JOS CARLOS VEIGA

JUNTASINDUSTRIAIS

5a Edio

Jos Carlos Veiga, 2008

Reservam-se os direitos desta Jos Carlos Carvalho Veiga

Av. Martin Luther King Jr., 893921530-012 Rio de Janeiro - RJ

Impresso no Brasil / Printed in Brazil

Obra Registrada sob o nmero 173.856 Livro 293 Folha 3Fundao Biblioteca Nacional Ministrio da Cultura

CapaFelipe Santos

GrficaBrasilform Indstria Grfica

Tiragem desta impresso: 5000 exemplares

Edies Anteriores Lngua Portugusa

1a Edio, 1989 3000 exemplares2 a Edio, 1993 3000 exemplares

3 a Edio, 1999 1000 exemplares (1 a impresso) 3 a Edio, 1999 1000 exemplares (2 a impresso)

4 Edio, 2003 - 3000 exemplares

Lngua Inglesa1a Edio, 1994 10000 exemplares 2a Edio, 1999 3000 exemplares 3a Edio, 2003 3000 exemplares

Lngua Espanhola1a Edio, 2003 2000 exemplares

Veiga, Jos CarlosJuntas Industriais / Jos Carlos Veiga 5a Edio Rio de Janeiro, RJ : Maro, 2008. Teadit Indsrtria e Comrcio

Dados bibibliogrficos do autor.Bibliografia.Livro publicado com apoio de Teadit Industria e Comrcio Ltda.1. Juntas (Engenharia). 2. Juntas Industriais (Mecnica). I Ttulo

Dedico este livro a meus familiares e, principalmente, a todos os companheiros de trabalho e clientes, cujas opinies contriburam de forma definitiva para esta reviso. Sem dvida alguma, essa participao interessada e perseverante contribuiu muito tanto como motivao quanto para aprimorar este livro. Obrigado a todos. Agradeo ao Grupo TEADIT cujo apoio tem sido imprescindvel para a contnua atualizao desta obra.

Prefcio

A idia desta publicao surgiu, por acaso, ao final de uma palestra tcnica que estvamos ministrando em um cliente, quando um dos participantes nos perguntou porque no organizvamos todas as informaes e os exemplos que tnhamos apresentado em um livro, pois no havia conseguido encontrar nenhum material publicado de pesquisa sobre o tema.

Decidimos ento compilar e ordenar todos os conhecimentos que o nosso corpo tcnico detinha, atravs dos resultados das aplicaes dos nossos produtos nos clientes e da analise tcnica dos dados de laboratrio da nossa Engenharia de Aplicao, estabele-cendo assim uma correlao precisa entre a teoria e a prtica.

Examinamos tambm a evoluo da tecnologia de vedao de fludos na condi-o privilegiada de fabricante, presente h mais de 50 anos nesse mercado e de membro efetivo das principais organizaes mundiais do setor (FSA - Fluid Sealing Association, ESA - European Sealing Association, ASTM, entre outras), amalgamando desta forma a experincia do passado com os dados e as tendncias de hoje.

Procuramos transmitir aqui nossa viso tcnica comprometida com a busca constante da inovao, pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias, em busca das melhores solues para as necessidades de vedao dos nossos clientes, que, ao longo destes anos, nos brindaram com sua preferncia. Estamos, hoje, na quinta edio deste livro, revisada e ampliada desde a original de maio de 1989, acrescentando os novos produtos desenvolvidos e as sugestes recebidas dos muitos leitores que, com seu apoio e apreo, nos estimularam e colaboraram a proceder as atualizaes necessrias.

Os assuntos contidos neste livro foram dispostos de modo a facilitar sua consulta, criando um conjunto de informaes que possa ser til aos tcnicos da indstria em geral, dos escritrios e institutos de engenharia, universidades e outros, tentando responder a grande maioria dos quesitos que ocorrem no seu dia-a-dia.

Agradecemos s inmeras manifestaes de apoio e reconhecimento que temos recebido por este trabalho que foge um pouco do escopo da nossa atividade diria mas que representa nosso conhecimento e nossa contribuio para o melhor entendimento do uso de juntas para vedao industrial num compndio prtico e de fcil consulta (assim esperamos que seja!)

Grupo TEADIT

SUMRIO

Captulo 1 Introduo ...................................................................11

Captulo 2 Projeto .........................................................................13

1. Vazamento ....................................................................................................... 132. Vedao ............................................................................................................ 143. Foras em uma Unio Flangeada .................................................................... 144. Procedimento ASME ....................................................................................... 155. Relaxamento .................................................................................................... 186. Simbologia .......................................................................................................227. Grfico da Fora de Aperto .............................................................................238. Exemplo de Clculo pelo Procedimento ASME .............................................249. Acabamento Superficial ...................................................................................2810. Tipos de Faces de Vedao dos Flanges ..........................................................3011. As Novas Constantes de Juntas ....................................................................... 3312. Emisses Fugitivas .......................................................................................... 37

Captulo 3 Materiais para Juntas No-Metlicas ..............................41

1. Critrios de Seleo ......................................................................................... 412. Presso e Temperatura de Servio .................................................................. 423. Papelo Hidrulico .......................................................................................... 424. Politetrafluoroetileno (PTFE) .......................................................................... 425. Grafite Flexvel Graflex .............................................................................. 426. Elastmeros ...................................................................................................... 457. Fibra Celulose ................................................................................................. 478. Cortia .............................................................................................................. 479. Tecidos e Fitas .................................................................................................. 4710. Papelo Isolit HT............................................................................................. 4811. Fibra Cermica .................................................................................................4812. Beater Addition ................................................................................................4813. Papelo Teaplac ..............................................................................................48

Captulo 4 Juntas em Papelo Hidrulico ...................................53

1. Papeles Hidrulicos Teadit ............................................................................ 532. Composio e Caractersticas .......................................................................... 533. Caractersticas Fsicas ..................................................................................... 554. Projeto de Juntas com Papelo Hidrulico ...................................................... 575. Juntas de Grandes Dimenses .........................................................................606. Espessura ......................................................................................................... 627. Fora de Aperto dos Parafusos ....................................................................... 628. Acabamento das Juntas .................................................................................... 629. Acabamento das Superfcies de Vedao dos Flanges .................................... 6310. Armazenamento............................................................................................... 6311. Papeles Hidrulicos Teadit Sem Amianto ....................................................64

Captulo 5 Juntas em Ptfe .........................................................89

1. Politetrafluoroetileno - PTFE .......................................................................... 892. Tipos de Placas de PTFE ................................................................................. 893. Tealon Placas de PTFE Laminado ................................................................904. Quimflex PL100 - Placas de PTFE Laminado ...............................................975. Quimflex - PTFE Expandido .........................................................................996. Juntas Tipo 933 Envelopadas em PTFE ....................................................... 102

Captulo 6 Materiais para Juntas Metlicas .............................119

1. Consideraes Iniciais ................................................................................... 1192. Ao Carbono .................................................................................................. 1203. Ao Inoxidvel AISI 304 ............................................................................... 1204. Ao Inoxidvel AISI 304L ............................................................................. 1205. Ao Inoxidvel AISI 316 ............................................................................... 1206. Ao Inoxidvel AISI 316L ............................................................................. 1207. Ao Inoxidvel AISI 321 ............................................................................... 1208. Ao Inoxidvel AISI 347 ............................................................................... 1219. Monel ............................................................................................................. 12110. Nquel 200 ...................................................................................................... 12111. Cobre .............................................................................................................. 12112. Alumnio ........................................................................................................ 12113. Inconel............................................................................................................ 12114. Titnio ............................................................................................................ 121

Captulo 7 Juntas Metalflex ......................................................131

1. O que uma Junta Metalflex ....................................................................... 1312. Materiais ........................................................................................................ 1323. Densidade ...................................................................................................... 1344. Dimensionamento .......................................................................................... 1355. Espessura ....................................................................................................... 1356. Limitaes Dimensionais e de Espessura ..................................................... 1367. Tolerncias de Fabricao .............................................................................. 1368. Acabamento das Superfcies de Vedao ...................................................... 1379. Presso de Esmagamento .............................................................................. 13710. Tipos............................................................................................................... 13711. Juntas Tipo 911 .............................................................................................. 13812. Juntas de Acordo com a Norma ASME B16.20 ........................................... 14013. Outras Normas ............................................................................................... 14314. Dimensionamento de Juntas Tipo 913 Especiais .......................................... 14315. Juntas Tipo 914 .............................................................................................. 145

Captulo 8 Juntas Metalbest .....................................................161

1. O que uma Junta Metalbest ....................................................................... 1612. Metais ............................................................................................................. 1623. Enchimento .................................................................................................... 1624. Dimensionamento .......................................................................................... 1625. Principais Tipos e Aplicaes ....................................................................... 1626. Juntas para Trocadores de Calor .................................................................... 1657. Juntas Tipo 927 para Trocadores de Calor ................................................... 171

Captulo 9 Juntas Metlicas .......................................................175

1. Definio ........................................................................................................ 1752. Juntas Metlicas Planas ................................................................................. 1753. Materiais ........................................................................................................ 1764. Acabamento da Superfcie de Vedao ......................................................... 1765. Tipos de Juntas Metlicas .............................................................................. 1766. Ring-Joints ..................................................................................................... 180

Captulo 10 Juntas Camprofile ............................................................195

1. Introduo ...................................................................................................... 1952. Materiais ....................................................................................................... 1983. Limites de Operao ...................................................................................... 1994. Clculo do Aperto .......................................................................................... 1995. Acabamento Superficial ................................................................................. 199

6. Dimensionamento ......................................................................................... 1997. Formatos ........................................................................................................2008. Juntas Camprofile Tipo 946 para Flanges ASME B16.5 ....................................200

Captulo 11 Juntas para Isolamento Eltrico .....................................205

1. Corroso Eletroqumica .................................................................................2052. Proteo Catdica ..........................................................................................2073. Sistema de Isolamento de Flanges .................................................................2074. Especificaes do Material das Juntas .......................................................... 211

Captulo 12 Instalao ...............................................................213

1. A Importncia da Instalao ........................................................................ 2132. Parafusos e Estojos ........................................................................................ 2143. Porcas ............................................................................................................. 2164. Arruelas ......................................................................................................... 2165. Atrito e Lubrificantes ..................................................................................... 2166. Ferramentas para Aplicao do Aperto ........................................................ 2197. Clculo do Torque de Aperto dos Parafusos ................................................. 2218. Planicidade das Superfcies de Vedao ......................................................2229. Alinhamento entre Flanges ..........................................................................22310. Procedimento de Instalao ...........................................................................22311. Disperso do Aperto ......................................................................................22412. Causas de Vazamentos...................................................................................22413. Carga Constante ............................................................................................ 229

Captulo 13 Fatores de Converso .............................................237

Bibliografia .....................................................................................239

11

CAPTULO

1

INTRODUO

Este livro foi preparado para permitir um melhor projeto e aplicao de juntas industriais. O seu sucesso em diversos pases e, especialmente, no Brasil, o tornou uma referncia para quem est envolvido com Juntas Industriais. Esta Quinta Edio, revista e ampliada, incorpora os muitos avanos na tecnologia de juntas ocorridos desde a pu-blicao da edio anterior. Ao analisar vazamentos, que, primeira vista, so causados por deficincia das jun-tas, verifica-se, aps uma anlise mais cuidadosa, que pouca ateno foi dada a detalhes como: Projeto dos flanges e da junta. Seleo correta dos materiais da junta. Procedimentos de instalao. Os grandes problemas enfrentados nas indstrias, como exploses, incndios e poluio ambiental, causados por vazamentos, podem ser evitados com projeto e apli-cao correta das juntas. Nos ltimos anos os limites tolerveis de emisses fugitivas esto sendo reduzidos obrigando as indstrias a adotar procedimentos de controle cada vez mais rigorosos. O objetivo deste livro ajudar a prevenir estes acidentes, propiciando um maior conhecimento de juntas industriais. As condies existentes nas indstrias brasileiras foram cuidadosamente consideradas. Materiais e tipos de juntas no disponveis ou difceis de encontrar foram preteridos, enfocando-se, principalmente, aqueles mais comuns e de larga aplicao.

12

Este livro est dividido em captulos que cobrem os seguintes temas:

Projeto, Novas Constantes de Juntas e Emisses Fugitivas.

Materiais para Juntas No-Metlicas.

Juntas em Papelo Hidrulico.

Juntas em PTFE.

Materiais para Juntas Metlicas.

Juntas Metalflex. Juntas Metalbest. Juntas Metlicas.

Juntas Camprofile

Juntas para Isolamento de Flanges.

Instalao.

Fatores de converso.

As principais modificaes desta Quinta Edio so: Atualizao dos valores das constantes de clculo de juntas Atualizao das informaes sobre instalao. Em todos os captulos as tabelas foram revisadas e atualizadas.

O autor deseja receber comentrios e sugestes que podem ser enviados para Av. Martin Luther King Jr., 8939, 21530-012, Rio de Janeiro - RJ

13

CAPTULO

2

PROJETO

1. VAZAMENTO

Partindo do princpio da inexistncia do vazamento zero, se uma junta est ou no vazando depende do mtodo de medio ou do critrio usado. Em certas aplicaes, o ndice de vazamento mximo pode ser, por exemplo, at uma gota de gua por segundo. Em outras, pode ser o no aparecimento de bolhas de sabo quando o equipamento estiver submetido a uma determinada presso. Condies mais rigorosas podem at exigir testes com espectrmetros de massa. No estabelecimento de critrio para medir o vazamento mximo admissvel deve-se considerar: Fluido a ser vedado. Impacto para o meio ambiente, se o fluido escapar para a atmosfera. Perigo de incndio ou exploso. Limites de Emisses Fugitivas. Outros fatores relevantes em cada situao. Em aplicaes industriais, comum definir como vazamento zero um vaza-mento de hlio 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 referncia, podemos estabelecer que uma gota de fluido tem um volume mdio de 0.05cm3. Sero, portanto, necessrias 20 gotas para fazer 1cm3. Este um valor de referncia muito til para estabelecer o vazamento mximo tolerado em aplicaes industriais. Com o advento do controle de Emisses Fugitivas estabeleceu-se inicialmente o limite de 500 ppm (partes por milho) como o valor mximo admissvel de vazamento para flanges. Este valor est sendo questionado como muito elevado e algumas organiza-es de controle do meio ambiente esto limitando a 100 ppm. Na Alemanha foi estabelecida a Norma VDI 2440 que estabelece valores mximos de emisses para as refinarias de petrleo e petroqumicas. A taxa de vazamento um conceito relativo e, em situaes crticas, deve ser criteriosamente estabelecida.

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2. VEDAO

Se fosse econmica e tecnicamente vivel a fabricao de flanges com superfcies planas e perfeitamente lapidadas, e se consegussemos manter estas superfcies em contato permanente, no necessitaramos de juntas. Esta impossibilidade econmica e tcnica causada por: Tamanho do vaso e/ou dos flanges. Dificuldade em manter estas superfcies extremamente lisas durante o

manuseio e/ou montagem do vaso ou tubulao. Corroso ou eroso com o tempo das superfcies de vedao.

Para contornar esta dificuldade, as juntas so utilizadas como elemento de vedao. Uma junta, ao ser apertada contra as superfcies dos flanges preenche as imperfeies entre elas, proporcionando a vedao. Portanto, para conseguirmos uma vedao satisfatria, quatro fatores devem ser considerados:

Fora de esmagamento inicial: devemos prover uma forma adequada de esmagar a junta, de modo que ela preencha as imperfeies dos f langes. A presso mnima de esmagamento normalizada pela ASME (Amer ican Society of Mechanical Engineers) e ser mostrada adiante. Esta presso de esmagamento deve ser limitada para no destruir a junta por esmagamento excessivo. Fora de vedao: deve haver uma presso residual sobre a junta, de modo a mant-la em contato com as superfcies dos f langes, evitando vazamentos. Seleo dos materiais: os materiais da junta devem resistir s presses s quais a junta vai ser submetida e ao f luido vedado. A correta seleo de materiais ser mostrada ao longo deste livro. Acabamento superficial: para cada tipo de junta e/ou material existe um acabamento recomendado para as superfcies de vedao. O desconhecimento destes valores uma das principais causas de vazamentos.

3. FORAS EM UMA UNIO FLANGEADA

A figura 2.1 mostra as principais foras em uma unio flangeada.

Fora radial: originada pela presso interna e tende a expulsar a junta. Fora de separao: tambm originada pela presso interna e tende a separar os flanges. Fora dos parafusos: a fora total exercida pelo aperto dos parafusos.

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Fora de Vedao: a fora que comprime os flanges contra a junta. Inicialmente igual fora dos parafusos, aps a pressurizao do sistema igual fora dos parafusos menos a fora de separao.

Figura 2.1

A fora dos parafusos, aplicada inicialmente sobre a junta, alm de esmag-la, deve: compensar a fora de separao causada pela presso interna. ser suficiente para manter uma presso residual sobre a junta, evitando o

vazamento do fluido. compensar o relaxamento da unio flangeada que ocorrer durante o tempo de servio previsto.

Do ponto de vista prtico, a presso de esmagamento da junta deve ser x vezes a presso do fluido, de modo a manter a vedao. O valor mnimo desta fora pode ser calculado por vrios mtodos. No Brasil o procedimento de projeto mais usado o do ASME Boiler and Pressure Vessel Code - Section VIII - Division 1 -Rules for Construction of Pressure Vessels Mandatory Appendix 2 - Rules for Bolted Flange Connections with Ring Type Joints. Entretanto, este mtodo no leva em considerao diversas variveis tais como a impreciso de aplicao da fora, relaxamento da junta e efeitos provocados por variaes trmicas, como ser visto ao longo deste captulo.

4. PROCEDIMENTO ASME

O Apndice 2 do Captulo VIII Diviso 1 do Cdigo ASME estabelece os critrios para o projeto de juntas e flanges. O projeto de flanges no est abordado neste livro. Para o projeto de juntas o Procedimento ASME sugere valores genricos das carac-tersticas da junta m e y. Estes valores no so obrigatrios, o projetista tem a liberdade

Captulo 2 - Projeto

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O Apndice 2, requer que o clculo de uma unio flangeada com aperto por para-fusos seja feito para duas condies independentes: de operao e de esmagamento.

Nota: o procedimento de clculo a mostrado a seguir deve ser usado sempre em unidades inglesas de medida.

4.1. CONDIES OPERACIONAIS

Esta condio determina uma fora mnima, pela equao:

Wm1 = ( G2 P / 4 ) + (2 b G m P) (eq. 2.1)

Esta equao estabelece que a fora mnima dos parafusos necessria para manter a vedao nas condies operacionais igual soma da fora de presso mais uma carga residual sobre a junta que igual a um fator m vezes a presso interna. Ou, interpretando de outra maneira, esta equao estabelece que a fora mnima dos parafusos deve ser tal que sempre exista uma presso residual sobre a junta maior que a presso interna do fluido. O valor de m informado pelo fabricante da junta. Quando no houver o Cdigo ASME sugere valores genricos do fator m para os diversos tipos de juntas, como mostrado na Tabela 2.1. No captulo especfico de cada tipo de junta ao longo deste livro esto indicados os valores de m para as juntas Teadit.

4.2. ESMAGAMENTO

Esta condio determina uma fora mnima de esmagamento da junta, sem levar em conta a presso de trabalho. Esta fora calculada pela frmula:

Wm2 = b G y (eq. 2.2)

onde b definido como a largura efetiva da junta e y o valor da presso mnima de esmagamento, informado pelo fabricante da junta ou quando no houver, obtido na Tabela 2 1. No captulo especfico de cada tipo de junta ao longo deste livro esto indicados os valores de y para as juntas Teadit.

O valor de b calculado por:

b = b0 quando b0 for igual ou menor que (6.4 mm)ou b = 0.5 ( b0 )

0.5 quando b0 for maior que (6.4 mm)

O Cdigo ASME tambm define como calcular b0 em funo da face do flange, como mostrado na Tabela 2.2.

de usar valores diferentes, sempre que os dados disponveis indiquem esta necessidade. importante observar que no existe procedimento ASTM para a determinao destes valores. Por esta razo a Teadit desenvolveu procedimento prprio. Os valores de m e y informados, neste livro, so baseados em testes de laboratrio seguindo este procedimento e confirmados em aplicaes prticas bem sucedidas.

17

4.3. REA DOS PARAFUSOS

Em seguida, deve-se calcular a rea mnima dos parafusos Am:

Am1 = (Wm1) / Sb (eq. 2.3)

Am2 = (Wm2) / Sa (eq. 2.4)

onde Sb a tenso mxima admissvel, nos parafusos na temperatura de operao, e Sa a tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente. O valor de Am deve ser o maior dos valores obtidos nas equaes 2.3 e 2.4.

4.4. CLCULO DOS PARAFUSOS

Os parafusos devem ser dimensionados de modo que a soma de suas reas seja igual ou maior que Am:

Ab (nmero de parafusos) x (rea resistiva do parafuso, pol2) (eq. 2.5)

As reas dos parafusos imperiais e mtricos esto nas Tabelas 12.1 e 12.2 do Captulo 12.

4.5. FORA MNIMA DE APERTO

A fora mnima de aperto (Wm) o maior valor das foras Wm1 a Wm2, ou seja:

Wm = Wm1 se Wm1 Wm2 (Eq 2.6)ou Wm = Wm2 se Wm1 < Wm2 (Eq 2.7)

4.6. ESMAGAMENTO MXIMO

A fora mxima de esmagamento da junta (Wmax) calculado pela frmula:

W max = Sgmax ((/4) (de2 - di2 )) (eq. 2.8)

ou Wmax = Sgmax ((/4) ((de - 0,125)

2 - di2)) (eq. 2.9)

Captulo 2 - Projeto

18

A equao 2.9 deve ser usada para juntas Metalflex e a equao 2.8 para os de-mais tipos de juntas. O valor de Sgmax informado pelo fabricante e depende do tipo e material da junta. a presso de esmagamento mxima que a junta capaz de resistir. Se o valor da fora mnima de vedao (Wm) for maior que o limite de esma-gamento da junta (Wmax), ela no vai resistir ao aperto. Neste caso escolher outro tipo de junta ou, quando isto no for possvel, aumentar a sua rea ou prover o conjunto flange/junta de meios para que a fora de esmagamento no ultrapasse o mximo admissvel. Os anis internos e as guias de centralizao nas juntas Metalflex so exemplos de meios para evitar o esmagamento excessivo.

5. RELAXAMENTO

Logo aps a instalao e aperto dos parafusos se d inicio ao relaxamento, que consiste na gradual perda do aperto aplicado ao instalar a junta. Esta caracterstica da unio flangeada deve ser considerada de forma a assegurar o seu desempenho ao longo da cam-panha prevista para o equipamento ou tubulao. O relaxamento pode ser dividido em duas fases: o inicial, que ocorre logo aps a instalao e o ao longo do tempo de servio da junta. O relaxamento inicial causado principalmente pelo escoamento da junta ao preencher as irregularidades entre os flanges. Em escala menor as roscas dos parafusos e porcas tambm sofrem um pequeno relaxamento. Por esta razo os procedimentos de instalao recomen-dam o reaperto algumas horas aps a instalao e antes de colocar o sistema em operao. Estudos recentes mostram que em muitas aplicaes crticas o reaperto em tempe-ratura ambiente pode no ser suficiente para assegurar a selabilidade do sistema. Para estas situaes foram desenvolvidas tcnicas de reaperto quente. O grfico da Figura 2.2 mostra o relaxamento de juntas metlicas em testes de la-boratrio. Pode ser observado que a perda de aperto pode chegar a valores at 25% do aperto inicial e o resultado do reaperto a frio e a quente bem como a maior eficincia deste ltimo.

Figura 2.2

Camprofile 942

Dupla Camisa 923

Metalflex 913

Fora Retida2 Ciclos Trmicos

Sem reaperto Com reaperto frio Com reaperto quente100

80

60

40

20

0

% d

e Fo

ra

Retid

a

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O relaxamento em longo do tempo de servio da junta ocorre principalmente em sistemas que operam em temperaturas elevadas ou com ciclos trmicos freqentes. De-pendendo do tipo de junta, da temperatura de operao e da freqncia dos ciclos trmi-cos os efeitos podem levar meses ou mesmo anos antes de ocorrer o vazamento da unio flangeada. Um exemplo deste relaxamento causado pela oxidao do Grafite Flexvel em temperaturas elevadas. O grfico da Figura 2.3 mostra o relaxamento de uma junta metlica ao longo de 17 meses. Este estudo foi realizado por David Reeves na refinaria da Chevron Corp.em El Segundo, Califrnia, USA, que gentilmente autorizou a sua publicao neste livro. Na parte inicial do grfico podemos ver o relaxamento inicial e o reaperto quente logo aps o incio da operao. Em seguida podemos observar a contnua perda de aperto at a desmontagem da junta quando havia apenas 45% do aperto inicial. Em sistemas sujeitos a este tipo de relaxamento sugere-se a aplicao de um aperto inicial o mais elevado possvel, como mostrado na figura, para evitar um even-tual vazamento durante a campanha prevista para o equipamento. Outros recursos tais como molas prato ou parafusos mais longos podem ser empregados como mostrado no Captulo 12 deste livro.

Figura 2.3Gasket Relaxation Chart.xls, Avg Chart David W. Reeves

E-510 Average Stud Load from Initial Bolt Up on 7/21/99.Total Stud Load Lost From 7/21/99 to 7/1/00, 85,000 PSI.

5037

0

5147

0

5140

0

5150

0

5200

0

5200

0

5200

0

5300

0

5460

0

5600

0

5800

0

5900

0

6200

0

6400

0

6500

0

6600

0

6800

0

6900

0

7200

0

7700

0

9500

0

1120

00

6900

0

9800

0

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

120000

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7/27

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7/30

9/1/

1999

10/1

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9

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0

12/1

/200

0

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2/1/

2001

3/1/

2001

4/1/

2001

Stud

Loa

d in

PSI

Tenso Mdia dos ParafusosInicio de operao: 27 de julho de 1999 Final: 10 de abril de 2001

Tens

o n

os p

araf

usos

(psi)

Captulo 2 - Projeto

20

Tabela 2.1Fator da junta (m) e presso mnima de esmagamento (y)

Material da junta m y(psi)Perfil

ou tipo Coluna b0Superfcie de vedao

Borracha - abaixo de 75 Shore A - acima de 75 Shore A c/reforo tela algodoPapelo Hidrulico 3.2 mm espessura 1.6 mm espessura 0.8 mm espessuraFibra vegetal

Metalflex ao inox ou Monel e enchi-mento de AmiantoDupla camisa metlica corrugada Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxdveisCorrugada metlica Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveisDupla camisa metlica lisa Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveisMetlica ranhurada Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveisMetlica slida Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveisRing Joint Ao carbono Monel Aos inoxidveis

0.501.001.252.002.753.501.75

3.00

2.502.753.003.253.502.753.003.253.503.75

3.253.503.753.503.753.253.503.753.754.254.004.755.506.006.505.506.006.50

0200400

1 6003 7006 5001100

10 000

2 9003 7004 5005 5006 5003 7004 5005 5006 5007 600

5 5006 5007 6008 0009 0005 5006 5007 6009 000

10 1008 800

13 00018 00021 80026 00018 00021 80026 000

plana

plana

plana911, 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)

21

1/4 1/4

Captulo 2 - Projeto

22

Tabela 2.2 (Continuao)Localizao da Fora de Reao da Junta

6. SIMBOLOGIA

Ab = rea real do parafuso na raiz da rosca ou na seo de menor rea sob tenso (pol2)

Am = rea total mnima necessria para os parafusos, tomada como o maior valor entre Am1 e Am2 (pol

2).

Am1 = rea total mnima dos parafusos calculada para as condies operacionais (pol2)

Am2 = rea total mnima dos parafusos para esmagar a junta (pol2)

b = largura efetiva da junta ou largura de contato da junta com a superfcie dos flanges (pol)

b0 = largura bsica de esmagamento da junta (pol)

de = dimetro externo da face de contato da junta (pol)

di = dimetro interno da face de contato da junta (pol)

Fpmin = fora mnima de esmagamento (lbf)

F0 = fora de instalao (lbf)

G = dimetro do ponto de aplicao da resultante das foras de reao da junta, Tabela 2.2 (pol)

1/4 ( ) 1/4 ( )

de da Face de Contato

di

dedi da Face de Contato

23

m = fator da junta, informado pelo fabricante ou Tabela 2.1

N = largura radial usada para determinar a largura bsica da junta, Tabela 2.2 (pol).

P = presso de projeto (1b/pol2) Sa = tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente (1b/pol

2)

Sb = tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura de operao (1b/pol2)

Sg = presso sobre a superfcie da junta (1b/pol2)

Sgmax = presso mxima de esmagamento da junta (lbs/pol2)

Wm= fora mnima de instalao da junta (lb)

Wm1 = fora mnima necessria nos parafusos nas condies operacionais (lbf)

Wm2 = fora mnima necessria nos parafusos para esmagar a junta (lbf)

Wmax = fora mxima admissvel na junta

y = presso mnima de esmagamento, informado pelo fabricante ou Tabela 2.1 (lbs/pol2)

7. GRFICO DA FORA DE APERTO

A Figura 2.4 ilustra de forma grfica os valores da fora de aperto (W) em rela-o ao esmagamento da junta. Se o aperto ficar abaixo da fora Wmin o valor mnimo para assegurar o assenta-mento e vedao no suficiente. Por outro lado se a fora for maior que Wmax pode haver o esmagamento excessivo da junta, rompimento dos parafusos ou rotao elevada ou at mesmo a trinca dos flanges. Se o valor de W ficar situado pouco acima de Wmin haver uma vedao inicial. Logo em seguida haver o relaxamento natural do conjunto juntaparafusosflanges re-duzindo a fora de aperto e conseqente vazamento. Conforme mostrado na seo anterior para que uma aplicao mantenha a vedao ao longo da campanha do equipamento ou tubulao, alm das foras de insta-lao necessrio considerar tambm o relaxamento do conjunto. Desta forma o valor da fora de instalao da junta (W) deve ser um valor ente Wmin e Wmax, de preferncia na rea indicada como tima no grfico da figura 2.4.

Captulo 2 - Projeto

24

8. EXEMPLO DE CLCULO PELO PROCEDIMENTO ASME Junta em Papelo Hidrulico reforado com Fibras de Carbono na espessura de 1.6 mm (1/16) e demais dimenses conforme mostrado na figura 2.5. Valores de m, y e da presso de esmagamento mxima informados pelo fabricante.

Figura 2.4

Figura 2.5

De = 28 pol

Di = 29 pol

Limite do Flange

Limite do Parafuso

Perda por relaxamento em servio

Perda por relaxamento inicial

Fora de Vedao - Wm1

Fora de Esmagamento- Wm2

Limite de Esmagamento da Junta

Vazamento

Vazamento

Faixa tima

Fora de ApertoW

Wmax

Wmin

25

Presso de projeto: P = 150 psiTemperatura de projeto: 200 CJunta em Papelo Hidrulico com as seguintes caractersticas: - dimetro externo da junta (De) = 29 1/2 pol - dimetro interno da junta (Di) = 28 pol - m = 2.9 - y = 3 500 psi - presso de esmagamento mxima (Sgmax): 25000 psiFlange: - 12 parafusos de dimetro (Dp) 1 polegada - rea da raiz da rosca (Ap) ; 0.5509 pol2 (Tabela 12.1) - fator de atrito (k): 0.2 - material dos parafusos: ASTM A 193 B7 - tenso admissvel na temperatura ambiente (Sa): 25 ksi - tenso admissvel na temperatura de projeto (Sb): 25 ksi - tenso de escoamento do material do parafuso na temperatura ambiente (Sy): 105 ksi

Clculo da largura efetiva da junta: b

N = (De Di) / 2 = (29.5 28) / 2 = 0.75

b0 = N / 2 = 0.75 / 2 = 0.375

Como b0 > 1/4 ento

b = 0.5 (b0)0.5 = 0.5 (0.375) 0.5 = 0.306

Clculo do dimetro G:

G = De (2 x b) = 29.5 (2 x 0.306) = 28.888

Clculo da fora mnima para atender as condies operacionais: Wm1 Wm1 = ( G

2 P /4) + (2 b G m P)

Wm1 = ( x 28.8882 x 150 / 4) + ( 2 x 0.306 x x 28.888 x 2.9 x 150)

Wm1 = 122 475 lbf

Clculo da fora mnima para esmagar a junta: Wm2

Wm2 = b G y = x 0.306 x 28.888 x 3 500

Wm2 = 97 198 lbf

Captulo 2 - Projeto

26

Como Wm1 > Wm2 ento a fora mnima de esmagamento da junta :

Wm = 122 475 lbf Clculo da rea dos parafusos Am

Am1 = Wm1 / Sb

Am1 = 122 475 / 25 000 = 4 899 in2

Am2 = Wm2 / Sa

Am2 = 97 198 / 25 000 = 3 888 in2

O valor de Am deve ser o maior valor entre Am1 e Am2, portanto:

Am = 4.889 in2

A rea real dos parafusos Ab deve ser maior que Am

Ab = nmero de parafusos x rea da raiz da rosca

Ab = 12 x 0.5509 = 6 611 in2

A condio Ab Am est atendida neste exemplo.

A fora mnima de esmagamento por parafuso Fpmin :

Fpmin = Wm / numero de parafusos = 122 475 / 12 Fpmin = 10 206 lbf

Clculo do limite de esmagamento da junta - Wmax

Wmax = Sgmax ( / 4) (De2 Di2 )

Wmax = 25 000 x ( / 4) (29.52 282 ) = 1 693 515 lbf

Pelo grfico da Figura 2.2 a fora de esmagamento na instalao da junta (W) deve ficar entre Wm e Wmax de forma a assegurar a vedao sem danificar a junta.

A norma ASME PCC-1-2000, Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly, recomenda valores de torque considerando a tenso de 50 ksi na raiz da rosca, podemos a partir desta recomendao verificar se o valor da fora suficiente para manter a vedao. Para parafusos de 1 polegada o torque (To) recomendado na norma ASME PCC-1 de 500 lb-ft.

27

Para maiores informaes sobre aplicao de torque, lubrificantes e outros as-pectos consulte o Captulo 12 deste livro, que inteiramente dedicado a este assunto.

Fora de instalao por parafuso aplicando o torque objetivo - (Fo)

Fo = To / ( k Dp)

Fo = 500 / (0.2 x 1 / 12) = 30 000 lbf

Comparando a fora mnima calculada para assentar a junta (Fpmin) com a fora de instalao de acordo com as recomendaes da norma ASME PCC-1 (Fo) verifica-mos que Fo > Fpmin. Portanto, o assentamento est assegurado.

Devemos verificar tambm se a fora mxima dos parafusos menor que a fora de esmagamento mxima de modo a no danificar a junta. A fora mxima dos parafusos calculada considerando que a tenso na raiz da rosca igual tenso de escoamento do material do parafuso.

Fpmax = Ap x Sy onde Ap = area da raiz da rosca Sy = tenso de escoamento do material do parafuso

Para o exemplo acima temos

Fpmax = Ap x Sy = 0.5509 x 105 000 = 57 844 lbf

Wmax Fpmax x numero de parafusos = 57 844 x 12 = 694 134 lbf

Esta condio tambm atendida. O valor da fora mxima dos parafusos me-nor que a fora mxima de esmagamento da junta. No haver danos junta mesmo que o aperto ultrapasse o valor objetivo.

Podemos fazer uma verificao adicional para assegurar que o valor da fora de esmagamento esteja na faixa ideal do grfico da figura 2.4. Comparando a fora de instalao Fo com a fora mnima de esmagamento Fpmin, temos:

Fo / Fpmin = 30 000 / 10 206 = 2.94

Verificamos que h uma margem de segurana de 2.94 para compensar as perdas de aperto pelo relaxamento inicial e durante a operao.

Captulo 2 - Projeto

28

9. ACABAMENTO SUPERFICIAL

Para cada tipo de junta existe um acabamento recomendado para a superfcie do flange. A norma ASME PCC-1-2000, Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly, recomenda acabamentos para diversos tipos de juntas. Como regra geral, necessrio que a superfcie seja ranhurada para as juntas no metlicas. Juntas metlicas exigem acabamento liso e as semi-metlicas ligeiramente spero. A razo para esta diferena que as juntas no-metlicas precisam ser mordidas pela superfcie de vedao, evitando, deste modo, uma extruso ou a expulso da junta pela fora radial. No caso das juntas metlicas slidas, necessrio uma fora muito elevada para escoar o material nas imperfeies do flange. Assim, quanto mais lisa a superfcie, menores sero as possibilidades de vazamento. As juntas espiraladas Metalflex requerem um pouco de rugosidade superficial para evitar o deslizamento sob presso. O tipo da junta vai, portanto, determinar o acabamento da superfcie de vedao, no existindo um acabamento nico 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.

O valor de torque de acordo com as recomendaes da norma ASME PCC-1 atende os requisitos do projeto e pode ser aplicado com segurana em relao junta e ao parafuso. Verificamos tambm a existncia de margem para compensar o relaxamento. Recomenda-se que o projetista verifique se o flange est adequado para resistir a estas foras. Esta anlise est alm dos objetivos deste livro.

9.1. ACABAMENTOS COMERCIAIS DAS FACES DOS FLANGES

As superfcies dos flanges podem variar do acabamento bruto de fundio at o lapidado. Entretanto, o acabamento mais encontrado comercialmente para flanges em ao o ranhurado concntrico ou em espiral fonogrfica, conforme mostrado na figura 2.5. Ambas so usinadas com ferramentas com, no mnimo, 1.6 mm (1/16) de raio e 45 a 55 ranhuras por polegada. Este acabamento deve ter de 3.2 m (125 pol) Ra a 6.3 m (250 pol) Ra.

Figura 2.6Ranhurado Concntrico Espriral Fonogrfico

29

9.2. ACABAMENTOS RECOMENDADOS

A Tabela 2.3 indica o tipo de acabamento recomendado pela Teadit para os ti-pos 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) est expresso em micro-metros (m) e em micro-polegadas (pol) Deve ser avaliado por comparao visual com os padres Ra da Norma ASME B46.1 e no por instrumentos com estilete e amplificao eletrnica.

9.3. ACABAMENTO SUPERFICIAL E SELABILIDADE

A seguir, esto algumas regras que devem ser observadas ao compatibilizar o acabamento superficial com o tipo de junta:

O acabamento superficial tem grande influncia na selabilidade.

Uma fora mnima de esmagamento deve ser atingida para fazer escoar a junta nas irregularidades da superfcie do flange. Uma junta macia (cortia) requer uma fora de esmagamento menor que uma mais densa (papelo hidrulico).

A fora de esmagamento proporcional rea de contato da junta com o flange. Ela pode ser reduzida diminuindo-se a largura da junta ou sua rea de contato do flange.

Qualquer que seja o tipo de junta ou de acabamento importante no haver riscos ou marcas radiais de ferramentas na superfcie de vedao. Estes riscos radiais so muitos difceis de vedar e, quando a junta usada metlica, isso se torna quase impossvel.

As ranhuras fonogrficas so mais difceis de vedar que as concntricas. A junta, ao ser esmagada, deve escoar at o fundo da ranhura, para no 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 superfcie do flange vai depender fundamentalmente do material da junta.

Descrio

Da junta

Plana no-metlica

Metlica corrugada com revestimento no-metlico

Metalflex (espiral)

Metalbest (dupla camisa

metlica )

Camprofile Metlica

(ranhurada com cobertura)

Ring-Joint metlico

1/16 >1/16

tipo teaDit 810 / 820 905 911 / 913 / 914 923 / 926 / 927 942 950 / 951 RX / BX

seo

transversal

aca

ba

men

to

su

perf

icia

lr

a

m3.2

a 6.43.2

a 13 3.2 a 6.4 3.2 a 6.4 2.5 mximo 1.6 a 2.0 1.6

pol

125 a 250

125 a 500 125 a 250 125 a 250 100 mximo 63 a 80 63

923

926

927

950

951

RX

BX

Tabela 2.3Acabamento da Superfcie de Vedao dos Flanges

Captulo 2 - Projeto

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10. TIPOS DE FACES DE VEDAO DOS FLANGES

Embora o projeto de flanges esteja alm do objetivo deste livro, nas figuras a seguir esto mostradas as combinaes mais usadas das possveis faces dos flanges.

10.1. FACE PLANA

Junta no confinada (Figura 2.7). As superfcies de contato de ambos os flanges so planas. A junta pode ser do tipo RF, indo at os parafusos, ou FF, cobrindo toda a superfcie de contato. Normalmente usados em flanges de materiais frgeis por isso no se recomenda o uso de juntas do tipo RF (lado direito da Figura 2.7 para evitar a rotao ou trinca dos flanges).

Figura 2.7

10.2. FACE RESSALTADA

Junta no confinada (Figura 2.8). As superfcies de contato so ressaltadas de 1.6 mm ou 6.4 mm. A junta abrange normalmente at os parafusos. Permite a colocao e retirada da junta sem afastar os flanges, facilitando eventuais trabalhos de manuteno. o tipo mais usado em tubulaes.

Figura 2.8

31

10.3. FACE LINGETA E RANHURA

Junta totalmente confinada (Figura 2.9). A profundidade da ranhura igual ou um pouco maior que a altura da lingeta. A ranhura cerca de 1.6 mm mais larga que a lingeta. A junta tem, normalmente, a mesma largura da lingeta . necessrio afastar os flanges para a colocao da junta. Este tipo de flange produz elevadas presses sobre a junta, no sendo recomendado para juntas no metlicas.

Figura 2.9

10.4. FACE MACHO E FMEA

Junta semi-confinada (Figura 2.10). O tipo mais comum o da esquerda. A pro-fundidade da fmea igual ou menor que a altura do macho, para evitar a possibilidade de contato direto dos flanges quando a junta comprimida. O dimetro externo da fmea at 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 est confinada no dimetro externo; na figura do centro, no dimetro interno.

Figura 2.10

Captulo 2 - Projeto

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10.5. FACE PLANA E RANHURA

Junta totalmente confinada (Figura 2.11). A face de um dos flanges plana e a outra possui uma ranhura onde a junta encaixada. Usadas em aplicaes onde a distn-cia entre os flanges deve ser precisa. Quando a junta esmagada, os flanges encostam. Somente as juntas de grande resilincia podem ser usadas neste tipo de montagem. Juntas espiraladas, O-rings metlicos no slidos, juntas ativadas pela presso e de dupla camisa com enchimento metlico so as mais indicadas.

Figura 2.11

10.6. FACE PARA RING-JOINT

Tambm chamado anel API (Figura 2.12). Ambos os flanges possuem canais com paredes em ngulo de 230. A junta de metal slido com perfil oval ou octogonal, que o mais eficiente.

Figura 2.12

33

11. AS NOVAS CONSTANTES DE JUNTAS

Tradicionalmente os clculos de flanges e juntas de vedao usam as frmulas e valores indicados pela American Society of Mechanical Engineers (ASME), conforme mostrado no incio deste Captulo. A Seo VIII do Pressure Vessel and Boiler Code, publicado pela ASME, indica os valores da presso mnima de esmagamento y e do fator de manuteno m para os diversos tipos de juntas. Estes valores foram determinados a partir de trabalho expe-rimental em 1943. Com a introduo no mercado de juntas fabricadas a partir de novos materiais, como o grafite flexvel (Graflex), fibras sintticas e PTFE, tornou-se necessrio a deter-minao 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 unio flangeada, j que no havia nenhuma teoria analtica que permitisse determinar este comportamento. O trabalho foi patrocinado por mais de trinta instituies, entre elas a ASME, American Petroleum Institute (API), American Society for Testing Materials (ASTM) e Fluid Sealing Association (FSA). A Escola Politcnica da Universidade de Montreal, Canad, foi contratada para realizar os testes, apresentar resultados e sugestes. No decorrer do trabalho verificou-se no ser possvel a determinao de valores de m e y para os novos materiais sem que fosse associado um nvel de vazamento. Os pesquisadores optaram por desenvolver, a partir da base experimental, nova metodologia para o clculo de juntas que fosse coerente com os resultados prticos ento obtidos. As informaes aqui mostradas so baseadas em trabalhos divulgados em congessos ou pu-blicaes especializadas e se usadas para clculo devem ser feitas com o devido cuidado que este tipo de informao requer.

Foram escolhidos para a pesquisa juntas que melhor representassem as aplicaes industriais: Metlicas: planas (940) e ranhuradas (941) em ao carbono, cobre recozido e ao inox. Oring metlico.

Papelo hidrulico: elastmero SBR e NBR, fibras de amianto, aramida e vidro. Grafite flexvel em lmina com e sem insero metlica.

PTFE em lmina.

Espirais (913) em ao inoxidvel e enchimento em amianto, mica- grafite, grafite flexvel e PTFE.

Dupla camisa metlica (923) em ao carbono e inoxidvel, enchimento em amianto e sem-amianto.

Captulo 2 - Projeto

34

As juntas foram testadas em vrios aparelhos, um deles est esquematizado na Figura 2.13.

Figura 2.13

Foram realizados ensaios em trs presses, 100, 200 e 400 psi com nitrognio, hlio, querosene e gua.Os testes tiveram a seguinte seqncia:

Esmagamento inicial da junta, parte A da curva da Figura 2.14: a junta apertada at atingir uma compresso Sg e deflexo Dg. Mantendo Sg constante a presso elevada at atingir 100 psi. Neste instante o vazamento Lrm me-dido. O mesmo procedimento repetido para 200 e 400 psi.

Em seguida o aperto da junta reduzido (parte B da curva) mantendo a presso do fluido constante em 100, 200 e 400 psi, o vazamento medido em intervalos regulares. O aperto reduzido at o vazamento exceder a capacidade de leitura do aparelho.

A junta novamente comprimida at atingir valor mais elevado de Sg, repetindo o procedimento at atingir o esmagamento mximo recomendado para a junta em teste. Se a presso do fluido for colocada em funo do vazamento em massa para cada valor da presso de esmagamento temos o grfico da Figura 2.15. Em paralelo foram tambm realizados ensaios para determinar o efeito do aca-bamento da superfcie de vedao. 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 condies operacionais so mais importantes que pequenas variaes no acabamentoda superfcie de vedao.

35

Figura 2.14

Figura 2.15

Captulo 2 - Projeto

36

Dos trabalhos experimentais realizados pela Universidade de Montreal foram tiradas vrias concluses entre as quais destacam-se: As juntas apresentam um comportamento similar no importando o tipo ou material. A selabilidade uma funo direta do aperto inicial a que a junta submetida. Quanto maior este aperto melhor a selabilidade. Foi sugerido a introduo do Parmetro de Aperto (Tightness Parameter) Tp, adimensional, como a melhor forma de representar o comportamento dos diversos tipos de juntas. Tp = (P/P*) x (Lrm*/ (Lrm x Dt))

a

onde: 0.5 < a < 1.2 sendo 0.5 para gases e 1.2 para lquidos

P = presso interna do fluido (MPa)

P* = presso atmosfrica (0.1013 MPa)

Lrm = vazamento em massa por unidade de dimetro (mg/seg-mm)

Lrm* = vazamento em massa de referncia, 1 mg/seg-mm. Normal-mente tomado para uma junta com 150mm de dimetro externo.

Dt = dimetro externo da junta (mm)

O Parmetro de Aperto pode ser interpretado como: a presso necessria para provocar um certo nvel de vazamento. Por exemplo, o valor de Tp igual a 100 significa que necessrio uma presso de 100 atmosferas (1470 psi ou 10.1 MPa) para atingir um vazamento de 1 mg/seg-mm em uma junta com 150mm de dimetro externo. Colocando em escala log-log os valores experimentais do Parmetro de Aperto temos o grfico da Figura 2.16. Do grfico podemos estabelecer as Constantes da Junta, que, obtidas experi-mentalmente, permitem determinar o comportamento da junta. As constantes so:

Gb = ponto de interseo da linha de esmagamento inicial com o eixo y (parte A do teste). a = inclinao da linha de esmagamento inicial. Gs = ponto focal das linhas de alvio da presso de esmagamento inicial (parte B do teste).

37

At a data da edio deste livro no havia procedimento ASTM para determi-nao das novas constantes nem metodologia para o seu uso no projeto de flanges. Desta forma, achamos prematura a divulgao de qualquer procedimento de clculo que permi-ta o uso destas informaes.

Figura 2.16

12. EMISSES FUGITIVAS

Para assegurar a vida das prximas geraes, necessrio reduzir os poluentes liberados para o meio ambiente. Isso vem se tornando uma preocupao na maioria dos pases do mundo. Alm desta necessidade ambiental, estas perdas de produtos causam um custo elevado para as indstrias. A grande maioria dos agentes poluentes, xidos de Carbono, Nitrognio e Enxo-fre, so provenientes da queima de combustveis ou da evaporao de hidrocarbonetos. Estas emisses so parte do processo industrial e sujeitas a controles especficos.Entretanto, existem perdas indesejveis atravs de eixos de bombas, hastes de vlvulas e flanges e que, em condies normais, no deveriam ocorrer. Estas perdas so conhecidas como Emisses Fugitivas (Fugitive Emissions). Estima-se que somente nos EUA a perda de produtos atravs de Emisses Fugitivas atinja mais de 300 000 toneladas ano, corres-pondente a um tero do total de emisses das indstrias qumicas. Emisses Fugitivas nem sempre podem ser detectadas por meio de inspees visuais, exigindo equipamentos especiais.

Captulo 2 - Projeto

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O controle da Emisses Fugitivas desempenha tambm um importante fator na preveno de acidentes. Os vazamentos no detectados so grande parte das causas dos incndios e exploses nas indstrias. Os EUA foram o primeiro pas a estabelecer um controle efetivo sobre as Emis-ses Fugitivas atravs do Clean Air Act Amendments (CAA), da Evironmental Pro-tection Agency (EPA) em conjunto com as indstrias. O CAA estabeleceu a relao dos Poluentes Volteis Nocivos do Ar (Volatile Hazardous Air Poluents), conhecidos pela sigla VHAP. necessrio tambm controlar qualquer outro produto que tenha mais de 5% de um VHAP em sua composio. Para monitorar as Emisses Fugitivas a EPA estabeleceu o Mtodo (EPA Refe-rence Method 21) que usa um analisador de gases conhecido como OVA (Organic Vapour Analyzer). Este aparelho, calibrado para Metano, mede a concentrao de um VHAP em volume de partes por milho (ppm). O OVA, por meio de uma pequena bomba, faz passar o ar atravs de um sensor determinando a concentrao do VHAP.Devem ser monitorados hastes de vlvulas, bombas, flanges, eixos de agitadores, disposi-tivos de controle e qualquer outro equipamento que possa apresentar vazamento. A concentrao mxima admissvel para flanges de 500 ppm. Algumas organi-zaes de meio ambiente consideram este valor muito elevado e esto exigindo 100 ppm como limite para flanges. Deve ser feita uma medio inicial a 1 metro do equipamento, na direo con-trria ao vento e em seguida a 1 cm do equipamento. Para flanges, deve-se medir em toda a sua volta. O valor a ser considerado a diferena entre o maior valor medido e o valor da medida inicial, a 1 m de distncia. Se o valor da diferena for maior do que 500 ppm, o flange considerado como vazando e deve ser reparado. O Mtodo permite obter uma medida do tipo passa no-passa, determinando se o flange est ou no vazando. Entretanto, no permite obter uma medio quantitativa de quanto est vazando em uma unidade de tempo. Para isso seria necessrio enclausurar o flange ou equipamento, operao onerosa e nem sem sempre possvel. A EPA desenvolveu vrios estudos para estabelecer uma correlao entre o valor em ppm e o fluxo em massa. A Chemical Manufacturers Association (CMA) e a Society of Tribologists and Lubrication Engineers tambm realizaram estudos e chegaram a re-sultados similares. O vazamento em gramas por hora pode ser estabelecido como:

Vazamento = 0.02784 (SV 0.733) g / hora

Onde SV o valor medido em partes por milho (ppm).

O valor do vazamento obtido nesta equao apenas orientativo, permitindo calcular a quantidade aproximada de produto perdida para a atmosfera. Por exemplo, se tivermos um flange com um vazamento de 5 000 ppm temos:

Vazamento = 0.02784 (SV 0.733) = 0.02784 (5 0000.733) = 4 322 g / hora

39

A Norma alem VDI 2440 Emission Control Mineral Oil Refineries estabelece dois nveis de emisses para flanges de acordo com o tipo de junta aplicado. Para juntas previamente testadas e aprovadas o valor de emisso por flange de 0.001 miligrama/(segundo.metro) e de 0.01 miligrama/(segundo.metro) para as demais juntas.

Para atender ao menor valor de emisses da norma VDI 2440 a junta deve ter um vazamento mximo de 10-4 mbar.litro/(segundo.metro), teste com gs Hlio a 1 bar de presso diferencial e 30 MPa de esmagamento da junta. O projeto das unies flangeadas segue a norma VDI 2200.

Se o fluido a ser vedado est sujeito a controle de emisses fugitivas recomenda-se ao projetista escolher o tipo e material da junta que atenda as exigncias especficas do projeto do equipamento.

Captulo 2 - Projeto

40

41

CAPTULO

3

MATERIAISPARA JUNTAS NO-METLICAS

1. CRITRIOS DE SELEO

A escolha de um material para junta no metlica dificultada pela existncia, no mercado, de uma grande variedade de materiais com caractersticas similares. Alm disso, novos produtos ou variaes de produtos existentes aparecem frequentemente. Como impraticvel listar e descrever todos os materiais, este captulo tem a finali-dade de apresentar os materiais mais usados com as suas caractersticas bsicas. Fazendo-se necessrio um maior aprofundamento, recomenda-se consultar o fabricante.

As quatro condies bsicas que devem ser observadas ao selecionar o material de uma junta so: Presso de operao. Fora dos parafusos. Resistncia ao ataque qumico do fluido. Temperatura de operao.

As duas primeiras foram analisadas no Captulo 2 deste livro. A resistncia ao ataque qumico do fluido pode ser influenciada por vrios fatores, principalmente:

Concentrao do fluido: nem sempre uma maior concentrao torna um fluido mais agressivo.

Temperatura do fluido: em geral, temperaturas mais elevadas tornam o ataque qumico mais severo.

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Ponto de condensao: a passagem do fluido com presena de enxofre e gua pelo ponto de condensao, comum em gases provenientes de combusto, pode provocar a formao de condensados extremamente agressivos.

Em situaes crticas testes em laboratrio so necessrios para determinar, nas condies de operao, a compatibilidade do material da junta com o fluido. Ao iniciar o projeto de uma junta, uma avaliao total deve ser efetuada, co-meando pela temperatura, presso, tipo de flange, fora dos parafusos, fora mnima de esmagamento, etc. Todas as etapas devem ser seguidas at a definio do tipo e do material da junta mais adequada ao caso em estudo.

2. PRESSO E TEMPERATURA DE SERVIO

Um bom ponto de partida na seleo do material de uma junta a anlise da temperatura e da presso de servio. Assim sendo, recomenda-se comparar os valores de projeto com os dados de catlogo informados pelo fabricante da junta, levando-se em conta eventuais picos de temperatura e/ou de presso. Atravs desta anlise, selecionar um material que se enquadre na faixa recomendada com alguma margem de segurana. Ao longo deste livro sero informadas as temperaturas e presses recomendadas para cada material. Estas informaes so genricas e as condies particulares de cada caso devem ser cuidadosamente analisadas.

3. PAPELO HIDRULICO

Desde a sua introduo no mercado, o Papelo Hidrulico tem sido o material mais usado para vedao de flanges j que possui a capacidade de selabilidade em larga faixa de condies operacionais. Devido sua importncia no campo da vedao indus-trial, o Captulo 4 deste livro inteiramente dedicado s juntas de Papelo Hidrulico.

4. POLITETRAFLUOROETILENO (PTFE)

Produto desenvolvido pela Du Pont, que o comercializa com a marca Teflon, o PTFE nas suas diferentes formas um dos materiais mais usados em juntas indus-triais. Devido sua crescente importncia o Captulo 5 deste livro aborda as vrias alternativas de juntas com PTFE.

5. GRAFITE FLEXVEL GRAFLEX

Produto obtido a partir da expanso e calandragem do grafite natural. Neste processo os flocos de grafite so tratados com cido, neutralizados com gua e secados at determinado nvel de umidade. Em seguida, o grafite submetido ao contato com elevadas temperaturas a fim de evaporar a gua residual, explodindo os flocos. O produto final apresenta pureza de 95% a 99% e um aumento de volume em aproximadamente 200% do original. Os flocos de grafite expandidos so ento calandrados, sem nenhum aditivo ou ligante, produzindo folhas de material flexvel.

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O grafite flexvel apresenta reduzido creep, definido como uma deformao plstica contnua que ocorre quando o material submetido a presso. Portanto, a perda da fora dos parafusos reduzida, eliminando a necessidade de reapertos freqentes. Devido s suas caractersticas, o grafite flexvel um dos materiais de vedao mais seguros. Sua capacidade de selabilidade, mesmo nos ambientes mais agressivos e em elevadas temperaturas, tem sido amplamente comprovada. Este produto possui excelente resistncia a cidos, solues alcalinas e compostos orgnicos. Entretanto, o seu uso deve ser cuidadosamente estudado em atmosferas oxidantes e temperaturas acima de 450o C, j que o carbono reage com o oxignio formando dixido de carbono (CO2). O resultado desta reao a reduo da massa de material. Limites de temperatura: Atmosfera neutra ou redutora - 240o C a 3 000o C; Atmosfera oxidante, - 240o C a 450o C. A Tabela de Compatibilidade Qumica e os limites de temperatura esto apresentados no Anexo 3.1.

5.1. PLACAS DE GRAFLEX

Por ser um material com baixa resistncia mecnica, as placas de Graflex podem ser fornecidas com ou sem reforo de ao inoxidvel 316. As dimenses das placas so 1 000 x 1 000 mm, nas espessuras de 0.8 mm, 1.6 mm e 3.2 mm. As reco-mendaes de aplicao deste produto esto descritas nas Tabela 3.1 a 3.3. No caso do uso das juntas fabricadas a partir de placas de Graflex com reforo necessrio tambm verificar a compatibilidade do reforo com o fluido de servio.

Tabela 3.1Tipos de Placas de Graflex

Tipo

Reforo

Aplicao

TJRlmina lisa de ao inoxidvel 316Lservios gerais,vapor,hidrocarbonetos

TJElmina perfurada de aoinoxidvel 316Lservios gerais, vapor,fluido trmico,hidrocarbonetos

TJB

Sem esforoservios gerais,flanges frgeisem geral

Tabela 3.2Temperaturas de Trabalho

Meio

Neutro / redutorOxidante

Vapor

MnimaMxima

Temperatura

TJR TJE TJB

-240 870 870 3 000-240 450 450 450

-240 650 650 No

recomendado

Os valores de m e y e a presso mxima de esmagamento para cada tipo de Placa de Graflex esto na Tabela 3.3.

Captulo 3 - Materiais para Juntas No-Metlicas

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Tabela 3.3Valores para Clculo

Caractersticas TJR TJE TJBm 2 2 1.5 y (psi) 1 000 2 800 900Presso mxima de esmagamento (MPa) 165 165 165

5.2. JUNTA AUTO-ADESIVA DE GRAFLEX GR3110I

Junta auto-adesiva de grafite flexvel com reforo de fios de Inconel. A junta de grafite GR3110I flexvel, conformvel e resiliente, alm de possuir alta condutibilidade trmica e eltrica, caractersticas que proporcionam uma grande capacidade de vedao por um longo tempo de servio. Este produto recomendado para flanges com formato irregular, de grandes dimenses ou frgeis, em tubulaes e equipamentos que necessitem de uma excepcional selabilidade em altas temperaturas. Por ser de fcil aplicao, reduz o tempo de instalao e desperdcio de material. As condies de fornecimento esto descritas na Tabela 3.4.

Limites de Servio: - Presso mxima: 200 bar - Temperatura mnima: -2400 C - Temperatura mxima: Atmosfera oxidante: 4500 C; Vapor: 6500 C - pH: 0 a 14 - Presso de esmagamento mxima: 130 MPa

Tabela 3.4Junta Auto-Adesiva de Graflex GR3110I

DimensesLargura (mm) 6.4 11.1 15.9 20.6 28.6 38.1

Espessura (mm) 3.2 6.4

Comprimento (m) / carretel 30.0 30.0 30.0 25.0 20.0 15.0

5.3. FITAS DE GRAFLEX

O Graflex tambm pode ser fornecido na forma de fita lisa ou corrugada, com ou sem adesivo. Os tipos disponveis e as respectivas condies de fornecimento esto apresentadas na Tabela 3.5.

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Tabela 3.5Fitas Graflex Espessura de 0.4 mm

6. ELASTMEROS

So materiais capazes de sofrer considervel deformao nas suas dimenses devido ao de uma pequena fora externa e de retornar rapidamente ao seu estado original (ou muito prximo) aps removida a fora externa. Geralmente, os vrios tipos de elastmeros disponveis no mercado diferem na natureza qumica, no arranjo das cadeias polimricas, no peso e na distribuio molecular, entre outras propriedades. Essa diversidade de produtos e as diferentes formulaes permitem obter uma grande gama de produtos no mercado. 6.1. CARACTERSTICAS BSICAS

Do ponto de vista tcnico, as principais caractersticas que fazem da borracha um bom material para juntas so: a resilincia, a resistncia a deformaes cclicas, a baixa permeabilidade a gases e gua e a considervel resistncia qumica. Os produtos podem ser encontrados no mercado no formato de chapas ou lenis com diferentes dimenses, cores e acabamentos superficiais para atender s necessidades de cada aplicao.

6.2. TIPOS DE ELASTMEROS

Em juntas industriais os elastmeros normalmente so utilizados em baixas presses e temperatura. Para melhorar a resistncia mecnica, reforos com uma ou mais camadas de lona de algodo podem ser empregados. A dureza normal para juntas indus-triais de 55 a 80 Shore A e espessura de 0.8 mm (1/32) a 6.4 mm (1/4). Os limites de temperatura dependem da formulao de cada produto. A seguir esto relacionados os elastmeros mais usados na fabricao de juntas industriais. O cdigo entre parnteses aps o nome a designao ASTM para o elastmero.

6.3. BORRACHA NATURAL (NR)

A Borracha Natural o produto obtido atravs da coagulao de ltices de determinados vegetais, sendo o principal a Hevea Brasiliensis, ou seringueira como popularmente conhecida. Apresenta grande resistncia mecnica e ao desgaste por atrito, boa resistncia qumica a sais inorgnicos e lcalis; pouca resistncia a leos, solventes, oznio e a intempries.

Tipo

Apresentao

Aplicao

Rolos com

TJIfita lisa com adesivo

vedao de conexesroscadas

12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm

TJHfita corrugada comadesivomoldada sobre asuperfcie de vedao de juntas metlicas12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm

TJZfita corrugada semadesivoenrolada e prensadaem hastes de vlvulase anis pr-moldados6.4 ou 12.7 x 8 000 e19.1 ou 25.4 x 15 000

Captulo 3 - Materiais para Juntas No-Metlicas

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6.4. ESTIRENO-BUTADIENO (SBR)

A borracha SBR considerada como uma borracha de aplicao geral foi desen-volvida como alternativa a borracha natural. Recomendada para uso em gua, ar, vapor e alguns cidos fracos; no deve ser usada em cidos fortes, leos, graxas e solventes clorados; possui pouca resistncia ao oznio e maioria dos hidrocarbonetos.

6.5. CLOROPRENE (CN)

Mais conhecida como Neoprene, seu nome comercial, esta borracha foi origi-nalmente desenvolvida visando obter um produto com propriedades semelhantes as da borracha natural, porm com superior resistncia a leos. Apresenta alta elasticidade, resistncia propagao de fogo e ao envelhecimento. Tem pouca resistncia aos agentes oxidantes fortes e hidrocarbonetos aromticos e clorados.

6.6. NITRLICA (NBR)

A borracha nitrlica, tambm conhecida por Buna-N, muito utilizada em aplicaes industriais e automotivas, devido a sua excelente resistncia qumica a leos, combustveis, a gua, ao calor, abraso, e baixa permeabilidade a gases. Apresenta pouca resistncia aos agentes oxidantes fortes, hidrocarbonetos clorados, cetonas e steres.

6.7. FLUORELASTMERO (CFM, FVSI, FPM)

Mais conhecida como Viton, seu nome comercial, este produto caracterizado por apresentar alta resistncia qumica e a temperaturas elevadas. Apresenta excelente resistncia aos cidos fortes, leos, gasolina, solventes clorados, hidrocarbonetos alifticos e aromticos. No recomendada para uso com steres e cetonas.

6.8. SILICONE (SI)

A borracha silicone possui excelente resistncia ao envelhecimento, no sendo afetada pela luz solar ou oznio, por isso muito usada em ar quente. Tem pouca resistncia mecnica, aos hidrocarbonetos alifticos e aromticos e ao vapor.

6.9. ETILENO-PROPILENO (EPDM)

Elastmero com boa resistncia ao oznio, vapor, cidos, lcalis e intempries. No recomendado para uso com hidrocarbonetos aromticos.

6.10. HYPALON

Produto desenvolvido para aplicaes severas podendo ser utilizado em con-

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tato com oznio, oxignio, agentes oxidantes, cidos e bases. Apresenta resistncia a intempries, produtos qumicos e boa resistncia aos leos. No recomendada para uso com steres e hidrocarbonetos aromticos.

7. FIBRA CELULOSE

A folha de fibra de celulose, muito conhecida pelo nome comercial Velumide, fabricada a partir de celulose aglomerada com cola e glicerina. muito usada na vedao de produtos de petrleo, gases e vrios solventes. Limite mximo de temperatura de 120o C.

8. CORTIA

Gros de cortia so aglomerados com borracha para obter a compressibilidade da cortia, com as vantagens da borracha sinttica. Usada largamente quando a fora de aperto limitada, como em flanges de chapa fina estampada ou de material frgil como cermica e vidro. Recomendada para uso com gua, leos lubrificantes e outros derivados de petrleo em presses at 3 bar e temperatura at 120o C. Possui pouca resistncia ao envelhecimento e no deve ser usada em cidos inorgnicos, lcalis e solues oxidantes.

9. TECIDOS E FITAS

Tecidos de aramida, fibra cermica ou fibra de vidro impregnados ou no com um elastmero so algumas vezes usados em juntas industriais. O fio do tecido pode, para elevar a sua resistncia mecnica, ter reforo de fio metlico, como o lato ou ao inox. As espessuras vo de 0.8 mm (l/32) a 3.2 mm (1/8). Espessuras maiores so obtidas dobrando uma camada sobre a outra. Os elastmeros mais usados na impregnao de tecidos so: borracha SBR, Neoprene, Viton e Silicone.

9.1. JUNTAS DE TECIDOS E FITAS

Os tecidos e fitas so dobrados e moldados em forma de juntas. Se necessrio para atingir a espessura desejada podem ser dobrados e colados em vrias camadas. Estas juntas so usadas principalmente nas portas de visitas de caldeiras (manhole e handhole). Podem ser circulares, ovais, quadradas ou de outras formas. So tambm usadas em fornos, fornalhas, autoclaves, portas de acesso e painis de equipamentos. importante sempre verificar se a temperatura de servio compatvel com a mxima recomendada para o tecido e elastmero utilizados.

9.2. FITA TADPOLE

Os tecidos podem ser enrolados em volta de um ncleo, normalmente uma gaxeta de aramida, fibra cermica ou fibra de vidro, conforme mostrado na Figura 3.1. O tecido pode ter ou no impregnao de elastmeros. A junta com esta forma conhecida como tadpole.

Captulo 3 - Materiais para Juntas No-Metlicas

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Figura 3.1

10. PAPELO ISOLIT HT

um papelo isolante que apresenta o mesmo desempenho dos produtos de amianto. Fabricado atravs do processo de laminao, este produto composto de fibra cermica e de at 5% de fibras orgnicas que conferem ao produto elevada resistncia ao manuseio. Quando o produto exposto a temperaturas acima de 200 C, os componentes orgnicos so eliminados, resultados em um material totalmente inorgnico. Temperatura mxima de uso contnuo: 800 C.

11. FIBRA CERMICA Na forma de mantas usada para fabricao de juntas para uso em dutos de gases quentes e baixa presso. Material tambm empregado como enchimento em juntas semi-metlicas em substituio ao papelo de amianto. Limite de temperatura: 1 200o C.

12. BEATER ADDITION

O processo beater addition (BA) de fabricao de materiais para juntas semelhante ao de fabricao de papel. Nesta tcnica, as fibras orgnicas e/ou inorg-nicas so dispersas mecanicamente para aumentar a rea superficial sendo a seguir aglomeradas atravs da adio de um ligante. Devido sua limitada resistncia presso um material pouco usado em aplicaes industriais, exceto como enchimento de juntas semi-metlica para baixas temperaturas. Os materiais produzidos pelo processo BA esto disponveis em bobinas de at 120mm de largura, com espessuras de 0.3 mm a 1.5 mm.

13. PAPELO TEAPLAC

Os papeles Teaplac 97N e Teaplac 800 so materiais fabricados atravs do processo de laminao e utilizados na fabricao de juntas para usos em elevadas tem-peraturas e baixas presses.

O tecido se estende alm do ncleo, formando uma fita plana que pode ter furos de fixao. A seo circular oferece boa vedao em superfcies irregulares sujeitas a aberturas e fechamento freqentes, como portas de fornos e estufas.

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ANEXO 3.1

COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX

FluidosAcetato de MonovinilAcetato IsoproplicoAcetonacido Acticocido Arsnicocido Benzilsulfnicocido Bricocido Brmicocido Carbnicocido Ctricocido Clordricocido Dicloropropinicocido Estericocido Fluordricocido Fluorsilciocido Flicocido Frmicocido Fosfricocido Graxocido Lticocido Monocloroacticocido Ntricocido Olicocido Oxlicocido Sulfricocido Sulfricocido Sulfurosocido Tartricogua Boronatadagua Deaeradagua Mercaptanalcool Isoproplicolcool Amlicolcool Butlicolcool Etlico

Concentrao %Todas100

0 - 100TodasTodas

60TodasTodasTodasTodasTodas

90 100100

Todas0 a 20TodasTodas0 a 85TodasTodas100

Todas100

Todas0 a 70

Maior que 70TodasTodas

--

Saturada0 - 100

100100

0 - 100

Temperatura mxima oCTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

No Recomendado TodasTodasTodas

No Recomendado TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

Captulo 3 - Materiais para Juntas No-Metlicas

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ANEXO 3.1 (Continuao)

COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX

Fluidoslcool metlicoAnidrido aceticoAnilinaArBenzenoBiflureto de AmniaBromoCellosolve ButlicoCellosolve SolventeCloreto CpricoCloreto de AlummioClorato de ClcioCloreto de EstanhoCloreto de EtilaCloreto de NquelCloreto de SdioCloreto de ZincoCloreto FrricoCloreto FerrosoClorito de SdioCloro secoCloroetilbenzenoClorofrmioDibromo EtilenoDicloro EtilenoDietanolaminaDioxanoDixido de Enxofreter isoproplicoEtilaEtileno CloridinaEtileno Glicol Fluidos para transfernciade calor (todos)Fluidos refrigerantes

Concentrao %0 - 100

100100

-100

TodasTodas0 - 100TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas0 - 4100100100100100

Todas0 - 100Todas100

Todas0 - 8

Todas-

Todas

Temperatura mxima oC650

TodasTodas450

TodasTodas

No RecomendadoTodasTodasTodasTodas

No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

Todas

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ANEXO 3.1 (Continuao)

COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX

FluidosFluorGasolinaGlicerinaHexaclorobenzenoHidrato de CloralHidrocloreto de AnilinaHidrxido de AlumnioHidrxido de AmniaHidrxido de SdioHipocloreto de ClcioHipoclorito de SdioIodoManitolMetil-isobutil-cetonaMonocloreto de EnxofreMonoclorobenzenoMonoetanolaminaOctanolParadiclorobenzenoParaldedoQueroseneSulfato de AmniaSulfato de CobreSulfato de FerroSulfato de MangansSulfato de NquelSulfato de ZincoTetracloreto de CarbonoTetracloroetanoTicloreto de ArsnioTiocianato de AmoniaTricloreto de FsforoTricloroetilenoVaporXileno

Concentrao %Todas

-0 - 100

100-

0 - 60TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas100100100

Todas100100100

-TodasTodasTodasTodasTodasTodas100100100

0 63100100

-Todas

Temperatura mxima oCNo Recomendado

TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

No RecomendadoNo RecomendadoNo Recomendado

TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas650

Todas

Captulo 3 - Materiais para Juntas No-Metlicas

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CAPTULO

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JUNTAS EM PAPELO HIDRULICO

1. PAPELES HIDRULICOS TEADIT

So fabricados a partir da vulcanizao, sob presso, de elastmeros com fibras naturais, artificiais ou sintticas. Por serem bastante econmicos em relao ao seu de-sempenho, so os materiais mais usados na fabricao de juntas industriais, cobrindo ampla faixa de aplicao. Suas principais caractersticas so:

Elevada resistncia ao esmagamento Baixo relaxamento (creep relaxation) Resistncia a altas temperaturas e presses Resistncia a produtos qumicos

2. COMPOSIO E CARACTERSTICAS

Na fabricao do papelo hidrulico, fibras naturais ou sintticas, como a aramida (Kevlar*), so misturados com elastmeros e outros materiais, formando uma massa vis-cosa. Esta massa calandrada a quente at a formao de uma folha com as caractersticas fsicas e dimenses desejadas. A fibra, o elastmero ou a mistura de elastmeros, aditivos, a temperatura, presso e o tempo de processamento so combinados de forma a resultar em um papelo hidrulico com caractersticas especficas para cada aplicao.

(*Marca registrada da E. I. Du Pont de Nemours, EUA)

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2.1. FIBRAS

As fibras possuem funo estrutural, determinando, principalmente, as carac-tersticas de elevada resistncia mecnica dos papeles hidrulicos. Os papeles base de fibras sintticas so totalmente sem-amianto evitando os problemas ocupacionais causados pelo amianto.

2.2. ELASTMEROS

Os elastmeros, vulcanizados sob presso com as fibras, determinam a resistncia qumica do papelo hidrulico, dando-lhe tambm as suas caractersticas de flexibilidade e elasticidade. Os elastmeros mais usados so:

Borracha natural (NR): produto natural, extrado de plantas tropicais, que apre-senta excelente resistncia mecnica, boa resistncia qumica a sais inorgnicos e pouca resistncia a leos e solventes.

Borracha estireno-butadieno (SBR): produto desenvolvido como alternativa borracha natural, possuindo caractersticas similares.

Cloropreno (CR): mais conhecida pelo seu nome comercial Neoprene, esta bor-racha possui resistncia a leos, gasolina e fluidos refrigerantes.

Borracha nitrlica (NBR): produto reconhecido pela excelente resistncia qumica a leos, combustveis, gua e ao calor e pela baixa permeabilidade a gases.

Hypalon: produto desenvolvido para uso em aplicaes severas podendo ser utilizado em contato com oznio, oxignio, cidos e bases.

2.3. REFORO METLICO

Para elevar a resistncia mecnica, os papeles hidrulicos podem ser reforados com tela metlica. Estes materiais so recomendados para aplicaes onde a junta est sujeita a quebras durante o manuseio. A tela normalmente de ao carbono. Juntas de papelo hidrulico com insero metlica apresentam uma selabilidade menor, pois a insero da tela possibilita um vazamento atravs da prpria junta. A tela metlica tambm dificulta o corte da junta e deve ser usada somente quando estritamente necessrio.

2.4. ACABAMENTO

Os diversos tipos de papelo hidrulico so fabricados com dois acabamentos superficiais, ambos com o carimbo do tipo e marca Teadit:

Natural: permite uma maior aderncia ao flange. Grafitado: evita a aderncia ao flange, facilitando a troca da junta, quando esta feita com freqncia.

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2.5. DIMENSES DE FORNECIMENTO

Os papeles hidrulicos Teadit so normalmente comercializados em folhas de 1 500 mm por 1 600 mm. Sob encomenda podem ser fornecidos em folhas de 1 500 mm por 3 200 mm. Alguns materiais tambm podem ser fabricados em folhas de 3 000 mm por 3 200 mm.

3. CARACTERSTICAS FSICAS

As associaes normalizadoras e os fabricantes desenvolveram vrios testes para monitorar a uniformidade de fabricao, determinao das condies, limites de aplicao e comparao entre materiais de diversos fabricantes. Os principais testes so ASTM e DIN - EN. A descrio dos testes mais empregados ser apresentada a seguir.

3.1. TESTES ASTM

Os testes ASTM foram desenvolvidos principalmente para caracterizar materiais para juntas e, portanto, so utilizadas como critrio de controle de qualidade, comparaes e aceitao do produto. Os ensaios das normas ASTM no devem ser empregados como indicativo de desempenho. Na maioria dos casos, os ensaios so realizados na espessura de 0.8 mm (1/32). As espessuras mais empregadas em aplicaes industriais so acima de 1 mm. Por serem os primeiros testes desenvolvidos para caracterizar os papeles hi-drulicos, as normas ASTM continuam sendo amplamente utilizadas pelos fabricantes em suas especificaes de produtos.

3.1.1. COMPRESSIBILIDADE E RECUPERAO - ASTM F36A Medida de acordo com a Norma ASTM F36A, a compressibilidade a reduo de espessura do material quando submetido a uma carga de 5 000 psi (34.5 MPa) expressa como uma porcentagem da espessura original. Recuperao a retomada da espessura quando a carga sobre o material retirada, expressa como porcentagem da espessura comprimida. A compressibilidade indica a capacidade do material de se acomodar s imperfei-es dos flanges. Quanto maior a compressibilidade, mais facilmente o material preenche as irregularidades.

3.1.2. SELABILIDADE - ASTM F37 Medida de acordo com a Norma ASTM F37, a selabilidade indica a capacidade do material de vedar o fluido sob condies controladas de laboratrio com isoctano, presso de 1 atm e de presso de esmagamento variando de 125 psi (0.86 MPa) a 4 000 psi (27.58 MPa).

Captulo 4 - Juntas em Papelo Hidrulico

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3.1.3. PERDA DE APERTO - ASTM F38

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 estvel retm o aperto aps uma perda inicial, ao contrrio de um material instvel que apresenta uma contnua perda, causando uma degradao da vedao, com o tempo. A presso inicial de teste de 21 MPa, temperatura 100o C e tempo 22 horas. Quanto maiores a espessura do material e temperatura de operao, menor a reteno de aperto.

3.1.4. IMERSO EM FLUIDO - ASTM F146

Medida de acordo com a Norma ASTM F146, permite verificar a variao do material, quando imerso em fluidos por tempo e temperatura determinados. Os fluidos de testes de imerso mais comuns so o leo IRM 903, base de petrleo e o ASTM Fuel B, composto de 70% isoctano e 30% tolueno e tambm imerso em cidos. So verificadas variaes de compressibilidade, recuperao, aumento de espessura, reduo de resistncia trao e aumento de peso.

3.1.5. RESISTNCIA TRAO - ASTM F152

Medida de acordo com a Norma ASTM F152, um parmetro de controle de qualidade, e seu valor no est diretamente relacionado com as condies de aplicao do material.

3.1.6. PERDA POR CALCINAO - ASTM F495

Medida pela Norma ASTM F495 indica a porcentagem de material perdido ao calcinar o material.

3.2. TESTES DIN - EN

Os testes segundo as normas europias reproduzem com maior fidelidade as aplicaes industriais, pois so realizadas em corpos de prova com espessura 2 mm e temperaturas tpicas das aplicaes a que se destinam.

3.2.1. TESTES EM JUNTAS PARA GS - DIN 3535-6

Norma que estabelece os testes e requisitos para juntas a serem utilizadas em vlvulas, equipamentos e instalaes de gases operando at 1500 C. A espessura da junta para o teste de 2 mm. Os seguintes testes so realizados: acabamento, espessura, den-sidade, selabilidade, perda de massa aps imerso, compressibilidade, perda de aperto e recuperao a frio e a quente.

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3.2.2. PERDA DE APERTO - DIN 52913

Determina a perda de aperto, em tempo especificado, de uma amostra de 2mm de espessura submetida a uma dada carga inicial e temperatura. Estes valores so tabelados na norma de acordo com o tipo de material. O resultado expresso em MPa e significa o valor residual de aperto na junta.

3.2.3. PARMETROS PARA PROJETO - DIN-EN 13555

Procedimentos de teste para determinao dos parmetros para o projeto de flanges segundo a norma EN 1591-1. Norma recente, e ainda pouco usada por ocasio da edio deste livro.

3.3. TEMPERATURA MXIMA

No havendo teste internacionalmente