 Todas
  58. 58. 57 ANEXO 3.2 RESISTÊNCIA QUÍMICA DE ELASTÔMEROS PARA JUNTAS 1: boa resistência 3: sem informação 2: resistência regular 4: pouca resistência NBR: nitrílica SBR: stireno-butadieno FE : fluorelastômero NR : natural CR : cloroprene SI : silicone Fluido Acetaldeído Acetato de alumínio Acetato de butila Acetado de etila Acetado de potássio Acetileno Acetona Ácido acético 5% Ácido acético glacial Ácido benzóico Ácido bórico Ácido butírico Ácido cítrico Ácido clorídrico (concentrado) Ácido clorídrico (diluído) Ácido crômico Ácido fluorídrico (concentrado) Ácido fluorídrico (diluído) Ácido fosfórico concentrado ácido fosfórico diluído Ácido lático Ácido maleico Ácido nítrico concentrado Ácido nítrico diluído Ácido nítrico fumegante Ácido oléico Ácido oxálico Ácido palmítico Ácido salicílico NBR 3 2 4 4 2 1 4 2 2 4 1 4 1 4 3 4 4 4 4 4 1 4 4 4 4 3 2 1 2 F E 4 4 4 4 4 1 4 1 4 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 CR 3 2 4 4 2 2 2 1 2 4 1 4 1 4 1 4 4 1 1 1 1 4 4 2 4 2 2 2 3 SBR 3 4 4 4 4 2 4 2 2 4 1 4 1 4 3 4 4 2 3 2 1 4 4 4 4 4 2 2 2 NR 2 1 4 4 1 2 4 2 2 4 1 3 1 4 3 4 4 4 3 2 1 4 4 4 4 4 2 2 1 SI 2 4 4 2 4 2 4 1 2 4 1 3 1 4 4 3 4 4 3 2 3 3 4 4 4 4 2 4 3
  59. 59. 58 ANEXO 3.2 ( Continuação ) RESISTÊNCIA QUÍMICA DE ELASTÔMEROS PARA JUNTAS Fluido Ácido sulfúrico concentrado Ácido sulfúrico diluído Ácido sulfúrico fumegante Ácido sulfuroso Ácido tânico Ácido tartárico Ácidos graxos Água do mar Água potável Alcatrão Álcool butílico (butanol) Álcool de madeira Álcool isopropílico Álcool propílico Amônia líquida (anidra) Amônia quente (gás) Amônia fria (gás) Anilina Ar até 100’C Ar até 150’C Ar até 200’C Ar até 250’C Benzeno Bicarbonato de sódio Bórax Café Carbonato de amônia Carbonato de cálcio Carbonato de sódio Cerveja Cianeto de potássio Ciclo-hexanol Cloreto de alumínio Cloreto de amônia Cloreto de bário Cloreto de cálcio Cloreto de etila NBR 4 4 4 2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 2 4 1 4 1 2 4 4 4 1 2 1 4 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 F E 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 4 1 1 4 4 4 1 1 1 1 3 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 CR 4 2 4 2 1 1 2 2 1 2 1 1 1 1 1 2 1 4 1 2 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 SBR 4 3 4 2 2 2 4 1 1 4 1 1 2 1 4 4 1 4 2 4 4 4 4 1 2 1 3 1 1 1 1 4 1 1 1 1 2 NR 4 3 4 2 1 1 3 1 1 4 1 1 1 1 4 4 1 4 2 4 4 4 4 1 2 1 3 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 SI 4 4 4 4 2 1 3 1 1 4 2 1 1 1 2 1 1 4 1 1 1 2 4 1 2 1 3 1 1 1 1 4 2 3 1 1 4
  60. 60. 59 ANEXO 3.2 ( Continuação ) RESISTÊNCIA QUÍMICA DE ELASTÔMEROS PARA JUNTAS Fluido Cloreto de etileno Cloreto de magnésio Cloreto de metileno Cloreto de potássio Cloreto de sódio Cloro (seco) Cloro (úmido) Clorofórmio Decalin Dibutil ftalato Dióxido de enxofre (seco) Dióxido de enxofre (úmido) Dissulfeto de carbono Dowtherm A Esgoto sanitário Etano Etanol Éter dibutílico Éter etílico Éter metílico Etileno glicol Fenol Fluoreto de alumínio Formaldeído Fosfato de cálcio Freon 12 Freon 22 Gás carbônico Gás liquefeito de petróleo Gás natural Gasolina Glicerina Glicose Heptano Hidrogênio Hidróxido de amônia (concentrado) Hidróxido de cálcio NBR 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 4 3 1 1 4 1 4 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 F E 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 4 4 1 1 1 1 3 3 4 1 1 1 3 4 1 1 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CR 4 1 4 1 1 2 4 4 4 4 1 1 4 2 2 2 1 4 4 3 1 2 1 4 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 SBR 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 2 4 4 4 1 4 1 4 4 1 1 4 1 4 1 1 1 2 4 2 4 1 1 4 2 3 1 NR 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 2 4 4 4 1 4 1 4 4 1 1 4 2 4 1 2 1 2 4 2 4 1 1 4 2 3 1 SI 4 1 4 1 1 4 3 4 4 3 2 2 3 4 1 4 1 4 4 1 1 4 2 4 1 4 4 2 3 1 4 1 1 4 3 1 3
  61. 61. 60 ANEXO 3.2 ( Continuação ) RESISTÊNCIA QUÍMICA DE ELASTÔMEROS PARA JUNTAS Fluido Hidróxido de magnésio Hidróxido de potássio Hidróxido de sódio Hipoclorito de cálcio Hipoclorito de sódio Isso-octano Ieite Mercúrio Metano Metanol Metil butil cetona Metil butil cetona ( MEK ) Metil isobutil cetona ( MIBK ) Metil isopropril cetona Metil salicilato Monóxido de carbono Nafta Neon Nitrato de alumínio Nitrato de potássio Nitrato de prata Nitrogênio Octano Óleo bunker Óleo combustível Óleo combustível ácido Óleo cru Óleo de amendoim Óleo de coco Óleo de linhaça Óleo de madeira Óleo de milho Óleo de oliva Óleo de soja Óleo diesel Óleo hidráulico ( mineral ) Óleo lubrificante NBR 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F E 1 4 1 1 1 1 1 1 1 2 4 4 4 4 3 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CR 1 1 1 2 2 1 1 1 2 1 4 4 4 4 4 1 4 1 1 1 1 1 4 4 1 2 4 3 3 1 2 3 2 1 3 2 2 SBR 2 2 2 2 2 4 1 1 4 1 4 4 4 4 3 2 4 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 NR 2 2 1 2 2 4 1 1 4 1 4 4 4 4 3 2 4 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 SI 3 3 1 2 2 4 1 3 4 1 4 4 4 4 3 1 4 1 2 1 1 1 4 2 4 1 4 1 1 1 4 1 1 1 4 2 4
  62. 62. 61 Fluido Óleo para turbina Óleo silicone Óleo vegetal Óleos minerais Oxigênio Oxigênio ( 100-200’C ) Oxigênio líquido Ozona Pentano Percloroetileno Peróxido de hidrogênio Petróleo Propano Querosene Silicato de cálcio Silicato de sódio Soluções cáusticas Solventes clorados Sulfato de alumínio Sulfato de amônia Sulfato de cobre Sulfato de magnésio Sulfato de sódio Sulfato de zinco Sulfito de magnésio Tetracloreto de carbono Tetracloroetano Thinner Tolueno Tricloroetano Tricloroetileno Uísque Vapor Vinagre Vinho Xileno Xilol NBR 1 1 1 1 2 4 2 4 1 2 2 1 1 1 1 1 2 4 1 1 1 1 1 1 1 2 4 4 4 4 3 1 1 2 1 4 4 F E 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 CR 4 1 3 1 1 4 1 3 1 4 2 2 2 2 1 1 2 4 1 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 1 1 2 1 4 4 SBR 4 1 4 4 4 4 4 4 3 4 2 4 4 4 1 1 2 4 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 1 2 2 1 4 4 NR 4 1 4 4 2 4 1 4 4 4 2 4 4 4 1 1 1 4 1 1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 1 2 2 1 4 4 SI 4 3 1 2 1 1 2 1 4 4 1 4 4 4 3 3 2 4 1 3 1 1 1 1 1 4 3 4 4 4 4 1 1 1 1 4 4 ANEXO 3.2 ( Continuação ) RESISTÊNCIA QUÍMICA DE ELASTÔMEROS PARA JUNTAS
  63. 63. 62
  64. 64. 63 CAPÍTULO 4 JUNTAS EM PAPELÃO HIDRÁULICO 1. PAPELÕES HIDRÁULICOS TEADIT São fabricados a partir da vulcanização sob pressão de Elastômeros com fibras minerais ou sintética. Por serem bastante econômicos em relação ao seu desempenho, são os materiais mais usados na fabricação de juntas industriais, cobrindo ampla faixa de aplicação. Suas principais características são: • Elevada resistência ao esmagamento • Baixo relaxamento (creep relaxation ) • Resistência a altas temperaturas e pressões • Resistência a produtos químicos 2. COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS Na fabricação do papelão hidráulico, fibras de amianto ou sintéticas, como a aramida (Kevlar*), são misturados com Elastômeros e outros materiais, formando uma massa viscosa. Esta massa é calandrada a quente até a formação de uma folha com as características físicas e dimensões desejadas. A fibra, o elastômero ou a combinação de Elastômeros, aditivos, a temperatura e o tempo de processamento são combinados de forma a resultar em um papelão hidráulico com características específicas para cada aplicação. (*Marca registrada da E. I. Du Pont de Nemours, EUA)
  65. 65. 64 2.1 FIBRAS As fibras possuem a função estrutural, determinando, principalmente, as características de elevada resistência mecânica dos papelões hidráulicos. Nos papelões à base de amianto, o problema de riscos pessoais aos usuários é bastante reduzido, por estarem as fibras totalmente impregnadas por borracha. Os papelões à base de fibras sintéticas são totalmente “sem-amianto”, dando bastante segurança aos usuários. Importante: recomenda-se o uso correto dos papelões à base de amianto; o lixamento, raspagem ou qualquer processo que provoque poeira, deve ser feito evitando-se sua inalação, usando-se máscaras com filtros descartáveis. As roupas de trabalho devem ser guardadas e lavadas em separadas das demais. Maiores informações para o manuseio e uso correto de produtos de amianto, podem ser obtidas no Anexo 12 da NR 15 da Portaria 3214 de 8/06/1978 do Ministério do Trabalho. 2.2 ELASTÔMEROS Os Elastômeros, vulcanizados sob pressão com as fibras, determinam a resistência química do papelão hidráulico, dando-lhe também as suas características de flexibilidade e elasticidade. Os Elastômeros mais usados são: • Borracha natural ( NR ): produto natural extraído de plantas tropicais, apresenta excelente elasticidade, flexibilidade, baixa resistência química e à temperatura. • Borracha estireno-butadieno ( SBR ):também conhecida como “borracha sintética”, foi desenvolvida como alternativa à borracha natural, possuindo características similares. • Cloropreno ( CR ):mais conhecido pelo seu nome comercial, Neoprene*, possui excelente resistência a óleos, gasolina, solventes de petróleo e ao ozônio. • Borracha nitrílica ( NBR ):superior às borrachas SBR e CR em relação a produtos químicos e temperatura. Tem excelente resistência a óleos, gasolina, solventes de petróleo, hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, solventes clorados e óleos vegetais e animais. • Hypalon: possui excelente resistência química inclusive aos ácidos e álcalis. 2.3 REFORÇO METÁLICO Para elevar a resistência mecânica, os papelões hidráulicos podem ser reforçados com tela metálica. Estes materiais são recomendados para aplicações onde a junta está sujeita a tensões mecânicas altas. A tela é normalmente de aço carbono, podendo, entretanto, ser usado aço inoxidável, para melhor resistir ao fluido vedado.
  66. 66. 65 Juntas de papelão hidráulico com inserção metálica apresentam uma selabilidade menor, pois a inserção da tela possibilita um vazamento através da própria junta. A tela metálica também dificulta o corte da junta e deve ser usada somente quando estritamente necessário. 2.4 ACABAMENTO Os diversos tipos de papelão hidráulico são fabricados com dois acabamentos superficiais, ambos com o carimbo do tipo e marca Teadit: • Natural: permite uma maior aderência ao flange. • Grafitado: evita a aderência ao flange, facilitando a troca da junta, quando esta é feita com freqüência. 2.5 DIMENSÕES DE FORNECIMENTO Os papelões hidráulicos Teadit são normalmente comercializados em folhas de 1500 mm por 1600 mm. Sob encomenda podem ser fornecidos em folhas de 1500 mm por 3200 mm. Alguns materiais também podem ser fabricados em folhas de 3000 mm por 3200 mm. 2.6 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS As associações normalizadoras e os fabricantes, desenvolveram vários testes para permitir a uniformidade de fabricação, determinação das condições, limites de aplicação e comparação entre materiais de diversos fabricantes. 2.6.1 COMPRESSIBILIDADE E RECUPERAÇÃO Medida de acordo, com a Norma ASTM F36A, é a redução de espessura do material, quando submetido a uma carga de 5000 psi ( 34.5 MPa ) expressa como uma porcentagem da espessura original. Recuperação é a retomada da espessura quando a carga sobre o material é retirada, expressa como porcentagem da espessura comprimida. A compressibilidade indica a capacidade do material de se acomodar às imperfeições dos flanges. Quanto maior a compressibilidade, mais facilmente o material preenche as irregularidades. A recuperação indica a capacidade do material em absorver os efeitos das variações de pressão e temperatura. 2.6.2 SELABILIDADE Medida de acordo com a Norma ASTM F37, indica a capacidade de vedar sob condições controladas de laboratório com isoctano, pressão de 1atm e de carga do flange variando de 125 psi (0.86 MPa) a 4000 psi (27.58 MPa).
  67. 67. 66 2.6.3 RETENÇÃO DE TORQUE Medida de acordo com a ASTM F38, indica a capacidade do material em manter o aperto ao longo do tempo, expressa como uma percentagem de perda de carga inicial. Um material estável retém o torque após uma perda inicial, ao contrário de um material instável que apresenta uma contínua perda, causando uma degradação da vedação, com o tempo. A pressão inicial de teste é de 21 MPa, temperatura 100o C e tempo 22 horas. Quanto maiores a espessura do material e temperatura de operação, menor a retenção de torque. As Normas DIN 52913 e BS 2815 estabelecem os métodos de medição da Retenção de Torque. 2.6.4 IMERSÃO EM FLUIDO Medida de acordo com a Norma ASTM F146, permite verificar a variação do material, quando imerso em fluidos por tempo e temperatura determinados. Os fluidos de testes de imersão mais comuns são o óleo IRM 903, à base de petróleo e o ASTM Fuel B, composto de 70% isoctano e 30% tolueno e também imersão em ácidos. São verificadas variações de compressibilidade, recuperação, aumento de espessura, redução de resistência à tração e aumento de peso. 2.6.5 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO Medida de acordo com a Norma ASTM F152, é um parâmetro de controle de qualidade, e seu valor não está diretamente relacionado com as condições de aplicação do material. 2.6.6 PERDA POR CALCINAÇÃO Medida pela Norma ASTM F495 indica a porcentagem de material perdido ao calcinar o material. 2.6.7 DIAGRAMA PRESSÃO X TEMPERATURA Não havendo teste internacionalmente adotado para estabelecer os limites de operação dos materiais para juntas, a Teadit desenvolveu procedimento específico para determinar a pressão máxima de trabalho, em função da temperatura. O fluido de teste é o Nitrogênio. 3. PROJETO DE JUNTAS COM PAPELÃO HIDRÁULICO 3.1 CONDIÇÕES OPERACIONAIS Ao iniciarmos o projeto de uma junta, devemos, em primeiro lugar, verificar se as condições operacionais são adequadas ao uso de papelão hidráulico. A pressão e temperatura de trabalho, devem ser comparadas com as máximas indicadas pelo fabricante.
  68. 68. 67 Para os Papelão Hidráulicos Teadit do tipo NA (Não Amianto), foram determinadas as curvas P x T que representam o comportamento do material, considerando a ação simultânea da pressão e temperatura. As curvas P x T são determinadas com Nitrogênio e junta na espessura de 1.6 mm. Para determinar se uma condição é adequada, dever-se verificar se a pressão e a temperatura de operação estão dentro da faixa recomendada para o material, que é representada pela área sob a curva inferior do gráfico. Se o ponto cair na área entre as duas curvas é necessário consultar a Teadit pois, dependendo de outros fatores tais como tipo de fluido e existência de ciclo térmico, o material pode ou não ser adequado para a aplicação. 3.2 RESISTÊNCIA QUÍMICA Antes de decidirmos pelo uso de um tipo de papelão hidráulico, devemos verificar a sua resistência química ao fluido a ser vedado. O Anexo 4.2, no final deste capítulo, apresenta a compatibilidade entre vários produtos e os diversos tipos de papelão hidráulico Teadit. Importante: as recomendações do Anexo 4.2 são genéricas, portanto as condições particulares de cada caso devem ser analisadas cuidadosamente. 3.3 TIPOS DE JUNTAS 3.3.1. TIPO 810 RF ( RAISED FACE ) O Tipo 810 ou RF ( Figura 4.1 ) é uma junta cujo diâmetro externo tangência os parafusos, fazendo-a auto-centrante ao ser instalada. É o tipo de junta mais usado em flanges industriais por ser o mais econômico, sem perda de performance. • Sempre que possível, deve-se usar o tipo RF, pois é mais econômico e, apresentando menor área de contato com o flange, tem maior facilidade de esmagamento. Figura 4.1
  69. 69. 68 3.3.2. TIPO 820 FF ( FULL FACE ) O Tipo 820 ou FF ( Figura 4.2 ) é uma junta que se estende até o diâmetro externo do flange. É normalmente usada em flanges de materiais frágeis ou de baixa resistência. Deve-se tomar bastante cuidado em esmagar adequadamente a junta, devido a sua maior área de contato. Figura 4.2 3.3.3 TIPO 830 PARA TROCADORES DE CALOR É bastante freqüente o uso de juntas em flanges não normalizados, como, por exemplo, nos espelhos de trocadores de calor. Neste caso, as recomendações de projeto do Capítulo 2 deste livro, devem ser observadas cuidadosamente. A pressão máxima de esmagamento não deve ultrapassar os valores indicados para cada tipo de papelão hidráulico. 3.4 DIMENSIONAMENTO PARA FLANGES NORMAS ASME As juntas para uso em flanges ASME, estão dimensionadas na Norma ASME B16.21, Nonmetallic Flat Gaskets forPipe Flanges. Nesta norma estão as dimensões das juntas para diversos tipos de flanges, usados em tubulações e equipamentos industriais, conforme Anexos 4.3 a 4.10. 3.5 DIMENSIONAMENTO PARA FLANGES NORMA DIN As dimensões da juntas conforme Norma DIN 2690 estão no Anexo 4.11. 3.6 DIMENSIONAMENTO PARA OUTRAS NORMAS Outras associações normalizadoras também especificam as dimensões para juntas. As normas BS e JIS da Inglaterra e Japão, respectivamente, são usadas em equipamentos projetados nestes países. Seu uso é bastante restrito no Brasil.
  70. 70. 69 3.7 TOLERÂNCIAS As tolerâncias de fabricação com base na Norma ASME B16.21 estão na Tabela 4.1. Tabela 4.1 Tolerâncias de Fabricação 4. JUNTAS DE GRANDES DIMENSÕES Quando as dimensões da junta forem maiores que a folha de papelão hidráulico, ou se, devido a razões econômicas, for necessário a sua fabricação em setores, são usados dois tipos de emendas: cauda-de-andorinha e chanfrada. 4.1 CAUDA-DE-ANDORINHA É a emenda mais usada em aplicações industriais, permitindo a fabricação de juntas em qualquer tamanho e espessura, conforme mostrado na Figura 4.3. Cada emenda macho e fêmea é ajustada de modo que haja um mínimo de folga. Ao montar, deve ser observada a indicação existente, evitando trocas de setores. O dimensionamento da Cauda de Andorinha deve seguir as seguintes recomendações: Juntas com largura ( L ) menor ou igual a 200 mm: A = B = C = (.3 a .4 ) L Juntas com largura L maior que 200 mm: A = (.15 a .2 ) L B = (.15 a .25 ) L C = (.25 a .3 ) L Diâmetro Externo Diâmetro Interno Círculo de Furação Centro a centro dos furos dos parafusos Até 300 mm (12") Acima de 300 mm (12") Até 300 mm (12") Acima de 300 mm (12") +0 -1.5 +0 -3.0 ± 1.5 ± 3.0 ± 1.5 ± 0.8 Característica Tolerância - mm
  71. 71. 70 Figura 4.3 4.2 CHANFRADA Quando a força de esmagamento não for suficiente, podem ser feitas emendas chanfradas e coladas ( Figura 4.4 ). Devido à dificuldade de fabricação, só é viável este tipo construtivo para espessuras de, no mínimo, 3.2mm. Não é recomendável o uso deste tipo de emenda com Papelão Hidráulico com Amianto, ao lixar a emenda pode-se gerar poeira, operação sujeita a controles de nível de fibras no meio ambiente. Figura 4.4
  72. 72. 71 5. ESPESSURA O Código ASME recomenda três espessuras para aplicações industriais: 1/32" ( 0.8 mm ), 1/16" (1.6 mm ) e 1/8" ( 3.2 mm ). Ao especificar a espessura de uma junta, devemos levar em consideração, principalmente, a superfície de vedação. Como regra geral, recomenda-se que a junta seja de espessura apenas suficiente para preencher as irregularidades dos flanges. Aplicações práticas bem sucedidas recomendam que a espessura seja igual a quatro vezes a profundidade das ranhuras. Espessuras acima de 3,2 mm só devem ser usadas quando estritamente necessário. Em flanges muito desgastados, distorcidos ou de grandes dimensões, podem ser usadas espessuras de até 6.4 mm. Para flanges com superfícies retificadas ou polidas, deve-se usar a menor espessura possível ( até 1.0 mm ). Não havendo ranhuras ou irregularidades para “morder”, a junta pode ser expulsa pela força radial provocada pela pressão interna. 6. FORÇA DE APERTO DOS PARAFUSOS A força de aperto dos parafusos deve ser calculada de acordo com as recomendações do Capítulo 2 deste livro. Esta força não deve provocar uma pressão de esmagamento excessiva extrudando a junta. A pressão máxima de aperto, depende da espessura e da temperatura de trabalho da junta. Na temperatura ambiente a pressão máxima de esmagamento recomendada é de 210 MPa (30 000 psi). 7. ACABAMENTO DAS JUNTAS O acabamento para a maioria das aplicações deve ser o natural. O uso de anti-aderentes como grafite, silicone, óleos ou graxas, diminuem o atrito com os flanges, dificultando a vedação e diminuindo a resistência a altas pressões. O acabamento grafitado só deve ser usado quando for freqüente a desmontagem. Neste caso, recomenda-se a grafitagem em apenas um lado. A grafitagem em ambos os lados só deve ser especificada em juntas para trabalho em temperaturas muito elevadas, pois a grafite eleva a resistência superficial ao calor. Não se recomenda a lubrificação com óleos ou graxas. 8. ACABAMENTO DAS SUPERFÍCIES DE VEDAÇÃO DOS FLANGES O acabamento da superfície do flange em contato com a junta deve ter uma rugosidade suficiente para ‘morder’ a junta. É recomendado o ranhurado concêntrico ou em espiral fonográfica especificado pelas Normas ASME B16.5 e MSS SP-6, normalmente encontrado nos flanges comerciais. Ambos são usinados por ferramenta com, no mínimo, 1.6 µm (1/16") de raio, tendo 45 a 55 ranhuras por polegada. Este acabamento deve ter de 3.2 mm (125 µpol) Ra a 6.3 µm (250 µpol) Ra . Ranhuras concêntricas em ‘V’ de 90o com passo de 0.6 a 1.0mm também são aceitáveis.
  73. 73. 72 Flanges com ranhuras em espiral são mais difíceis de vedar. Um esmagamento inadequado pode permitir um ‘canal de vazamento’ através da espiral. Riscos radiais são difíceis de vedar e devem ser evitados. 9. ARMAZENAMENTO O papelão hidráulico em folhas, bem como juntas já cortadas, não deve ser armazenado por longos períodos. O elastômero usado como ligante, provoca o “envelhecimento” do material com o tempo, alterando as suas características físicas. Ao armazenar deve-se escolher um local fresco, seco e sem luz solar direta. Evitar contato com a água, óleos e produtos químicos. As folhas e juntas de papelão hidráulico devem ser mantidas de preferência, deitadas, sem dobras ou vincos. Evitar pendurar ou enrolar, para não provocar deformações permanentes. 10. PAPELÕES HIDRÁULICOS TEADIT SEM AMIANTO Os Papelões Hidráulicos sem Amianto, para aplicações industriais, disponíveis no mercado por ocasião da publicação de livro, estão relacionados a seguir. Por ser um produto em constante evolução, novas formulações são continuamente oferecidas aos usuários. 10.1 Papelão hidráulico NA 1000 Papelão hidráulico universal de fibra aramida e borracha NBR. Indicado para derivados de petróleo, solventes, vapor saturado e produtos químicos em geral. Cor: verde. Classificação ASTM F104: 713100E33M9 10.2. Papelão hidráulico NA 1000M Papelão hidráulico universal de fibra aramida e borracha NBR com inserção de tela metálica. Indicado para derivados de petróleo, solventes, vapor saturado e produtos químicos em geral. Cor: verde. Classificação ASTM F104: 713230E23M6 10.3 . Papelão hidráulico NA 1002 Papelão hidráulico universal de fibra aramida e borracha NBR. Indicado para derivados de petróleo, água, vapor saturado, gases e produtos químicos em geral. Cor: verde. Classificação ASTM 712120E22M5

×