Passos fáceis para medir a espessura da anilha

A norma ASME B16.21 não contém orientações sobre a espessura da junta para anilhas planas não metálicas. A seleção da espessura adequada da junta para uma aplicação específica é um problema recorrente, difícil de responder de forma sucinta.

Assim, encorajamos os utilizadores, em caso de dúvida sobre a seleção da espessura, a consultar os engenheiros de aplicação.

O artigo de hoje pretende elucidar a razão pela qual esta questão é complexa, ao mesmo tempo que transmite conhecimentos de aplicação relevantes para preparar os utilizadores para potenciais cenários.

Como engenheiros de aplicação de juntas, defendemos geralmente a utilização de juntas mais finas sempre que possível.

No entanto, em determinadas situações, é aconselhável uma junta mais espessa.

Esclarecemos o seguinte: uma junta de 3,2 mm de espessura é necessária e inteiramente aceitável para algumas condições operacionais comuns, incluindo as seguintes:

1. As flanges finas ficarão desiguais após o aperto dos parafusos, como as cantoneiras de 6,4 mm de espessura ou chapa de aço flanges.
2. Flanges de grande diâmetro, como as que estão em conformidade com a norma AWWA (American Water Works Association), e recipientes sob pressão com 3 metros de diâmetro.
3. Flanges de baixa pressão, de face inteira e de grande diâmetro com força de aparafusamento limitada.
4. Flanges mais antigas que podem ter algum grau de corrosão, deformação ou danos.

Uma das razões pelas quais as juntas espessas são utilizadas para flanges de baixa pressão e grande diâmetro é o facto de estas flanges não terem parafusos suficientes, principalmente porque a pressão interna é baixa, pelo que não são necessários muitos parafusos no projeto.

Parafusos limitados significam compressão limitada da junta; flanges finas implicam que a flange se deforme depois de os parafusos serem apertados, comprimindo as folgas entre os parafusos a um nível mínimo ou mesmo inexistente. As juntas finas não têm compressão suficiente para compensar estes flanges irregulares.

Isto parece contradizer o nosso raciocínio habitual. Se olharmos para a nossa tensão de instalação recomendada, exigimos uma maior tensão (carga) com um aumento da espessura da junta.

No entanto, em locais onde a carga é muito baixa, como as flanges de ferro angular, muitas vezes não há espessura suficiente da flange para proporcionar o nivelamento e a vedação necessários para juntas finas.

Na maioria dos casos, estas flanges têm uma pressão interna baixa, pelo que não existe um risco elevado de rebentamento para juntas mais espessas.

Por exemplo, consideremos um caso de 66 flanges: a espessura da flange é de aproximadamente 6,4 mm, com 20 parafusos 5/8. Para uma flange tão grande, o número e o tamanho dos parafusos são insuficientes.

O cliente perguntou sobre uma junta auto-expansível óleo-água de 1,6 mm para óleo sem pressão, mas uma melhor escolha seria uma junta de 3,2 mm de espessura, por duas razões:

1. Um espaçamento tão grande entre os parafusos resulta em cargas de compressão muito pequenas entre dois parafusos. As juntas finas não se adaptam bem a flanges deformadas.
2. Sem pressão interna, a utilização de uma junta mais espessa não tem qualquer desvantagem ou inconveniente, uma vez que a junta não rebenta.

No entanto, para as flanges concebidas para pressões mais elevadas, a situação é muito diferente. Estas flanges são muito mais espessas, o que normalmente lhes permite manter o nivelamento, atingindo um nivelamento de 0,1 mm quando os parafusos são apertados.

Nestes casos, é adequada a abordagem "quanto mais fino melhor".

Existem inúmeras vantagens na utilização de juntas finas:

(1) Maior resistência ao rebentamento devido a uma área mais pequena exposta à pressão interna.

(2) Redução da taxa de fuga, também devido à menor área em contacto com a pressão interna.

(3) Melhor retenção do binário nos fixadores devido às propriedades de relaxamento da fluência mais baixas das juntas mais finas.

(4) Custo inferior devido à utilização de menos material.

Embora quanto mais fina for a junta, melhor "na medida do possível", este princípio é o mais difícil de definir; a utilização de juntas finas nem sempre é possível.

As juntas mais espessas são mais adequadas para flanges gravemente danificadas ou deformadas. A capacidade de uma junta para preencher flanges irregulares baseia-se na quantidade de compressão sob uma determinada carga. Esta taxa de compressão é expressa como uma percentagem da espessura original da junta.

Juntas mais grossas, com uma espessura original maior, também têm uma quantidade de compressão real maior. Para uma junta de 1,6 mm, uma taxa de compressão de 10% significa uma quantidade de compressão de 0,16 mm, enquanto uma junta de 3,2 mm comprimida a 10% tem uma quantidade de compressão de 0,32 mm.

Esta compressão adicional da junta significa que as juntas grossas podem preencher melhor riscos ou buracos profundos do que as juntas finas.

No entanto, as vantagens da utilização de uma junta espessa podem ser enganadoras. Independentemente disso, quando se utilizam juntas mais espessas para vedar flanges mais defeituosas, estas podem dar origem a mais problemas no futuro.

Juntas mais espessas resultam numa maior relaxação por fluência, o que significa que, ao longo da vida útil da ligação da flange, os utilizadores podem ter de reapertar os parafusos para manter uma compressão suficiente da junta.

Juntas mais grossas também podem levar a uma maior força de rutura, exacerbada por uma maior área em contacto com a pressão interna, que gera uma maior força total a tentar empurrar a junta para fora da flange (força de rutura).

(A unidade de pressão interna é MPa, e uma junta mais espessa parece "mais alta" na direção da pressão interna, o que significa uma área de superfície maior. A força maior resulta da pressão interna MPa multiplicada pela área maior).

Por último, uma vez que todos os materiais das juntas são ligeiramente permeáveis, o meio pode penetrar no corpo da junta. As juntas mais espessas criam canais de permeação maiores, resultando numa taxa de fuga mais elevada.

Note-se que também pode ocorrer o inverso. Se uma junta for demasiado fina para compensar as falhas da flange, o fluido vazará em vez de se infiltrar através do corpo da junta, e a taxa de fuga pode ser mais elevada do que com uma junta espessa.

Os flanges que requerem juntas mais espessas podem levar a problemas que os fabricantes de juntas não conseguem controlar.

A melhor solução é utilizar ou conceber flanges que possam fornecer uma carga de compressão mais elevada, manter um bom estado da superfície da flange e utilizar juntas com espessuras de 1,6 mm ou mesmo 0,8 mm.

Ao projetar a utilização de juntas de chapa sem amianto, os utilizadores devem considerar a utilização dos valores "M&Y" mais elevados de 3,2 mm de espessura nos seus cálculos de projeto, mas instalar uma junta de 1,6 mm de espessura. Estas recomendações eliminarão algumas das causas mais comuns de falhas nas ligações de flanges.

Em casos especiais, são necessárias anilhas com espessuras muito específicas. Existem numerosas ligações de anilhas que necessitam de uma espessura de anilha específica. Para este tipo de ligações, é fundamental lembrar que a espessura final comprimida da anilha deve ser tida em conta. Isto pode incluir os seguintes cenários:

Bombas divididas: A espessura final é crítica, uma vez que afecta a folga entre os dois lados da bomba. Estas bombas utilizam frequentemente anilhas de compressão sem amianto de 0,4 mm.

Por vezes, os clientes exigem chapa metálica com pequena tolerância de espessura e variação mínima de espessura. É importante lembrar que as anilhas com grande compressão não são geralmente aplicáveis aqui, uma vez que a espessura final é diferente.

Sistemas de tubagem de longa distância concebidos para uma espessura de anilha específica. Por exemplo, uma anilha enrolada em espiral normal, quando comprimida, mede aproximadamente 3,2 mm de espessura. Poderá haver um problema de espaçamento em condutas de longa distância se forem utilizadas anilhas mais finas e se existirem várias flanges numa única conduta, criando um grande espaço na última flange.

Anilhas utilizadas em ranhuras: Quando se utilizam superfícies de lingueta e ranhura ou flanges planas côncavas, a anilha deve preencher todo o espaço antes de o metal da flange entrar em contacto com outro metal. A espessura comprimida da anilha carregada deve ser calculada e deve exceder o espaço criado após o contacto com a flange.

Por exemplo, se a ranhura tiver 3,2 mm de profundidade, a lingueta tiver 0,6 mm de altura, a espessura comprimida da anilha deve exceder 2,6 mm, caso contrário, as flanges entrarão em contacto antes de a anilha estar totalmente comprimida.

O tipo de material da anilha e a carga de compressão permitida também podem afetar a espessura da anilha que veda uma ligação de flange específica. De acordo com o teste padrão ASTM F36, as anilhas com uma taxa de compressão mais elevada não requerem a mesma espessura que as anilhas com uma taxa de compressão mais baixa, uma vez que uma anilha mais facilmente comprimida não necessita de ter a mesma espessura para acomodar os defeitos da flange.

Pedem-nos sempre para vedar flanges com defeitos. Normalmente, isto pode ser conseguido considerando cuidadosamente todas as variáveis das condições de aplicação ao escolher o tipo e a espessura do material da anilha.

No entanto, por vezes, os defeitos da flange ou do parafuso não são totalmente compensáveis pela anilha. Do mesmo modo, a instalação correcta do sistema de ligação da flange também é crucial.