Cálculo de Estruturas e Tubulações Industriais AULA 2 MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS PROF.: KAIO DUTRA
Meios de Ligação de Tubos oos diversos meios, usados para conectar tubos, servem não só para ligar as varas de tubos entre si, como também para ligar os tubos às válvulas, às conexões e demais acessórios. oos principais meios de ligação são os seguintes: oligações rosqueadas; oligações soldadas; oligações flangeadas; oligações de ponta e bolsa.
Meios de Ligação de Tubos oa escolha do meio de ligação a usar depende de muitos fatores, entre os quais: omaterial; odiâmetro da tubulação; olocalização da ligação; ocusto; ograu de segurança; opressão; otemperatura; ofluido contido; onecessidade ou não de desmontagem.
Meios de Ligação de Tubos oexistem basicamente, em quase todas as tubulações, três classes de ligações: oligações correntes de emenda entre dois tubos; oligações entre um tubo e uma conexão de tubulação (curva, joelho, tê, redução etc.); oligações extremas da tubulação, onde a mesma se liga a um equipamento ou a uma máquina (tanque, filtro, vaso, bomba, compressor etc.)
Ligações Rosqueadas osão um dos mais antigos meios de ligação usados para tubos. Em tubos de pequeno diâmetro essas ligações são de baixo custo e de fácil execução. opara ligações das varas de tubos entre si emprega-se dois tipos de peças, as luvas e as uniões.
Ligações Rosqueadas oembora existam vários padrões de rocas, as normas indicam basicamente dois tipos: BSP e NPT. Nestes padrões existem sempre uma conicidade, de maneira que, com o aperto, há interferência entre os fios das roscas, garantindo a vedação. Para auxiliar na vedação, também são usadas fitas e colas.
Ligações Rosqueadas oo rosqueamento enfraquece sempre a parede dos tubos, por esta razão, quando há ligações rosqueadas usam-se tubos de parede espessa (série 80, ou maior). oas ligações rosqueadas são as únicas usadas para tubos galvanizados, pois a soldagem em tubos galvanizados gera defeitos. oempregam-se também ligações rosqueadas em tubos de aço-carbono, aços-liga, ferro fundido e materiais plásticos, sempre limitadas até o diâmetro nominal de 4. Para tubos de aço inox e de metais não-ferrosos, o rosqueamento é muito raro, devido as baixas espessuras.
Ligações Soldadas oem tubulações industriais, a maior parte das ligações é soldada. São usados basicamente dois tipos: osolda de topo; osolda de encaixe.. oessas ligações têm as seguintes vantagens: oresistência mecânica; oestanqueidade perfeita e permanente; oboa aparência; ofacilidade na aplicação do isolamento térmico e pinturas; opraticamente nenhuma manutenção. oas principais desvantagens, pouco importantes na maioria dos casos, são a dificuldade de desmontagem da tubulação, a necessidade de mão de obra especializada para a sua execução e o fato de ser um trabalho a quente.
Solda de Topo e Solda de Encaixe osolda de Topo: oa solda de topo é o sistema mais usado para as ligações entre tubos de 2, ou maiores, em tubulações de qualquer tipo de aço: açoscarbono, aços-liga e aços inoxidáveis. Pode ser empregada em toda a faixa usual de pressões e de temperaturas, inclusive para serviços severos. Excepcionalmente, a solda de topo poderá ser empregada em diâmetros menores de 2, quando for exigida total segurança contra vazamento (explosivos, hidrogênio). oas ligações de solda de topo são também empregadas em tubos de metais não-ferrosos soldáveis.
Solda de Topo e Solda de Encaixe osolda de Topo: oos tubos e demais acessórios para uso com solda de topo devem ter suas extremidades com chanfros para solda, de acordo com a norma ASME.B.16.25.
Solda de Topo e Solda de Encaixe osolda de encaixe (soquete): oesse tipo de ligação soldada é usada na maioria dos tubos industriais com diâmetros até 1.1/2 de aço de qualquer tipo, em toda faixa usual de pressão e de temperatura. A solda de encaixe é empregada também, embora não exclusivamente, em tubos de 4, de metais nãoferrosos e de plásticos. oas varas são ligadas umas às outras por meio de luva ou uniões. As uniões são empregadas quando se deseja facilidade de desmontagem.
Solda de Topo e Solda de Encaixe osolda de encaixe (soquete): opara tubulação de qualquer tipo de aço emprega-se sempre solda elétrica, com consumíveis de mesmo material dos tubos. opara metais não-ferrosos pode-se empregar solda elétrica ou brasagem. oem tubulações de materiais termoplásticos pode-se soldar pele aquecimento e compressão, ou com o uso de adesivos apropriados.
Ligações Flangeadas ouma ligação flangeada é composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou estojos com porcas e uma junta de vedação. oas ligações flangeadas, que são facilmente desmontáveis, empregam-se principalmente para tubos de 2 ou maiores, em dois casos específicos: o Para ligar os tubos com válvulas e os equipamentos (bombas, compressores, tanques, vasos etc.) o Para ligação corrente de um tubo no outro, em dois casos: o Tubulações de aço que possuam revestimento interno anticorrosivo, porque permitem a perfeita continuidade do revestimento; o Algumas tubulações de aço, ferro fundido e plásticos em casos que seja necessária a futura desmontagem. ocomo regra geral, em qualquer caso, as ligações flangeadas devem ser usadas no menos número possível, pois são possíveis pontos de vazamentos, e por serem peças caras, pesadas e volumosas. oos flanges podem ser integrais com o tubo, ou independentes, soldados ou rosqueados.
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange integral: São usados apenas em alguns casos raros de tubulação de ferro fundido ou de alguns plásticos laminados, sempre para diâmetros de 2, ou maiores. É o tipo mais antigo de flange e também o que proporcionalmente mais resistente;
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange de pescoço: É o tipo mais usado em tubulações industriais para qualquer pressões e temperaturas, para diâmetros de 2, ou maiores. De todos os flanges nãointegrais é o mais resistente, este é ligado ao tubo por uma única solda de topo;
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange sobreposto: É um flange mais barato e mais fácil de se instalar do que o anterior, porque a ponta do tubo encaixa no flange, facilitando o alinhamento. Este é ligado ao tubo por duas soldas em ângulo, uma interna ou externa. Esse flange só pode ser usado para tubulações em serviços não severos.
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange rosqueado: Em tubulações industriais esses flanges são usados apenas para tubulações de metais nãosoldáveis (ferro fundido, aço galvanizado, ferro galvanizado etc.), e para algumas tubulações de materiais não metálicos.
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflanges de encaixe: Esse flange é semelhante ao sobreposto, porém é mais resistente e tem um encaixe completo para a ponta do tubo, dispensando-se por isso a solda interna. É o tipo de flange usado para a maioria das tubulações de qualquer tipo de aço, em pequeno diâmetro, até 1.1/2.
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange solto: Esses flanges não ficam, como os demais, presos à tubulação, e sim soltos, capazes de deslizar livremente sobre o tubo. Quando se empregam esses flanges, solda-se a topo na exterminada do fluido uma peça especial denominada pestana, ou virola, que servirá de batente para o flange. Sua vantagem é o não contato direto com o fluido.
Tipos de Flanges para Tubos oos tipos mais usuais de flanges são os descritos a seguir: oflange cego: São flanges fechados em forma de disco, usados para extremidades de linhas ou fechamento de bocais flangeados.
Faceamento dos Flanges oa face do assentamento dos flanges pode ser de vários tipos, dos quais os mais usuais são os descritos a seguir: oface com ressalto: É o tipo mais comum para flanges de aço, aplicável a quaisquer condições de pressão e temperatura. O ressalto tem 2,0mm de altura para pressão baixas e moderadas e 7mm de altura para pressões mais elevadas; oface plana: É o Faceamento usual nos flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis. O aperto da junta é inferior em comparação ao flange com ressalto. É importante observar que, para acoplar com os flanges de face plana das válvulas e equipamentos de ferro fundido, só se devem usar flanges de face plana.
Faceamento dos Flanges oa face do assentamento dos flanges pode ser de vários tipos, dos quais os mais usuais são os descritos a seguir: oface para junta de anel: Esse tipo de face é usado em flanges de aço para serviços severos, de altas pressões e temperatura. A face desses flanges tem um rasgo circular profundo de seção trapezoidal onde se encaixa uma junta em forma de anel metálico. oface de macho fêmea: Esses faceamentos, bem mais caros que os anteriores, são usados para serviços especiais com fluidos corrosivos, porque neles a junta está confinada, não havendo quase contato da mesma com o fluido.
Faceamento dos Flanges oa face do assentamento dos flanges pode ser de vários tipos, dos quais os mais usuais são os descritos a seguir: oface de flange com virola: Esse tipo de face aplica-se somente aos flanges soltos. A face do flange deve ter a borda interna arredondada e não precisa ter acabamento fino, porque o assentamento da junta de vedação fica na face da virola.
Fabricação e Materiais de Flanges oidealmente todos os flanges deveriam ser de construção forjada, que é o melhor sistema de construção. Na prática, devido ao alto custo e à dificuldade de obtenção de forjados grandes, podem-se permitir flanges laminados para diâmetros de 10-12, ou maiores. oos flanges quase sempre são comprados prontas, de dimensões normalizadas, para as quais existem várias normas dimensionais que estabelecem não somente todas as dimensões como também as pressões admissíveis, em função da temperatura, para cada material. Todas os flanges são sempre designados pelo diâmetro nominal do tubo e sua espessura.
Classes de Pressão Nominal oa norma dimensional de uso mais generalizado no Brasil é a ASME.B.16.5, que define sete séries de flanges, denominadas de classes de pressão e designadas pelos números adimensionais: 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Essas sete classes de pressão abrangem todos os tipos de flanges, desde o diâmetro nominal ½ até 24. opara cada uma dessas classes de pressão tem-se, para cada material, uma curva de interdependência entre a pressão admissível e a temperatura. oa norma estabelece, para cada diâmetro nominal e cada classe de pressão, todas as dimensões dos flanges. Desta forma, todos os flanges de mesmo diâmetro nominal e mesma classe terão todas suas dimensões exatamente iguais e se adaptarão ao mesmo tubo.
Classes de Pressão Nominal
Flanges de Outros Materiais oalém dos flanges de aço, existem ainda flanges de ferro fundido, ferro maleável, materiais não-ferrosos e vários materiais plásticos. oos flanges de ferro fundido são fabricados nas classes de pressão nominal 125# e 250#, de 1 a 24 dos tipos rosqueados, cegos e integrais com o tubo. oos flanges de latão, bronze e alumínio são fabricados nas classes 150# e 300#, de ½ a 4 de diâmetro. Os flanges de plástico PVC são fabricados na classe 150# de ½ a 8 de diâmetro, rosqueados, cegos e de encaixe, para colagem ao tubo com adesivo apropriado.
Juntas para Flanges oem todas as ligações flangeadas existem sempre uma junta que é o elemento de vedação. oquando em serviço, a junta está submetida a uma forte compressão provocada pelo aperto dos parafusos. Para que não haja vazamento através da junta, é necessário que a pressão exercida pelos parafusos seja bem superior à pressão interna do fluido, que tende a afastar os flanges. Por esse motivo, quanto maior for a pressão do fluido, tanto mais dura e resistente terá de ser a junta. oa junta também deverá ser suficientemente deformável e elástica para se moldar às irregularidades das superfícies dos flanges, garantido a vedação. ocom flanges de face com ressalto usam-se juntas planas em forma de coroa circular, cobrindo apenas o ressalto dos flanges. As juntas para flanges de face plana cobrem a face completa dos flanges, inclusive a furação dos parafusos.
Juntas para Flanges oas juntas para flanges podem ser: ojuntas não-metálicas: Empregadas com flanges de face com ressalto, ou com flanges de face plana, sua espessura varia de 0,7 a 3mm, sendo 1,5mm a espessura mais comum. Os principais materiais empregados são: o Borracha natural: usada para água, ar, condensado até 60 C. o Borracha sintéticas: Usados para óleos até 80 C; o Materiais plásticos: Usados para fluidos corrosivos em baixas pressões e temperatura ambiente; o Papelão hidráulico: É o nome genérico para designar diversas classes de juntas de amianto comprimido grafitado com material aglutinante. ojuntas semimetálicas: Essas juntas são construídas de uma lâmina metálica torcida em espiral, com enchimento de amianto entre cada volta. É prática usual emprega-se essas juntas nos seguintes casos: o Flanges de classe de pressão 600#, em qualquer temperatura; o Flanges de classe de pressão 150# e 300#, para temperaturas inferiores a zero C e superiores a 400 C.
Juntas para Flanges oas juntas para flanges podem ser: ojuntas metálicas folheadas: São juntas com uma capa metálica, plana ou corrugada e enchimento de amianto. Dependendo das condições de serviço, a capa metálica pode ser de aço-carbono, aço inoxidável, metal Monel etc. ojuntas metálicas maciças: São juntas metálicas com faces planas ou ranhuradas. Usam-se essas juntas com flanges de face com ressalto (para pressões muito altas), e com flanges de face macho e fêmea. Em todas as juntas metálicas é importante que o material da junta seja menos duro que o material dos flanges. ojuntas metálicas de anel: São anéis metálicos maciços de seção ovalada ou octogonal, sendo a ovalada a mais comum. Esses anéis são geralmente de aço inoxidável, fabricando-se também em aço-carbono, aços-liga, níquel e metal Monel.
Parafuso e Estojo para Flanges opara a ligação de um flange no outro e aperto da junta, empregam-se dois tipos de parafusos: oparafusos de máquina: São parafusos cilíndricos com cabeça integral sextavada ou quadrada. A norma ASME permite o uso de parafusos de máquinas de aço-carbono, para flanges até classe 300# com juntas não-metálicas e para temperaturas até 200 C. oos estojos são barras cilíndricas rosqueadas com porcas e contraporcas independentes. Os estojos permitem melhor aperto do que os parafusos de máquinas, podendo ser usados para quaisquer pressões e temperaturas.
Parafuso e Estojo para Flanges ono aperto dos parafusos distingue-se o aperto inicial e o aperto residual. O aperto inicial tem por finalidade fazer com que a junta se adapte às faces do flange, o residual tem por objetivo combater o efeito da pressão interna na tubulação tendendo a separar os flanges.
Ligação de Ponto e Bolsa oa ligação de ponta e bolsa é um sistema muito antigo, mas ainda usado corretamente para as seguintes classes de tubulação: otubulações de ferro fundido para água, esgoto, líquidos corrosivos e gás; otubulações de barro vidrado e de cimento-amianto; otubulações de concreto simples ou armado. oempregam-se também ligações de ponta e bolsa para algumas tubulações de materiais plásticos termoestáveis em diâmetros grandes. opara todas essas tubulações, emprega-se a ponta e bolsa em toda a faixa de diâmetros em que são fabricados.
Ligação de Ponto e Bolsa oa ponta lisa de um tubo encaixa-se dentro da bolsa do outro tubo, no interior da qual coloca-se o elemento de vedação que servirá para dar estanqueidade ao conjunto. oos vedantes geralmente empregados são os seguintes: otubos de ferro fundido: anéis retentores de borracha ou de materiais plásticos, que se alojam em um encaixe por dentro da bolsa; otubos de concreto ou de cimento-amianto: Argamassa de cimento com anéis de borracha; otubos de barro vidrados: Argamassa de cimento; otubos de plástico: As ligações são preenchidas com massa vedante do próprio plástico ou com adesivos e resinas.
Outros Meios de Ligação de Tubos oalém dos sistemas citados, existem vários outros meios de ligação, entre os quais pode-se citar: oligações para tubos de plástico fibra de vidro: Os tubos com extremidades lisas ou com bolsas são ligados um ao outro, ou aos diversos acessórios, por meio de niples especiais, que são colocados com adesivo apropriado ao tipo de resina plástica. A ligação é depois coberta com camadas sucessivas de resina.
Outros Meios de Ligação de Tubos oalém dos sistemas citados, existem vários outros meios de ligação, entre os quais pode-se citar: oligação de compressão: As ligações de compressão são sistemas empregados para tubos de pequeno diâmetro de aço-carbono, aços inoxidáveis e metais não-ferrosos, principalmente para serviços de alta pressão, com gases e com óleo, também em linhas de ar de instrumentação. Em todas essas ligações, a vedação é obtida pela interferência metálica entre o tubo e uma luva, podendo a interferência ser conseguida de vários meios, mas sempre a frio.
Sistemas de Ligação para Tubulações de Aço
Exercícios: 1. Cite os principais meios de ligação de tubulação, comente suas particularidades, aplicações e materiais. 2. Com relação as ligações por solda, cite e comente os dois principais métodos. 3. Cite os principais tipos de flanges e seus faceamentos, comente suas diferenças e explique com desenhos ilustrativos. 4. Fale sobre as principais juntas para vedação de flanges, comente seu emprego nos tipos de flange.