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Juntas Industriais - Teadit

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  • JUNTASINDUSTRIAIS

    4Edio4 Edio

    JOS CARLOS VEIGAJOS CARLOS VEIGA

  • 1JOS CARLOS VEIGA

    JUNTASINDUSTRIAIS

    4a Edio

  • 2Jos Carlos Veiga, 2003

    Reservam-se os direitos desta Jos Carlos Carvalho Veiga

    Av. Martin Luther King Jr., 893921530-010 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

    CapaAlexandre Sampaio

    DesenhosAltevir Barbosa Vidal

    GrficaBrasilform Chesterman Indstria Grfica

    Tiragem desta impresso: 3000 exemplares

    Edies AnterioresLngua 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)

    Lngua Inglesa1a Edio, 1994 10000 exemplares2a Edio, 1999 3000 exemplares3a Edio, 2003 3000 exemplares

    Lngua Espanhola1a Edio, 2003 2000 exemplares

    Veiga, Jos CarlosJuntas Industriais / Jos Carlos Veiga 4a Edio Rio de Janeiro, RJ :Abril, 2003.

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

  • 3Para a minha esposaMARIA ODETE

  • 4AGRADECIMENTO

    Agradeo aoGrupo TEADIT

    cujo apoio tem sidoimprescindvel para acontnua atualizao

    desta obra.

  • 5PrefcioA idia desta publicao surgiu, por acaso, ao final de uma palestra tcnica

    que estvamos ministrando em um cliente, quando um dos participantes nos perguntouporque no organizvamos todas as informaes e os exemplos que tnhamosapresentado em um livro, pois no havia conseguido encontrar nenhum materialpublicado de pesquisa sobre o tema.

    Decidimos ento compilar e ordenar todos os conhecimentos que o nossocorpo tcnico detinha, atravs dos resultados das aplicaes dos nossos produtos nosclientes e da analise tcnica dos dados de laboratrio da nossa Engenharia de Aplicao,estabelecendo assim uma correlao precisa entre a teoria e a prtica.

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

    Procuramos transmitir aqui nossa viso tcnica comprometida com a buscaconstante da inovao, pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias, em buscadas melhores solues para as necessidades de vedao dos nossos clientes, que, aolongo destes anos, nos brindaram com sua preferncia.

    Os assuntos contidos neste livro foram dispostos de modo a facilitar suaconsulta, criando um conjunto de informaes que possa ser til aos tcnicos daindstria 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.

    Grupo TEADIT

  • 6

  • 7Captulo 1 Introduo .................................................................. 11

    Captulo 2 Projeto .....................................................................131. Vazamento .................................................................................. 132. Vedao ...................................................................................... 143. Foras em uma Unio Flangeada ................................................ 144. Cdigo ASME ............................................................................ 155. Simbologia ................................................................................. 206. Clculo do Torque de Aperto dos Parafusos ................................ 217. Acabamento Superficial.............................................................. 238. Paralelismo da Superfcie de Vedao ......................................... 259. Planicidade da Superfcie de Vedao ......................................... 2710. Tipos de Flanges ......................................................................... 2711. As Novas Constantes de Juntas ................................................... 3012. Esmagamento Mximo ............................................................... 41

    Captulo 3 Materiais para Juntas No-Metlicas .................. 451. Critrios de Seleo .................................................................... 452. Fator P x T ou Fator de Servio .................................................. 463. Papelo Hidrulico ..................................................................... 464. Politetrafluoretileno PTFE ....................................................... 475. Grafite Flexvel Graflex . ....................................................... 476. Elastmeros ................................................................................ 497. Fibra Celulose ............................................................................ 518. Cortia ........................................................................................ 519. Tecidos e Fitas ............................................................................ 51

    SUMRIO

  • 810. Papelo de Amianto .............................................................. 5211. Papelo Isolit HT. ............................................................... 5312. Fibra Cermica ..................................................................... 5313. Beater Addition .................................................................... 5314. Papelo Teaplac. ................................................................. 53

    Captulo 4 Juntas em Papelo Hidrulico ................................ 63

    1. Papeles Hidrulicos Teadit ................................................. 632. Composio e Caractersticas ............................................... 633. Projeto de Juntas com Papelo Hidrulico ............................ 664. Juntas de Grandes Dimenses ............................................... 695. Espessura ............................................................................. 716. Fora de Aperto dos Parafusos .............................................. 717. Acabamento das Juntas ......................................................... 718. Acabamento das Superfcies de Vedao dos Flanges ........... 719. Armazenamento ................................................................... 72

    10. Papeles Hidrulicos Teadit Sem Amianto ............................ 7211. Papeles Hidrulicos Teadit Com Amianto ........................... 76

    Captulo 5 Juntas em PTFE ........................................................951. Politetrafluoretileno PTFE ................................................. 952. Tipos de Placas PTFE ........................................................... 953. TELON* - Placas de PTFE Aditivado .................................. 964. Quinflex - PTFE Expandido ................................................ 1035. Juntas Tipo 933 Envelopadas em PTFE ................................ 107

    Captulo 6 Materiais para Juntas Metlicas ............................1231 Consideraes Iniciais .......................................................... 1232 Ao Carbono ........................................................................ 1243 Ao Inoxidvel AISI 304 ...................................................... 1244 Ao Inoxidvel AISI 304L ................................................... 1245 Ao Inoxidvel AISI 316 ...................................................... 1246 Ao Inoxidvel AISI 316L ................................................... 1247 Ao Inoxidvel AISI 321 ...................................................... 1248 Ao Inoxidvel AISI 347 ...................................................... 1259 Monel................................................................................... 125

    10 Nquel 200 ............................................................................ 12511 Cobre ................................................................................... 125

  • 912 Alumnio ............................................................................... 12513 Inconel................................................................................... 12514 Titnio ................................................................................... 125

    Captulo 7 Juntas Metalflex. .......................................................1351 O que uma Junta Metalflex. ............................................... 1352 Materiais ................................................................................ 1363 Densidade .............................................................................. 1384 Dimensionamento .................................................................. 1385 Espessura ............................................................................... 1396 Limitaes Dimensionais e de Espessura ............................... 1397 Tolerncias de Fabricao ...................................................... 1408 Acabamento das Superfcies de Vedao ................................ 1409 Presso de Esmagamento ....................................................... 141

    10 Tipos ..................................................................................... 14111 Juntas Tipo 911 ...................................................................... 14112 Juntas de Acordo com a Norma ASME B16.20 ...................... 14413 Juntas Tipo 913 Apndice E ASME B.16.5 ........................ 14814 Outras Normas ....................................................................... 14815 Dimensionamento de Juntas Tipo 913 Especiais .................... 14816 Juntas Tipo 912 ...................................................................... 15017 Juntas Tipo 914 ...................................................................... 151

    Captulo 8 Juntas Metalbest. ......................................................1691 O que uma Junta Metalbest . .............................................. 1692 Metais .................................................................................... 1703 Enchimento............................................................................ 1704 Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............... 1705 Principais Tipos e Aplicaes ................................................ 1706 Juntas para Trocadores de Calor ............................................. 1737 Juntas Tipo 927 para Trocadores de Calor .............................. 179

    Captulo 9 Juntas Metlicas ..........................................................1831 Definio............................................................................... 1832 Juntas Metlicas Planas .......................................................... 1833 Materiais ................................................................................ 1844 Acabamento da Superfcie de Vedao ................................... 1845 Tipos de Juntas Metlicas Planas ........................................... 1846 Ring Joints ............................................................................. 188

  • 10

    Captulo 10 Juntas Camprofile ...................................................2031 Introduo ............................................................................. 2032 Materiais ............................................................................... 2053 Limites de Operao .............................................................. 2054 Clculo do Aperto.................................................................. 2065 Exemplo de Aplicao ........................................................... 2066 Acabamento Superficial......................................................... 2097 Dimensionamento.................................................................. 2098 Formatos ............................................................................... 2109 Juntas Camprofile para Flanges ASME B16.5........................ 210

    Captulo 11 Juntas para Isolamento Eltrico ..........................2151 Corroso Eletroqumica ......................................................... 2152 Proteo Catdica .................................................................. 2173 Sistema de Isolamento de Flanges .......................................... 2174 Especificao do Material das Juntas ..................................... 221

    Captulo 12 Instalao e Emisses Fugitivas ...........................2231 Procedimento de Instalao ................................................... 2232 Aplicao do Aperto .............................................................. 2243 Tenses Admissveis nos Parafusos ........................................ 2244 Causas de Vazamentos ........................................................... 2255 Flanges Separados, Inclinados ou Desalinhados ..................... 2256 Carga Constante ..................................................................... 2267 Emisses Fugitivas ................................................................ 229

    Captulo 13 Fatores de Converso .............................................235

    Bibliografia ........................................................................................237

  • 11

    CAPTULO

    1

    INTRODUO

    Este livro foi preparado para permitir um melhor projeto e aplicao dejuntas industriais. O seu sucesso em diversos pases e, especialmente, no Brasil, otornou uma referncia para quem est envolvido com Juntas Industriais. Esta QuartaEdio, revista e ampliada, incorpora os muitos avanos na tecnologia de juntasocorridos desde a publicao da edio anterior..

    Ao analisar vazamentos, que, primeira vista, so causados por deficincia dasjuntas, verifica-se, aps uma anlise mais cuidadosa, que pouca ateno foi dada adetalhes 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 eaplicao correta das juntas. Nos ltimos anos os limites tolerveis de emissesfugitivas esto sendo reduzidos obrigando as indstrias a adotar procedimentos decontrole cada vez mais rigorosos.

    O objetivo deste livro ajudar a prevenir estes acidentes, propiciando ummaior conhecimento de juntas industriais, especialmente as juntas em PapeloHidrulico e as espiraladas Metalflex, sem dvida as mais usadas em aplicaesindustriais.

    As condies existentes nas indstrias brasileiras foram cuidadosamenteconsideradas. Materiais e tipos de juntas no disponveis ou difceis de encontrarforam preteridos, enfocando-se, principalmente, aqueles mais comuns e de largaaplicao.

  • 12

    Este livro est dividido em captulos que cobrem os seguintes temas: Projeto e as Novas Constantes de Juntas. 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 e Emisses Fugitivas. Fatores de converso.

    As principais modificaes desta Quarta Edio so: Ampliao do captulo sobre juntas em PTFE com informaes e teste com juntas de PTFE Aditivado Tealon. Adio da Seo 9 no Captulo 10 sobre as juntas Camprofile para flanges ASME B16.5. Em todos os captulos as tabelas foram atualizadas e adicionadas.

    O autor deseja receber comentrios e sugestes que podem ser enviadospara Av. Martin Luther King Jr., 8939, 21530-010, Rio de Janeiro - RJ

  • 13

    CAPTULO

    2

    PROJETO

    1. VAZAMENTO

    Partindo do princpio da inexistncia do vazamento zero, se uma junta estou no vazando depende do mtodo de medio ou do critrio usado. Em certasaplicaes, o ndice de vazamento mximo pode ser, por exemplo, at uma gota degua por segundo. Em outras, pode ser o no aparecimento de bolhas de saboquando o equipamento estiver submetido a uma determinada presso. Condies maisrigorosas podem at exigir testes com espectrmetros de massa.

    No estabelecimento de critrio para medir o vazamento mximo admissveldeve-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 umvazamento de hlio entre 10-4 e 10-8 cm3/seg. O Centro Espacial Johnson (NASA), emHouston, Texas, estabelece o valor de 1.4 X 10 -3 cm/seg de N2 a 300 psig etemperatura ambiente. Como referncia, podemos estabelecer que uma gota de fluidotem um volume mdio de 0.05cm3. Sero, portanto, necessrias 20 gotas para fazer1cm3. Este um valor de referncia muito til para estabelecer o vazamento mximotolerado em aplicaes industriais.

    Com o advento do controle de Emisses Fugitivas estabeleceu-se inicialmenteo limite de 500 ppm (partes por milho) como o valor mximo admissvel devazamento para flanges. Este valor est sendo questionado como muito elevado ealgumas organizaes de controle do meio ambiente esto limitando a 100 ppm.

    A taxa de vazamento um conceito relativo e, em situaes crticas, deve sercriteriosamente estabelecida.

  • 14

    2. VEDAO

    Se fosse econmica e tecnicamente vivel a fabricao de flanges comsuperfcies planas e perfeitamente lapidadas, e se consegussemos manter estassuperfcies em contato permanente, no necessi tar amos de juntas. Estaimpossibilidade 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 devedao. Uma junta, ao ser apertada contra as superfcies dos flanges preenche asimperfeies entre elas, proporcionando a vedao. Portanto, para conseguirmos umavedao satisfatria, quatro fatores devem ser considerados:

    Fora de esmagamento inicial: devemos prover uma formaadequada de esmagar a junta , de modo que ela preencha asimperfeies dos flanges. A presso mnima de esmagamento normalizada pela ASME (American Society of MechanicalEngineers) e ser mostrada adiante. Esta fora de esmagamentodeve ser l imitada para no destruir a junta por esmagamentoexcessivo.

    Fora de vedao: deve haver uma presso residual sobre a junta,de modo a mant-la em contato com as superfcies dos flanges,evitando vazamentos.

    Seleo dos materiais: os materiais da junta devem resistir spresses s quais a junta vai ser submetida e ao fluido vedado. Acorreta seleo de materiais ser mostrada ao longo deste livro.

    Acabamento superficial: para cada tipo de junta e/ou materialexiste um acabamento recomendado para as superfcies de vedao.O desconhecimento destes valores uma das principais causas devazamentos.

    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 ajunta.

    Fora de separao: tambm originada pela presso interna etende a separar os flanges.

    Fora dos parafusos: a fora total exercida pelo aperto dos parafusos.

  • 15

    Carga do flange: a fora que comprime os flanges contra a junta.Inicialmente igual fora dos parafusos, aps a pressurizao dosistema 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.

    Do ponto de vista prtico, a presso residual deve ser x vezes a pressointerna, de modo a manter a vedao. Este valor de x conhecido como fator mno Cdigo ASME e varia em funo do tipo de junta. O valor de m a razo entre apresso residual (fora dos parafusos menos a fora de separao) sobre a junta e apresso interna do sistema. Quanto maior o valor de m, maior ser a segurana dosistema contra vazamentos.

    4. CDIGO ASME

    O Captulo 8 do Cdigo ASME (American Society of Mechanical Engineers)estabelece os critrios para o projeto de juntas e os valores de m (fator da junta) ede y (presso mnima de esmagamento). Estes valores no so obrigatrios, mas sebaseiam em resultados de aplicaes prticas bem sucedidas. O projetista tem aliberdade de usar valores diferentes, sempre que os dados disponveis indiquem estanecessidade.

  • 16

    O Apndice II, do mesmo captulo, requer que o clculo de uma unioflangeada com aperto por parafusos seja feito para duas condies independentes: deoperao e de esmagamento.

    Nota: o procedimento de clculo a seguir deve ser usado sempre em unidadesinglesas de medida.

    4.1 CONDIES OPERACIONAIS

    Esta condio determina uma fora mnima, pela equao:

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

    Esta equao estabelece que a fora mnima dos parafusos necessria para ascondies operacionais igual soma da fora de presso mais uma carga residualsobre a junta vezes um fator e vezes a presso interna. Ou, interpretando de outramaneira, esta equao estabelece que a fora mnima dos parafusos deve ser tal quesempre exista uma presso residual sobre a junta maior que a presso interna dofluido. O Cdigo ASME sugere os valores mnimos do fator m para os diversostipos de juntas, como mostrado na Tabela 2.1.

    4.2. ESMAGAMENTO

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

    Wm2 = p b G y (eq. 2.2)

    onde b definido como a largura efetiva da junta e y o valor da presso mnimade esmagamento, obtida na Tabela 2.1. O valor de b calculado por:

    b = b0, quando b0 for igual ou menor 6.4 mm (1/4")

    ou

    b = 0.5 ( b0 ) 0.5 quando b0 for maior que 6.4 mm (1/4")

    O Cdigo ASME tambm define como calcular b0 em funo da face doflange, como mostrado nas Tabelas 2.1 e 2.2.

    4.3. REA DOS PARAFUSOS

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

  • 17

    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 Amdeve 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 sejaigual ou maior que Am:

    Ab = (nmero de parafusos) x (rea mnima do parafuso, pol2)

    A rea resistiva dos parafusos Ab deve ser maior ou igual a Am.

    4.5. PRESSO MXIMA SOBRE A JUNTA

    A presso mxima sobre a junta calculada pela frmula:

    Sg (max) = (Wm) / ((p/4) (de2 - di2) )) (eq. 2.5)

    ouSg (max) = (Wm) / ((p/4) ( (de - 0,125)

    2 - di2)) ) (eq. 2.6)

    Onde Wm o maior valor de Wm1 ou Wm2. A equao 2.6 deve ser usada parajuntas Metalflex e a equao 2.5 para os demais tipos de juntas.

    O valor de Sg, calculado pelas equaes 2.5 ou 2.6, deve ser menor que apresso de esmagamento mxima que a junta capaz de resistir. Se o valor de Sg formaior, escolher outro tipo ou, quando isto no for possvel, aumentar a rea da juntaou prover o conjunto flange/junta de meios para que a fora de esmagamento noultrapasse o mximo admissvel. Os anis internos e as guias de centralizao nasjuntas Metalflex so exemplos de meios para evitar o esmagamento excessivo.

  • 18

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

    Material da junta my

    (psi)Perfil

    ou tipoColuna b0Superfcie

    de vedaoBorracha - abaixo de 75 Shore A

    - acima de 75 Shore Ac/reforo tela algodo

    Papelo Hidrulico 3.2 mm espessura1.6 mm espessura0.8 mm espessura

    Fibra vegetal

    Metalflex ao inox ou Monel eenchimento de AmiantoDupla camisa metlica corrugada

    AlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxdveis

    Corrugada metlica AlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxidveis

    Dupla camisa metlica lisaAlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxidveis

    Metlica ranhurada AlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxidveis

    Metlica slida AlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxidveis

    Ring Joint Ao carbonoMonelAos 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

    1600370065001100

    10000

    2900370045005500650037004500550065007600

    550065007600800090005500650076009000

    101008800

    13000180002180026000180002180026000

    plana

    plana

    plana

    911, 913914

    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)

  • 19

  • 20

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

    5. 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 valorentre 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 dosflanges (pol)

    b0 = largura bsica de esmagamento da junta (pol)

    de = dimetro externo da junta (pol)

    di = dimetro interno da junta (pol)

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

    m = fator da junta, Tabela 2.1

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

  • 21

    P = presso de projeto (1bs/pol2)

    Sa = tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente (1b/pol2)

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

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

    Wm = fora mnima de instalao da junta (1b)

    Wm1= fora mnima necessria nos parafusos nas condies operacionais (1b)

    Wm2= fora mnima necessria nos parafusos para esmagar a junta (1b)

    y = presso mnima de esmagamento, Tabela 2.1 (1b/pol2)

    6. CLCULO DO TORQUE DE APERTO DOS PARAFUSOS

    6.1. FATOR DE ATRITO

    A fora de atrito a principal responsvel pela manuteno da fora de apertode um parafuso. Imaginando um fio de rosca desenrolado, podemos represent-lopor um plano inclinado. Ao se aplicar um torque de aperto, o efeito produzido semelhante ao de empurrar um corpo sobre um plano inclinado, sujeito s forasmostradas na Figura 2.2.

    Figura 2.2

  • 22

    Onde:a = ngulo de inclinao da rosca.d = dimetro do parafuso.Fp = fora de aperto do parafuso.Fa = fora de atrito.Fn = fora normal rosca.k = fator de aperto.Np = nmero de parafusos.r = raio do parafuso.T = torque aplicado ao parafuso.u = coeficiente de atrito.

    Fazendo o equilbrio das foras atuantes no sentido paralelo ao planoinclinado, temos:

    (T/r) cos a = uFn + Fp sen a. (eq. 2.7)

    no sentido perpendicular ao plano inclinado, temos:

    Fn = Fp cos a + (T/r) sen a (eq. 2.8)

    Sendo o ngulo da rosca muito pequeno, para facil idade de clculo,desprezamos a parcela (T/r) sen a na equao 2.8. Substituindo o valor de Fn naequao 2.7, temos:

    (T/r) cos a = uFp cos a + Fp sen a (eq. 2.9)

    calculando o valor de T, temos:

    T = Fp r (u + tg a) (eq. 2.10)

    Como o coeficiente de atrito constante para uma determinada condio delubrificao, como tg a tambm constante para cada rosca e substituindo r por d,temos:

    T = kFpd (eq. 2.11)

    onde k um fator determinado experimentalmente. Os valores de k para parafusos deao bem lubrificados com leo e grafite esto mostrados na Tabela 2.3. Os valoresbaseiam-se em testes prt icos. Parafusos no lubrif icados apresentamaproximadamente 50% de diferena. Diferentes lubrificantes podem dar valoresdiferentes dos mostrados na Tabela 2.3, que devem ser determinados em testesprticos.

  • 23

    6.2. TORQUE DE APERTO

    Para calcular o toque de aperto devemos verificar qual o maior valor da forade aperto necessria, Wm1 ou Wm2, conforme calculado nas equaes 2.1 e 2.2.Substituindo na equao 2.11, temos:

    T1 = (k Wm1 d) / Np (eq. 2.12)

    T2 = (k Wm2 d) / Np (eq. 2.13)

    O valor de T deve ser o maior dos valores obtidos nas equaes 2.12 e 2.13.

    Tabela 2.3PARAFUSOS OU ESTOJOS EM AO OU AO-LIGA

    7. ACABAMENTO SUPERFICIAL

    Para cada tipo de junta existe um acabamento recomendado para a superfciedo flange. Este acabamento no mandatrio, mas baseia-se em resultados deaplicaes prticas bem-sucedidas.

    Como regra geral, necessrio que a superfcie seja ranhurada para as juntasno metlicas. Juntas metlicas exigem acabamento liso e as semi-metlicasligeiramente spero. A razo para esta diferena que as juntas no-metlicas precisamser mordidas pela superfcie de vedao, evitando, deste modo, umaextruso ou a expulso da junta pela fora radial.

    l/45/163/8

    7/16l/2

    9/165/83/47/81

    1 1/81 1/41 3/81 1/21 5/81 3/41 7/8

    2

    2018161413121110987766

    5 1/255

    4 1/2

    0.230.220.180.190.200.210.190.170.170.180.200.190.200.180.190.200.210.19

    1729446081

    105130195270355447574680834977

    112513221484

    Dimetro Nominalpol

    Fios por polegada Fator de Atritok

    rea da raizdarosca - mm2

  • 24

    No caso das juntas metlicas slidas, necessrio uma fora muito elevadapara escoar o material nas imperfeies do flange. Assim, quanto mais lisa asuperfcie, menores sero as possibilidades de vazamento.

    As juntas espiraladas Metalflex requerem um pouco de rugosidade superficialpara evitar o deslizamento sob presso.

    O tipo da junta vai, portanto, determinar o acabamento da superfcie devedao, no existindo um acabamento nico para atender aos diversos tipos dejuntas.

    O material da junta deve ter dureza sempre menor do que o do flange, demodo que o esmagamento seja sempre na junta, mantendo o acabamento superficialdo flange inalterado.

    7.1. ACABAMENTOS COMERCIAIS DAS FACES DOS FLANGES

    As superfcies dos flanges podem variar do acabamento bruto de fundio ato lapidado. Entretanto, o acabamento mais encontrado comercialmente para flangesem ao o ranhurado concntrico ou em espiral fonogrfica, conforme mostrado nafigura 2.3. Ambas so usinadas com ferramentas com, no mnimo, 1.6 mm (1/16") deraio e 45 a 55 ranhuras por polegada. Este acabamento deve ter de 3.2 mm (125 mpol)Ra a 6.3 mm (250 mpol) Ra .

    Figura 2.3

    7.2. ACABAMENTOS RECOMENDADOS

    A Tabela 2.4 indica o tipo de acabamento para os tipos de juntas industriaismais usados.

    De acordo com a MSS SP-6 Standard Finishes for Contact of Pipe Flangesand Connecting-End Flanges of Valves and Fittings, o valor Ra (RoughnessAverage) est expresso em micro-metros (mm) e em micro-polegadas (mpol). Deve seravaliado por comparao visual com os padres Ra da Norma ASME B46.1 e no porinstrumentos com estilete e amplificao eletrnica.

  • 25

    7.3. ACABAMENTO SUPERFICIAL E SELABILIDADE

    A seguir, esto algumas regras que devem ser observadas ao compatibilizar oacabamento 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 umafora 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 doflange.

    Qualquer que seja o tipo de junta ou de acabamento importante no haver riscosou marcas radiais de ferramentas na superfcie de vedao. Estes riscos radiaisso muitos difceis de vedar e, quando a junta usada metlica, isso se tornaquase 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 umcanal de vazamento de uma extremidade a outra da espiral.

    Como os materiais possuem durezas e limites de escoamento diferentes, a escolhado tipo de acabamento da superfcie do flange vai depender fundamentalmente domaterial da junta.

    8. PARALELISMO DAS SUPERFCIES DE VEDAO

    A tolerncia para o paralelismo est mostrada na Figura 2.4. A ilustrao dadireita menos crtica, pois o aperto dos parafusos tende a corrigir o problema.

    Total fora de paralelismo: 1 + 2 < = 0.4 mm

    Figura 2.4

  • 26

    Descrio da junta

    Plana no-metlica

    Metlica corrugada

    Metlica corrugada comrevestimento amianto

    Metalflex (espiro-metlica)

    Metalbest (dupla camisametlica )

    Plana metlica

    Metlica ranhurada

    Metlica ranhurada comcobertura

    Ring-Joint metlico

    TipoTeadit

    810820900

    905

    911913914920

    923

    926

    927

    929

    940

    941

    942

    950

    951

    RX

    BX

    1.6

    3.2 a 6.3

    1.6

    3.2

    2.0 a 6.3

    1.6 a 2.0

    1.6

    1.6

    1.6 a 2.0

    125 a 250

    63

    125

    63

    80 a 250

    63 a 80

    63

    63

    63 a 80

    Acabamento SuperficialRa

    Seo transversalda junta

    mm m pol

    Tabela 2.4Acabamento da Superfcie de Vedao dos Flanges

  • 27

    9. PLANICIDADE DAS SUPERFCIES DE VEDAO

    A variao na planicidade das superfcies de vedao (Figura 2.5) depende dotipo de junta:

    Juntas em papelo hidrulico ou borracha: 0.8 mm. Juntas Metalflex: 0.4 mm. Juntas metlicas slidas: 0.1 mm.

    Figura 2.5

    10. TIPOS DE FLANGES

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

    10.1. FACE PLANA

    Junta no confinada (Figura 2.6). As superfcies de contato de ambos osflanges 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 materiaisfrgeis.

    Figura 2.6

  • 28

    10.2. FACE RESSALTADA

    Junta no confinada (Figura 2.7). As superfcies de contato so ressaltadas de1.6 mm ou 6.4 mm. A junta abrange normalmente at os parafusos. Permite acolocao e retirada da junta sem afastar os flanges, facilitando eventuais trabalhos demanuteno. o tipo mais usado em tubulaes.

    Figura 2.7

    10.3. LINGETA E RANHURA

    Junta totalmente confinada (Figura 2.8). A profundidade da ranhura igual ouum pouco maior que a altura da lingeta. A ranhura cerca de 1.6 mm mais larga quea lingeta. A junta tem, normalmente, a mesma largura da lingeta . necessrioafastar os flanges para a colocao da junta. Este tipo de flange produz elevadaspresses sobre a junta, no sendo recomendado para juntas no metlicas.

    Figura 2.8

  • 29

    10.4. MACHO E FMEA

    Junta semi-confinada (Figura 2.9). O tipo mais comum o da esquerda. Aprofundidade da fmea igual ou menor que a altura do macho, para evitar apossibilidade de contato direto dos flanges quando a junta comprimida. O dimetroexterno da fmea at de 1.6 mm maior que o do macho. Os flanges devem serafastados para montagem da junta. Nas figuras da direita e esquerda a junta estconfinada no dimetro externo; na figura do centro, no dimetro interno.

    Figura 2.9

    10.5. FACE PLANA E RANHURA

    Junta totalmente confinada (Figura 2.10). A face de um dos flanges plana e aoutra possui uma ranhura onde a junta encaixada. Usadas em aplicaes onde adistncia entre os flanges deve ser precisa. Quando a junta esmagada, os flangesencostam. Somente as juntas de grande resilincia podem ser usadas neste tipo demontagem. Juntas espiraladas, O-rings metlicos no slidos, juntas ativadas pelapresso e de dupla camisa com enchimento metlico so as mais indicadas.

    Figura 2.10

  • 30

    10.6. RING-JOINT

    Tambm chamado anel API (Figura 2.11). Ambos os flanges possuem canaiscom paredes em ngulo de 23 0 . A junta de metal slido com perfil oval ouoctogonal, que o mais eficiente.

    Figura 2.11

    11. AS NOVAS CONSTANTES DE JUNTAS

    Tradicionalmente os clculos de flanges e juntas de vedao usam as frmulase 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 manutenom para os diversos tipos de juntas. Estes valores foram determinados a partir detrabalho experimental 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 adeterminao dos valores de m e y para estes materiais. Em 1974 foi iniciadopelo Pressure Vessel Research Committee (PVRC) um programa experimental paramelhor entender o comportamento de uma unio flangeada, j que no havia nenhumateoria analtica que permitisse determinar este comportamento. O trabalho foipatrocinado por mais de trinta instituies, entre elas a ASME, American PetroleumInstitute (API), American Society for Testing Materials (ASTM) e Fluid SealingAssociation (FSA). A Escola Politcnica da Universidade de Montreal, Canad, foicontratada para realizar os testes, apresentar resultados e sugestes.

    No decorrer do trabalho verificou-se no ser possvel a determinao devalores de m e y para os novos materiais. Tambm foi constatado que osvalores para os materiais tradicionais no eram consistentes com os resultados obtidosnas experincias.

    Os pesquisadores optaram por desenvolver , a partir da base experimental,nova metodologia para o clculo de juntas que fosse coerente com os resultados

  • 31

    prticos ento obtidos. At a edio deste livro a ASME ainda no havia publicado anova metodologia de clculo baseada nas constantes

    11.1. COMO FORAM REALIZADOS OS ENSAIOS

    Foram escolhidos para a pesquisa juntas que melhor representassem asaplicaes industriais:

    Metlicas: planas (940) e ranhuradas (941) em ao carbono, cobrerecozido 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.As juntas foram testadas em vrios aparelhos, um deles est esquematizado na

    Figura 2.12.

    Figura 2.12

    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 2.13: a

    junta apertada at atingir uma compresso Sg e deflexo Dg.

  • 32

    Mantendo Sg constante a presso elevada at atingir 100 psi. Nesteinstante o vazamento Lrm medido. O mesmo procedimento repetido para 200 e 400 psi.

    Em seguida o aperto da junta reduzido (parte B da curva) mantendoa presso do fluido constante em 100, 200 e 400 psi, o vazamento medido em intervalos regulares. O aperto reduzido at o vazamentoexceder 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 ajunta em teste.

    Se a presso do fluido for colocada em funo do vazamento em massa paracada valor da presso de esmagamento temos o grfico da Figura 2.14.

    Em paralelo foram tambm realizados ensaios para determinar o efeito doacabamento 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 juntaem resistir as condies operacionais so mais importantes que pequenas variaes noacabamento da superfcie de vedao.

    Figura 2.13

  • 33

    Figura 2.14

    Dos trabalhos experimentais realizados pela Universidade de Montreal foramtiradas vrias concluses entre as quais destacam-se:

    As juntas apresentam um comportamento similar no importando otipo 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 (TightnessParameter) Tp, adimensional, como a melhor forma de representar ocomportamento dos diversos tipos de juntas.

    Tp = (P/P*) x (Lr m */ (Lrm x Dt))a

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

    P = presso interna do fluido (MPa)

    P* = presso atmosfrica (0.1013 MPa)

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

    Lr m * = vazamento em massa de referncia, 1 mg/seg-mm.Normalmente tomado para uma junta com 150mm dedimetro externo.Dt = dimetro externo da junta (mm)

    O Parmetro de Aperto pode ser interpretado como: a presso necessria paraprovocar um certo nvel de vazamento. Por exemplo, o valor de Tp igual a 100significa que necessrio uma presso de 100 atmosferas (1470 psi ou 10.1 MPa)

  • 34

    para atingir um vazamento de 1 mg/seg-mm em uma junta com 150mm de dimetroexterno.

    Colocando em escala log-log os valores experimentais do Parmetro de Apertotemos o grfico da Figura 2.15.

    Figura 2.15

    Do grfico podemos estabelecer as Constantes da Junta, que, obtidasexperimentalmente, permitem determinar o comportamento da junta. As constantesso:

    Gb = ponto de interseo da linha de esmagamento inicial com oeixo 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).

    Na Tabela 2.5 esto algumas constantes para os tipos de juntas mais usados.Est em fase de aprovao pela ASTM mtodo para determinao das constantes dejuntas.

  • 35

    Papelo hidrulico com fibra de amianto1.6 mm espessura3.2 mm espessura

    Papelo hidrulico com 1.6 mm espessuraTeadit NA 1002Teadit NA 1100

    Lmina de PTFE expandido Quimflex SH1.6 mm espessura

    Junta de PTFE expandido Quimflex

    Lmina de PTFE reforadoTeadit TF 1580Teadit TF 1590

    Lmina de Grafite Expandido (Graflex )Sem reforo (TJB)Com reforo chapa perfurada ao inoxidvel (TJE)Com reforo chapa lisa de ao inoxidvel (TJR)Com reforo de filme polister (TJP)

    Junta espirometalica Metalflex em ao inoxidvel e Graflex

    Sem anel interno ( tipo 913 )Com anel interno ( tipo 913 M )

    Junta espirometalica Metalflex em ao inoxidvel e PTFESem anel interno ( tipo 913 )Com anel interno ( tipo 913 M )

    Junta dupla camisa Metalbest em ao carbono e enchimentoem Graflex

    Lisa ( tipo 923 )Corrugada ( tipo 926 )

    Junta metlica lisa ( tipo 940 )AlumnioCobre recozido ou lato

    17.2402.759

    0.9380.903

    2.945

    8.786

    0.7861.793

    6.6909.6555.6286.690

    15.86217.448

    31.03415.724

    20.00058.621

    10.51734.483

    0.1500.380

    0.450.44

    0.313

    0.193

    0.4470.351

    0.3840.3240.3770.384

    0.2370.241

    0.1400.190

    0.2300.134

    0.2400.133

    0.8070.690

    5 E-45.4 E-3

    3 E-4

    1.8 E-14

    1.103 E-80.043

    3.448 E-46.897 E-54.552 E-43.448 E-4

    0.0900.028

    0.4830.462

    0.1031.586

    1.3791.779

    Material da JuntaG b

    (MPa) aGs

    (MPa)

    Tabela 2.5Constantes de Juntas

  • 36

    A figura 2.16 mostra o grfico de uma junta espiralada tipo 913 com ao inox eGraflex.

    Figura 2.16

    11.2. CLASSE DE APERTO

    Um dos conceitos mais importantes introduzidos pelos estudos do PVRC o daClasse de Aperto. Como no possvel termos uma vedao perfeita como sugeria osantigos valores de m e y os pesquisadores sugeriram a introduo de Classes deAperto que correspondem a trs nveis de vazamento mximo aceitvel para aaplicao.

    Tabela 2.6Classe de Aperto

    Classe de Aperto Vazamento ( mg / seg-mm ) Constante de Aperto CAr, gua 0.2 ( 1/5 ) 0.1Standard 0.002 ( 1/500 ) 1.0Apertada 0.000 02 ( 1/ 50 000 ) 10.0

    provvel que futuramente haja uma classificao dos diferentes fluidos nas classesde vazamento levando-se em considerao os danos ao meio ambiente, riscos deincndio, exploso etc.

    As autoridades encarregadas da defesa do meio ambiente de alguns pases j estoestabelecendo nveis mximos de vazamentos aceitveis.

  • 37

    Podemos visualizar os valores propostos fazendo um exemplo prtico. Setomarmos uma junta espiral para flange ASME B16.5 de 4 polegadas de dimetronominal e classe de presso 150 psi, padro ASME B16.20 com aperto na classe devazamento standard de 0.002 mg/seg.mm temos:

    Vazamento (Lrm) = 0.002 x dimetro externoLrm = 0.002 x 149.4 = 0.2988 mg/seg = 1.076 g/hora

    Como vazamentos em massa so de visualizao difcil, abaixo esto tabelasprticas para melhor entendimento.

    Tabela 2.7Equivalncia volumtrica

    Tabela 2.8Equivalncia em bolhas

    Vazamento Volume equivalente Equivalente em bolhas

    10-1 mg / seg 1 ml a cada 10 segundos Fluxo constante10-2 mg / seg 1 ml a cada 100 segundos 10 bolhas por segundo10-3 mg / seg 3 ml por hora 1 bolha por segundo10-4 mg / seg 1 ml a cada 3 horas 1 bolha a cada 10 segundos

    11.3. EFICINCIA DE APERTO

    Estudos mostraram uma grande variao da fora exercida por cada parafusomesmo em situaes onde o torque aplicado de forma controlada. O PVRC sugeriua introduo de um fator de eficincia de aperto diretamente relacionado com omtodo usado para aplicar a fora de esmagamento. Os valores da eficincia do apertoesto na Tabela 2.9.

    Tabela 2.9Eficincia do aperto

    Mtodo de aperto Eficincia do aperto Ae

    Torqumetro de impacto ou alavanca 0.75Torque aplicado com preciso ( 3 % ) 0.85Tensionamento direto e simultneo 0.95Medio direta da tenso ou elongao 1.00

    Fluido Massa - mg / seg Volume - l / hgua 1 0.036Nitrognio 1 3.200Hlio 1 22.140

    Equivalncia volumtrica

  • 38

    11.4. PROCEDIMENTO DE CLCULO MTODO PVRC

    O mtodo proposto pelo PVRC apresenta vrias simplificaes para facilitar osclculos. Entretanto, estas simplificaes podem provocar grandes variaes noclculo. Estas variaes esto apresentadas na publicao The Exact Methodapresentado 6th Annual Fluid Sealing Association Technical Symposium, Houston,TX, October, 1996 pelo Engenheiro Antnio Carlos Guizzo, Diretor Tcnico daTeadit Indstria e Comrcio. O mesmo autor apresentou outro trabalho no SealingTechnical Symposium, Nashville, TN, April 1998, onde mostra o comportamento dasjuntas comparando os resultados experimentais com valores previstos nos mtodos declculo propostos. Cpias destas publicaes podem ser solicitadas Teadit noendereo indicado no incio deste livro.

    Nota importante: na poca da publicao da Terceira Edio deste livro omtodo proposto pelo PVRC ainda no estava aprovado pela ASME. O seu uso deveser cuidadosamente analisado para evitar danos pessoais e materiais provenientes dasincertezas que ainda podem existir na sua aplicao.

    Determinar na Tabela 2.5, as constantes Gb, a, e Gs para a junta que vaiser usada

    Determinar na Tabela 2.6, para a Classe de Aperto, e a Constante deAperto, C

    Determinar na Tabela 2.9, a eficincia de montagem, Ae, de acordo coma ferramenta a ser usada no aperto dos parafusos

    Calcular a rea de contato da junta com o flange (rea de esmagamento),Ag

    Determinar a tenso admissvel nos parafusos na temperatura ambiente:Sa

    Determinar a tenso admissvel nos parafusos na temperatura deoperao: Sb

    Calcular a rea efetiva de atuao da presso do fluido, Ai, deacordo com o Cdigo ASME:

    Ai = ( p /4 ) G2

    G = de- 2bb = .5 ( b ) 0.5 ou b = bo se bo menor que 6.4 mm ( 1/4 pol )bo = N / 2

    onde G o dimetro efetivo da junta conforme Cdigo ASME ( Tabelas 2.1 e 2.2 )

    Calcular o parmetro de aperto mnimo, Tpmin;

    Tpmin = 18.0231 C Pd

  • 39

    onde C a constante de aperto escolhida e Pd a presso de projeto.

    Calcular o parmetro de aperto de montagem, Tpa. Este valor de Tpa deveser atingido durante a montagem da junta para assegurar que o valor deTp durante a operao da junta seja igual ou maior que Tpmin.

    Tpa = X Tpmin

    onde X > = 1.5 ( Sa / Sb)

    onde Sa a tenso admissvel nos parafusos na temperatura ambiente e Sb a tenso admissvel nos parafusos na temperatura de projeto.

    Calcular a razo dos parmetros de aperto:

    Tr = Log (Tpa) / Log (Tpmin)

    Calcular a presso mnima de aperto para operao da junta. Esta presso necessria para resistir fora hidrosttica e manter uma presso najunta tal que o Parmetro de Aperto seja, no mnimo, igual a Tpmin

    Sml = Gs [(Gb / Gs) ( Tpa )a ] (1/Tr)

    Calcular a presso mnima de esmagamento da junta:

    Sy a = (Gb / Ae) ( Tpa )a

    onde Ae a Eficincia do Aperto, obtido na Tabela 2.9

    Calcular a presso de esmagamento de projeto da junta:

    Sm2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag)

    onde Ag a rea de contato da junta com a superfcie de vedao doflange

    Calcular a fora mnima de esmagamento:

    Wmo = ( Pd A i ) + ( Smo A g )

    onde Smo a o maior valor de Sm1, Sm2 ou 2 Pd

    Calcular a rea resistiva mnima dos parafusos:

    Am = Wmo / Sb

  • 40

    Nmero de parafusos:

    A rea real dos parafusos, Ab, deve ser igual ou maior que Am. Para isso necessrio escolher um nmero de parafusos tal que a soma das suasreas seja igual ou maior do que Am

    11.5. EXEMPLO DE CLCULO PELO MTODO PVRC

    Junta espiralada dimetro nominal 6 polegadas, classe de presso 300 psi,dimenses conforme Norma ASME B16.20, com espiral em ao inoxidvel,enchimento em Graflex e anel externo em ao carbono bicromatizado. Flange com 12parafusos de dimetro 1 polegada em ASTM SA193-B7.

    Presso de projeto: Pd = 2 MPa (290 psi) Presso de teste: Pt = 3 MPa (435 psi) Temperatura de projeto: 450o C Parafusos ASTM AS 193-B7, tenses admissveis:

    Temperatura ambiente: Sa = 172 MPa Temperatura de operao: Sb = 122 MPa Quantidade: 12 parafusos

    Da Tabela 2.5 tiramos as constantes da junta:Gb = 15.862 MPaa = 0.237Gs = 0.090 MPa

    Classe de aperto: standard, Lrm = .002 mg/seg-mm Constante de aperto: C = 1 Aperto por torqumento: Ae = 0.75 rea de contato da junta, Ag:

    Ag = ( p /4 ) [(de - 3.2)2 - di2] = 7271.390 mm2

    de = 209.6 mmdi = 182.6 mm

    rea efetiva de atuao da presso interna, Ai:

    Ai = ( p /4 ) G2 = 29711.878 mm2

    G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mmb = b0 = 5.95mmbo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm

    Parmetro de aperto mnimo:

    Tpmin = 18.0231 C Pd = 36.0462

  • 41

    Parmetro de aperto de montagem:

    Tpa = X Tpmin = 1.5 ( 172 / 122 ) 36.0462 = 76.229

    Razo dos parmetros de aperto:

    Tr = Log (Tpa) / Log (Tpmin) = 1.209

    Presso mnima de aperto para operao:

    Sml = Gs [( Gb / Gs ) ( Tpa )a ] 1/Tr = 15.171 MPa

    Presso mnima de esmagamento:

    Sy a = [ Gb/Ae ] ( Tpa )a = 59.069 MPa

    Calcular a presso de esmagamento de projeto da junta:

    Sm2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag) = 19.759 MPa

    Fora mnima de esmagamento:

    Wmo = ( Pd A i ) + ( Smo A g )

    onde Smo a o maior valor de

    Sm1 = 15.171Sm2 = 19.7592 Pd = 4

    Wmo = ( Pd A i ) + ( Smo A g ) = 203 089 N

    12. ESMAGAMENTO MXIMO

    Nas Sees 4 e 11 deste Captulo esto os mtodos para calcular a fora deesmagamento mnima da junta para assegurar uma vedao adequada. Entretanto,conforme os estudos do PVRC quanto maior o aperto maior a selabilidade, portanto, interessante saber qual o valor da fora de aperto mxima. Fazendo-se a instalaocom o aperto prximo do mximo tira-se proveito da possibilidade de uma maiorselabilidade.

    Um problema freqentemente encontrado so juntas danificadas por excessode aperto. Para todos os tipos de juntas possvel estabelecer qual a presso mximade esmagamento, este valor no deve ser superado na instalao sob pena de danificara junta.

  • 42

    12.1 CLCULO DA FORA MXIMA DE APERTO

    A seguir est descrito mtodo para calcular o aperto mximo admissvel pelajunta e pelos parafusos.

    Calcular a rea de contato da junta com o flange (rea de esmagamento),Ag.

    Calcular a rea efetiva de atuao da presso do fluido, Ai, de acordocom o Cdigo ASME:

    Ai = ( p /4 ) G2

    G = de - 2bb = .5 ( b ) 0.5 ou b = b0 se b0 for menor que 6.4 mmb0 = N/2

    onde G o dimetro efetivo da junta conforme tabelas do Cdigo ASME

    Calcular a fora de presso, H:

    H = Ai Pd

    Calcular a fora mxima disponvel para o esmagamento, Wdisp:

    Wdisp = Aml Np Sa

    onde Aml a rea da raiz da rosca dos parafusos ou menor rea sobtenso, Np o nmero de parafusos e Sa a tenso mxima admissvelnos parafusos na temperatura ambiente.

    Calcular a presso de esmagamento da junta, Sy a:

    Sy a = Wdisp / Ag

    Determinar a mxima presso de esmagamento para a junta de acordocom a recomendao do fabricante, Sym.

    Estabelecer como a presso de esmagamento mxima, Sys, o menor valorentre Sy a e Sym.

    Calcular a fora de esmagamento mxima, Wm a x:

    Wm a x = Sys Ag

    Calcular a fora de aperto mnimo Wmo de acordo com as Sees 4 ou 11deste Captulo.

  • 43

    Se o valor de Wm a x for menor do que Wmo a combinao das juntas eparafusos no adequada para a aplicao.

    Se Wmax for maior do que Wmo a combinao junta e parafusos satisfatria.

    Com o valor da fora de aperto mxima conhecido possvel entodeterminar se todas as demais tenses esto dentro dos l imitesestabelecidos pelo Cdigo ASME. Esta verificao est alm dosobjetivos deste livro.

    12.2 EXEMPLO DE CLCULO DA FORA DE APERTO MXIMA

    No exemplo da Seo 11.5 podemos calcular a fora de aperto mxima.

    rea de contato da junta com o flange:

    Ag = ( p /4 ) [(de - 3.2)2 - di2] = 7271.37 mm2

    de = 209.6 mmdi = 182.6 mm

    rea efetiva de atuao da presso do fluido:

    Ai = ( p /4 ) G2 = 29711.8 mm2

    G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mmb = b0 = 5.95mmbo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm

    Calcular a fora de presso, H:

    H = Ai Pd = 29711 x 2 = 59 423 N

    Fora mxima disponvel para o esmagamento:

    Wdisp = Ae Aml Np Sa = 391 x 12 x 172 = 807 024 N

    Calcular a presso de esmagamento da junta, Sy a:

    Sy a = Wdisp / Ag = 807 024 / 7271 = 110.992 MPa

    Presso de esmagamento mxima recomendada para a junta:

    Sym = 210 MPa

  • 44

    Presso de esmagamento mxima, menor valor entre Sy a e Sym:

    Sys = 110 MPa

    Calcular a fora de esmagamento mxima, Wm a x:

    Wm a x = Sys Ag = 110 x 7271 = 799 810 N

    Fora de aperto mnimo, conforme Seo 11.5:

    Wmo = 203 089 N

    Como o valor de Wm a x maior Wmo a combinao das juntas e parafusos adequada para a aplicao.

    Com os valores das foras mxima e mnima possvel calcular osvalores dos torques mximo e mnimo:

    Tmin = k Wmo d p / Np = 0.2 x 203 089 x 0.0254 / 12 = 85.97 N-m

    Tm a x = k Wm a x d p / Np = 0.2 x 799 810 x 0.0254 / 12 = 338.58 N-m

  • 45

    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 aparecemfreqentemente.

    impraticvel listar e descrever todos os materiais. Por esta razo, foramselecionados os materiais mais usados com as suas caractersticas bsicas. Fazendo-senecessrio um aprofundamento maior, recomenda-se consultar o fabricante.

    As quatro condies bsicas que devem ser observadas ao selecionar omaterial de uma junta so:

    Presso de operao. Fora dos parafusos. Resistncia ao ataque qumico do fluido (corroso). Temperatura de operao.

    As duas primeiras foram analisadas no Captulo 2 deste livro.

    A resistncia corroso pode ser influenciada por vrios fatores,principalmente: Concentrao do agente corrosivo: nem sempre uma maior concentraotorna um fluido mais corrosivo. Temperatura do agente corrosivo: em geral, temperaturas mais elevadas

    aceleram a corroso.

  • 46

    Ponto de condensao: a passagem do fluido com presena de enxofre egua pelo ponto de condensao, comum em gases provenientes decombusto, pode provocar a formao de condensados extremamentecorrosivos.

    Em situaes crticas so necessrios testes em laboratrio 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,comeando pelo tipo de flange, fora dos parafusos, fora mnima de esmagamentoetc. Todas as etapas devem ser seguidas at a definio do tipo e do material da junta.Geralmente, a seleo de uma junta pode ser simplificada usando o Fator de Servio,conforme mostrado a seguir.

    2. FATOR P X T OU FATOR DE SERVIO

    O Fator de Servio ou fator Presso x Temperatura ( P x T ) um bom ponto departida para selecionar o material de uma junta. Ele obtido multiplicando-se ovalor da presso em kgf/cm2 pela temperatura em graus centgrados e comparando-seo resultado com os valores da tabela a seguir. Se o valor for maior que 25 000, deveser escolhida uma junta metlica.

    Tabela 3.1Fator de Servio

    P X T Temperatura Material da Junta mximo mxima - oC 530 150 Borracha 1150 120 Fibra vegetal 2700 250 PTFE 15000 540 Papelo hidrulico 25000 590 Papelo hidrulico com tela metlica

    Os limites de temperaturas e os valores de P x T no podem ser tomados comoabsolutos. As condies de cada caso, tais como variao nos tipos de matria-prima,projeto de flanges e outras particularidades de cada aplicao podem modificar estesvalores.

    Nota importante: as recomendaes deste Captulo so genricas, e as condiesparticulares de cada caso devem ser avaliadas cuidadosamente.

    3. PAPELO HIDRULICO

    Desde a sua introduo, no final do sculo passado, o Papelo Hidrulico temsido o material mais usado para vedao de flanges. Possui caractersticas deselabilidade em larga faixa de condies operacionais. Devido sua importncia nocampo da vedao industrial, o Captulo 4 deste livro inteiramente dedicado sjuntas de Papelo Hidrulico.

  • 47

    4. POLITETRAFLUOROETILENO ( PTFE )

    Desenvolvido pela Du Pont, que o comercializa com a marca Teflon, o PTFEnas suas diferentes formas um dos materiais mais usados em juntas industriais.Devido sua crescente importncia o Captulo 5 deste livro cobre vrias alternativasde juntas com PTFE.

    5. GRAFITE FLEXVEL GRAFLEX

    Produzido a partir da expanso e calandragem da grafite natural, possui entre95% e 99% de pureza.

    Flocos de grafite so tratados com cido, neutralizados com gua e secados atdeterminado nvel de umidade. Este processo deixa gua entre os gros de grafite. Emseguida, os flocos so submetidos a elevadas temperaturas, e a gua, ao vaporizar,explode os flocos, que atingem volumes de 200 ou mais vezes o original. Estesflocos expandidos so calandrados, sem nenhum aditivo ou ligante, produzindo folhasde material flexvel.

    A grafite flexvel apresenta reduzido creep, definido como uma deformaoplstica contnua de um material submetido a presso. Portanto, a perda da fora dosparafusos reduzida, eliminando reapertos freqentes.

    Devido s suas caractersticas, a grafite flexvel um dos materiais de vedaomais seguros. Sua capacidade de selabilidade, mesmo nos ambientes mais agressivose em elevadas temperaturas, tem sido amplamente comprovada. Possui excelenteresistncia aos cidos, solues alcalinas e compostos orgnicos. Entretanto, ematmosferas oxidantes e temperaturas acima de 450o C, o seu uso deve se rcuidadosamente analisado. Quando o carbono aquecido em presena do oxignioh formao de dixido de carbono (CO2). O resultado desta reao uma reduo damassa de material. Limites de temperatura: - 240o C a 3000o C, em atmosfera neutraou redutora, e de - 240o C a 450o C, em atmosfera oxidante.

    A compatibilidade qumica e os limites de temperatura esto no Anexo 3.1.

    5.1. PLACAS DE GRAFLEX

    Por ser um material de baixa resistncia mecnica, as placas de Graflex sofornecidas com ou sem reforo de ao inoxidvel 316. As dimenses so1000 x 1000 mm e as espessuras so 0.8 mm, 1.6 mm e 3.2 mm. As recomendaesde aplicao esto na Tabela 3.2. Quando usar juntas fabricadas a partir de placas deGraflex com reforo, necessrio verificar tambm a compatibilidade do fluido como reforo.

  • 48

    Tabela 3.2Tipos de Placas de Graflex

    Tabela 3.3Temperaturas de Trabalho

    Temperatura oC

    Mxima

    Os valores de m e y e das constantes para clculo para cada tipo de Placade Graflex esto na Tabela 3.4.

    Tabela 3.4Valores para Clculo

    Tipo TJR T J E TJB m 2 2 1.5 y (psi) 1 000 2 800 900 Gb (MPa) 5.628 9.655 6.690 a 0.377 0.324 0.384 Gs (MPa) 4.555x10 - 4 6.897x10-5 3.448x10-4

    Presso de esmagamento 165 165 165 mxima (MPa)

    5.2. FITAS DE GRAFLEX

    O Graflex tambm fornecido em fitas com ou sem adesivo, lisa ou corrugadana espessura de 0.4 mm, os t ipos e condies de fornecimento esto naTabela 3.5.

    Tipo

    Reforo

    Aplicao

    TJRlmina lisa de aoinoxidvel 316Lservios gerais,vapor,hidrocarbonetos

    T J Elmina perfurada de aoinoxidvel 316Lservios gerais, vapor,fluido trmico,hidrocarbonetos

    TJB

    nenhum

    servios gerais,flanges frgeisem geral

    Meio

    Neutro / redutorOxidante

    Vapor

    MnimaTJR T J E TJB

    -240 870 870 3 000-240 450 450 450

    -240 650 650 No

    recomendado

  • 49

    Tabela 3.5Fitas Graflex

    6. ELASTMEROS

    Materiais bastante empregados na fabricao de juntas, em virtude das suascaractersticas de selabilidade. Existem no mercado diversos tipos de polmeros eformulaes, permitindo uma grande variao na escolha.

    6.1. CARACTERSTICAS BSICAS

    As principais caractersticas que tornam a borracha um bom material parajuntas so: Resilincia: a borracha um material com elevada resilincia. Sendo bastante

    elstico, preenche as imperfeies dos flanges, mesmo com pequena fora deaperto.

    Polmeros: h diversidade de polmeros com diferentes caractersticas fsicas equmicas.

    Combinao de polmeros: a combinao de vrios polmeros em uma formulaopermite obter diferentes caractersticas fsicas e qumicas, como resistncia trao ou a produtos qumicos, dureza etc.

    Variedade : chapas ou lenis com diferentes espessuras, cores, larguras,comprimento e acabamentos superficiais podem ser fabricados para atender snecessidades de cada caso.

    6.2. PROCESSO DE SELEO

    Em juntas industriais os Elastmeros normalmente so utilizados em baixaspresses e temperatura. Para melhorar a resistncia mecnica, reforos com uma oumais camadas de lona de algodo podem ser empregados. A dureza normal parajuntas industriais de 55 a 80 Shore A e espessura de 0.8 mm (1/32") a 6.4 mm(1/4"). O Anexo 3.2 apresenta a compatibilidade entre os diversos fluidos e osElastmeros mais utilizados, que esto relacionados a seguir. O cdigo entre parnteses a designao ASTM.

    Tipo

    Apresentao

    Aplicao

    Rolos com

    TJIfita lisa com adesivo

    vedao de conexesroscadas

    12.7 x 8 000 ou 25.4x 15 000 mm

    T J Hfita corrugada comadesivomoldada sobre asuperfcie de vedaodos flanges12.7 x 8 000 ou 25.4 x15 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 15000

  • 50

    6.3. BORRACHA NATURAL (NR)Possui boa resistncia aos sais inorgnicos, amnia, cidos fracos e lcalis;

    pouca resistncia a leos, solventes e produtos qumicos; apresenta acentuadoenvelhecimento devido ao ataque pelo oznio; no recomendada para uso em locaisexpostos ao sol ou ao oxignio; tem grande resistncia mecnica e ao desgaste poratrito. Nveis de temperatura bastante limitados : de -50o C a 90o C.

    6.4. ESTIRENO-BUTADIENO (SBR)A borracha SBR, tambm chamada de borracha sinttica, foi desenvolvida

    como alternativa borracha natural. Recomendada para uso em gua quente e fria, ar,vapor e alguns cidos fracos; no deve ser usada em cidos fortes , leos , graxas esolventes c lorados; possui pouca res is tncia ao oznio e maior ia doshidrocarbonetos. Limites de temperatura de -50o C a 120o C.

    6.5. CLOROPRENE (CR)Mais conhecida como Neoprene, seu nome comercial. Possui excelente

    resistncia aos leos, oznio, luz solar e envelhecimento, e baixa permeabilidade aosgases; recomendada para uso em gasolina e solventes no aromticos; tem poucaresistncia aos agentes oxidantes fortes e hidrocarbonetos aromticos e clorados.Limites de temperatura de -50oC a 120oC.

    6.6. NITRLICA (NBR)Tambm conhecida como Buna-N. Possui boa resistncia aos leos, solventes,

    hidrocarbonetos aromticos e alifticos e gasolina. Pouca resistncia aos agentesoxidantes fortes, hidrocarbonetos clorados, cetonas e steres. Limites de temperaturade -50oC a 120oC.

    6.7. FLUORELASTMERO (CFM, FVSI, FPM)Mais conhecido como Viton, seu nome comercial. Possui excelente resistncia

    aos cidos fortes, leos, gasolina, solventes clorados e hidrocarbonetos alifticos earomticos. No recomendada para uso com aminos, steres, cetonas e vapor. Limitesde temperatura de -40oC a 204oC.

    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 poucaresistncia mecnica, aos hidrocarbonetos alifticos e aromticos e ao vapor. Possuilimites de temperatura mais amplos, de -100oC a 260oC.

    6.9. ETILENO-PROPILENO (EPDM)Elastmero com boa resistncia ao oznio, vapor, cidos fortes e lcalis. No

    recomendado para uso com solventes e hidrocarbonetos aromticos. Limites detemperatura de -50oC a 120oC.

  • 51

    6.10. HYPALON

    Elastmero da famlia do Neoprene, possui excelente resistncia ao oznio,luz solar, produtos qumicos e boa resistncia aos leos. Limites de temperatura de-100oC a 260 oC.

    7. FIBRA CELULOSE

    A folha de fibra de celulose, muito conhecida pelo nome comercialVelumide, fabricada a partir de celulose aglomerada com cola e glicerina. muitousada na vedao de produtos de petrleo, gases e vrios solventes. Disponvel emrolos com espessura de 0.5mm a 1.6mm. Limite mximo de temperatura 120oC.

    8. CORTIA

    Gros de cortia so aglomerados com borracha para obter a compressibilidadeda cortia, com as vantagens da borracha sinttica. Usada largamente quando a forade aperto limitada, como em flanges de chapa fina estampada ou de material frgilcomo cermica e vidro. Recomendada para uso com gua, leos lubrificantes e outrosderivados de petrleo em presses at 3 bar e temperatura at 120oC. Possui poucaresistncia ao envelhecimento e no deve ser usada em cidos inorgnicos, lcalis esolues oxidantes.

    9. TECIDOS E FITAS

    Tecidos de amianto ou fibra de vidro impregnados com um Elastmero sobastante usados em juntas industriais. O fio do tecido pode, para elevar a suaresistncia mecnica, ter reforo de fio metlico, como o lato ou ao inox. Asespessuras vo de 0.8mm (l/32") a 3.2mm (1/8"). Espessuras maiores so obtidasdobrando uma camada sobre a outra.

    Os Elastmeros mais usados na impregnao de tecidos so: borracha estireno-butadieno (SBR), Neoprene, Viton e Silicone.

    9.1. TECIDOS DE AMIANTO

    Os tecidos de amianto impregnados normalmente possuem 75% de amianto e25% de outras fibras, como o Rayon ou algodo. Esta combinao feita paramelhorar as propriedades mecnicas e facilitar a fabricao, com sensvel reduo decusto.

    9.2. TECIDOS DE FIBRA DE VIDRO

    Os tecidos de fibra de vidro so fabricados a partir de dois tipos de fios: Filamento contnuo. Texturizado.

  • 52

    Os tecidos feitos a partir de fio de filamento contnuo possuem espessurareduzida e, conseqentemente, menor resistncia mecnica.

    Os tecidos com fio Texturizado, processo que eleva o volume do fio, possuemmaior resistncia mecnica, por isso, mais usado em juntas industriais.

    9.3. JUNTAS DE TECIDOS E FITAS

    Os tecidos e fitas so dobrados e moldados em forma de juntas. Se necessriopara 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). Elas podem ser circulares, ovais, quadradas ou de outrasformas. So tambm usadas em fornos, fornalhas, autoclaves, portas de acesso e painisde equipamentos.

    9.4. FITA TADPOLE

    Os tecidos podem ser enrolados em volta de um ncleo, normalmente umagaxeta de amianto ou fibra de vidro, conforme mostrado na figura 3.2. O tecido podeter ou no impregnao de Elastmeros. A junta com esta forma conhecida comotadpole.

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

    Figura 3.2

    10. PAPELO DE AMIANTO (PI 97-B)

    Material fabricado a partir de fibras de amianto com ligantes incombustveis,com elevada resistncia temperatura. Normalmente usado como isolante trmico, empregado como enchimento de juntas semi-metl icas devido suacompressibilidade e resistncia trmica. Tambm recomendado para a fabricaode juntas para dutos de gases quentes e baixas presses. Temperatura limite de operaocontnua 800o C.

  • 53

    11. PAPELO ISOLIT HT

    Devido s restries ao manuseio do amianto, o Isolit HT a alternativa aopapelo de amianto, com desempenho similar. Composto de fibra cermica com at5% de fibras orgnicas, que aumentam a sua resistncia mecnica. Quando exposto atemperaturas acima de 200oC estas substncias orgnicas carbonizam, resultando emmaterial totalmente inorgnico com resistncia at a 800o C.

    12. FIBRA CERMICA

    Na forma de mantas usada para fabricao de juntas para uso em dutos degases quentes e baixa presso. Material tambm empregado como enchimento emjuntas semi-metlicas em substituio ao papelo de amianto. Limite de temperatura:1200o C.

    13. BEATER ADDITION

    O processo beater addition (BA) de fabricao de materiais para juntas semelhante ao de fabricao de papel. Fibras sintticas, orgnicas ou minerais sobatidas com ligantes em misturadores, que as abrem, propiciando uma maior reade contato com os ligantes. Esta maior rea de contato aumenta a resistncia mecnicado produto final. Vrias ligantes podem ser usados, como o ltex, borracha SBR,nitrlica etc.

    Devido sua limitada resistncia presso um material pouco usado emaplicaes industriais, exceto como enchimento de juntas semi-metlicas para baixastemperaturas.

    Os materiais produzidos pelo processo BA so disponveis em bobinas de at1200mm de largura, com espessuras de 0.3 mm a 1.5 mm.

    14. PAPELO TEAPLAC

    Papeles para isolamento trmico sem Amianto Teaplac 800 e Teaplac 850 sousados na fabricao de juntas para usos em elevadas temperaturas e baixas presses

  • 54

    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 RecomendadoTodasTodasTodas

    No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

  • 55

    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 GlicolFluidos para transfernciade calor (todos)Fluidos refrigerantes

    Concentrao %0 - 100

    100100

    -100

    TodasTodas

    0 - 100TodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas0 - 4100100100100100

    Todas0 - 100Todas100

    Todas0 - 8Todas

    -

    Todas

    Temperatura mxima oC650

    TodasTodas450

    TodasTodas

    No RecomendadoTodasTodasTodasTodas

    No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

    No RecomendadoTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodasTodas

    Todas

  • 56

    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

  • 57

    ANEXO 3.2RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS

    1: boa resistncia 3: sem informao2: resistncia regular 4: pouca resistncia

    NBR: nitrlica SBR: stireno-butadienoFE : fluorelastmero NR : naturalCR : cloroprene SI : silicone

    FluidoAcetaldedoAcetato de alumnioAcetato de butilaAcetado de etilaAcetado de potssioAcetilenoAcetonacido actico 5%cido actico glacialcido benzicocido bricocido butricocido ctricocido clordrico (concentrado)cido clordrico (diludo)cido crmicocido fluordrico (concentrado)cido fluordrico (diludo)cido fosfrico concentradocido fosfrico diludocido lticocido maleicocido ntrico concentradocido ntrico diludocido ntrico fumegantecido olicocido oxlicocido palmticocido saliclico

    NBR32442142241414344444144443212

    F E44444141411211111111111122111

    CR32442221241414144111144242223

    SBR34444242241414344232144444222

    NR21441242241314344432144444221

    S I24424241241314434432334444243

  • 58

    ANEXO 3.2 ( Continuao )RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS

    Fluidocido sulfrico concentradocido sulfrico diludocido sulfrico fumegantecido sulfurosocido tnicocido tartricocidos graxosgua do margua potvelAlcatrolcool butlico (butanol)lcool de madeiralcool isoproplicolcool proplicoAmnia lquida (anidra)Amnia quente (gs)Amnia fria (gs)AnilinaAr at 100CAr at 150CAr at 200CAr at 250CBenzenoBicarbonato de sdioBraxCafCarbonato de amniaCarbonato de clcioCarbonato de sdioCervejaCianeto de potssioCiclo-hexanolCloreto de alumnioCloreto de amniaCloreto de brioCloreto de clcioCloreto de etila

    NBR4442112111112124141244412141111211111

    F E1111111311141144411113211131111113111

    CR4242112212111112141244411111111211112

    SBR4342224114112144142444412131111411112

    NR4342113114111144142444412131111411111

    S I4444213114211121141112412131111423114

  • 59

    ANEXO 3.2 ( Continuao )RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS

    FluidoCloreto de etilenoCloreto de magnsioCloreto de metilenoCloreto de potssioCloreto de sdioCloro (seco)Cloro (mido)ClorofrmioDecalinDibutil ftalatoDixido de enxofre (seco)Dixido de enxofre (mido)Dissulfeto de carbonoDowtherm AEsgoto sanitrioEtanoEtanolter dibutlicoter etlicoter metlicoEtileno glicolFenolFluoreto de alumnioFormaldedoFosfato de clcioFreon 12Freon 22Gs carbnicoGs liquefeito de petrleoGs naturalGasolinaGlicerinaGlicoseHeptanoHidrognioHidrxido de amnia (concentrado)Hidrxido de clcio

    NBR4141143444444411143114141141111111141

    F E1121111112441111334111341142111111111

    CR4141124444114222144312142111212112111

    SBR4141143444244414144114141112424114231

    NR4141143444244414144114241212424114231

    S I4141143443223414144114241442314114313

  • 60

    ANEXO 3.2 ( Continuao )RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS

    FluidoHidrxido de magnsioHidrxido de potssioHidrxido de sdioHipoclorito de clcioHipoclorito de sdioIsso-octanoIeiteMercrioMetanoMetanolMetil butil cetonaMetil butil cetona ( MEK )Metil isobutil cetona ( MIBK )Metil isopropril cetonaMetil salicilatoMonxido de carbonoNaftaNeonNitrato de alumnioNitrato de potssioNitrato de prataNitrognioOctanoleo bunkerleo combustvelleo combustvel cidoleo cruleo de amendoimleo de cocoleo de linhaaleo de madeiraleo de milholeo de olivaleo de sojaleo dieselleo hidrulico ( mineral )leo lubrificante

    NBR2222211111444441211121211121111111111

    F E1411111112444431113111111111111111111

    CR1112211121444441411111441243312321322

    SBR2222241141444432411111444444444444444

    NR2212241141444432411111444444444444444

    S I3312241341444431412111424141114111424

  • 61

    Fluidoleo para turbinaleo siliconeleo vegetalleos mineraisOxignioOxignio ( 100-200C )Oxignio lquidoOzonaPentanoPercloroetilenoPerxido de hidrognioPetrleoPropanoQueroseneSilicato de clcioSilicato de sdioSolues custicasSolventes cloradosSulfato de alumnioSulfato de amniaSulfato de cobreSulfato de magnsioSulfato de sdioSulfato de zincoSulfito de magnsioTetracloreto de carbonoTetracloroetanoThinnerToluenoTricloroetanoTricloroetilenoUsqueVaporVinagreVinhoXilenoXilol

    NBR1111242412211111241111111244443112144

    F E1111121111111111211411111112211111111

    CR4131141314222211241111111444444112144

    SBR4144444434244411242222222444444122144

    NR4144241444244411141122222444444122144

    S I4312112144144433241311111434444111144

    ANEXO 3.2 ( Continuao )RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS

  • 62

  • 63

    CAPTULO

    4

    JUNTAS EMPAPELO HIDRULICO

    1. PAPELES HIDRULICOS TEADIT

    So fabricados a partir da vulcanizao sob presso de Elastmeros com fibrasminerais ou sinttica. Por serem bastante econmicos em relao ao seu desempenho,so os materiais mais usados na fabricao de juntas industriais, cobrindo ampla faixade 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 de amianto ou sintticas, como aaramida (Kevlar*), so misturados com Elastmeros e outros materiais, formandouma massa viscosa. Esta massa calandrada a quente at a formao de uma folhacom as caractersticas fsicas e dimenses desejadas.

    A fibra, o elastmero ou a combinao de Elastmeros, aditivos, a temperaturae o tempo de processamento so combinados de forma a resultar em um papelohidrulico com caractersticas especficas para cada aplicao.(*Marca registrada da E. I. Du Pont de Nemours, EUA)

  • 64

    2.1 FIBRAS

    As fibras possuem a funo estrutural, determinando, principalmente, ascaractersticas de elevada resistncia mecnica dos papeles hidrulicos.

    Nos papeles base de amianto, o problema de riscos pessoais aos usurios bastante reduzido, por estarem as fibras totalmente impregnadas por borracha.

    Os papeles base de fibras sintticas so totalmente sem-amianto, dandobastante segurana aos usurios.

    Importante: recomenda-se o uso correto dos papeles base de amianto; olixamento, raspagem ou qualquer processo que provoque poeira, deve ser feitoevitando-se sua inalao, usando-se mscaras com filtros descartveis. As roupas detrabalho devem ser guardadas e lavadas em separadas das demais. Maioresinformaes para o manuseio e uso correto de produtos de amianto, podem ser obtidasno Anexo 12 da NR 15 da Portaria 3214 de 8/06/1978 do Ministrio do Trabalho.

    2.2 ELASTMEROS

    Os Elastmeros, vulcanizados sob presso com as fibras, determinam aresistncia qumica do papelo hidrulico, dando-lhe tambm as suas caractersticasde flexibilidade e elasticidade. Os Elastmeros mais usados so:

    Borracha natural ( NR ): produto natural extrado de plantas tropicais,apresenta excelente elasticidade, flexibilidade, baixa resistncia qumica e temperatura.

    Borracha estireno-butadieno ( SBR ): tambm conhecida como borrachasinttica, foi desenvolvida como alternativa borracha natural, possuindocaractersticas similares.

    Cloropreno ( CR ): mais conhecido pelo seu nome comercial, Neoprene*,possui excelente resistncia a leos, gasolina, solventes de petrleo e ao oznio.

    Borracha nitrlica ( NBR ): superior s borrachas SBR e CR em relao aprodutos qumicos e temperatura. Tem excelente resistncia a leos, gasolina,solventes de petrleo, hidrocarbonetos alifticos e aromticos, solventes clorados eleos vegetais e animais.

    Hypalon: possui excelente resistncia qumica inclusive aos cidos elcalis.

    2.3 REFORO METLICO

    Para elevar a resistncia mecnica, os papeles hidrulicos podem ser reforadoscom tela metlica. Estes materiais so recomendados para aplicaes onde a juntaest sujeita a tenses mecnicas altas. A tela normalmente de ao carbono, podendo,entretanto, ser usado ao inoxidvel, para melhor resistir ao fluido vedado.

  • 65

    Juntas de papelo hidrulico com insero metlica apresentam umaselabilidade menor, pois a insero da tela possibilita um vazamento atravs daprpria junta. A tela metlica tambm dificulta o corte da junta e deve ser usadasomente quando estritamente necessrio.

    2.4 ACABAMENTO

    Os diversos tipos de papelo hidrulico so fabricados com dois acabamentossuperficiais, 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.

    2.5 DIMENSES DE FORNECIMENTO

    Os papeles hidrulicos Teadit so normalmente comercializados em folhas de1500 mm por 1600 mm. Sob encomenda podem ser fornecidos em folhas de 1500 mmpor 3200 mm. Alguns materiais tambm podem ser fabricados em folhas de 3000 mmpor 3200 mm.

    2.6 CARACTERSTICAS FSICAS

    As associaes normalizadoras e os fabricantes, desenvolveram vrios testespara permitir a uniformidade de fabricao, determinao das condies, limites deaplicao e comparao entre materiais de diversos fabricantes.

    2.6.1 COMPRESSIBILIDADE E RECUPERAO

    Medida de acordo, com a Norma ASTM F36A, a reduo de espessura domaterial, quando submetido a uma carga de 5000 psi ( 34.5 MPa ) expressa como umaporcentagem da espessura original. Recuperao a retomada da espessura quando acarga sobre o material retirada, expressa como porcentagem da espessura comprimida.

    A compressibilidade indica a capacidade do material de se acomodar simperfeies dos flanges. Quanto maior a compressibilidade, mais facilmente omaterial preenche as irregularidades.

    A recuperao indica a capacidade do material em absorver os efeitos dasvariaes de presso e temperatura.

    2.6.2 SELABILIDADE

    Medida de acordo com a Norma ASTM F37, indica a capacidade de vedar sobcondies controladas de laboratrio com isoctano, presso de 1atm e de carga doflange variando de 125 psi (0.86 MPa) a 4000 psi (27.58 MPa).

  • 66

    2.6.3 RETENO DE TORQUEMedida 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 decarga inicial. Um material estvel retm o torque aps uma perda inicial, ao contrriode um material instvel que apresenta uma contnua perda, causando uma degradaoda vedao, com o tempo. A presso inicial de teste de 21 MPa, temperatura 100o Ce tempo 22 horas. Quanto maiores a espessura do material e temperatura de operao,menor a reteno de torque. As Normas DIN 52913 e BS 2815 estabelecem os mtodos demedio da Reteno de Torque.

    2.6.4 IMERSO EM FLUIDOMedida de acordo com a Norma ASTM F146, permite verificar a variao do

    material, quando imerso em fluidos por tempo e temperatura determinados. Os fluidosde testes de imerso mais comuns so o leo IRM 903, base de petrleo e o ASTMFuel B, composto de 70% isoctano e 30% tolueno e tambm imerso em cidos. Soverificadas variaes de compressibilidade, recuperao, aumento de espessura,reduo de resistncia trao e aumento de peso.

    2.6.5 RESISTNCIA TRAOMedida de acordo com a Norma ASTM F152, um parmetro de controle de

    qualidade, e seu valor no est diretamente relacionado com as condies deaplicao do material.

    2.6.6 PERDA POR CALCINAOMedida pela Norma ASTM F495 indica a porcentagem de material perdido ao

    calcinar o material.

    2.6.7 DIAGRAMA PRESSO X TEMPERATURANo havendo teste internacionalmente adotado para estabelecer os limites de

    operao dos materiais para juntas, a Teadit desenvolveu procedimento especficopara determinar a presso mxima de trabalho, em funo da temperatura. O fluidode teste o Nitrognio.

    3. PROJETO DE JUNTAS COM PAPELO HIDRULICO

    3.1 CONDIES OPERACIONAIS

    Ao iniciarmos o projeto de uma junta, devemos, em primeiro lugar, verificar seas condies operacionais so adequadas ao uso de papelo hidrulico. A presso etemperatura de trabalho, devem ser comparadas com as mximas indicadas pelofabricante.

  • 67

    Para os Papelo Hidrulicos Teadit do tipo NA (No Amianto), foramdeterminadas as curvas P x T que representam o comportamento do material,considerando a ao simultnea da presso e temperatura. As curvas P x T sodeterminadas com Nitrognio e junta na espessura de 1.6 mm. Para determinar se umacondio adequada, dever-se verificar se a presso e a temperatura de operaoesto dentro da faixa recomendada para o material, que representada pela rea sob acurva inferior do grfico. Se o ponto cair na rea entre as duas curvas necessrioconsultar a Teadit pois, dependendo de outros fatores tais como tipo de fluido eexistncia de ciclo trmico, o material pode ou no ser adequado para a aplicao.

    3.2 RESISTNCIA QUMICA

    Antes de decidirmos pelo uso de um tipo de papelo hidrulico, devemosverificar a sua resistncia qumica ao fluido a ser vedado.

    O Anexo 4.2, no final deste captulo, apresenta a compatibilidade entre vriosprodutos e os diversos tipos de papelo hidrulico Teadit.

    Importante : as recomendaes do Anexo 4.2 so genricas, portanto ascondies particulares de cada caso devem ser analisadas cuidadosamente.

    3.3 TIPOS DE JUNTAS

    3.3.1. TIPO 810 RF ( RAISED FACE )

    O Tipo 810 ou RF ( Figura 4.1 ) uma junta cujo dimetro externo tangnciaos parafusos, fazendo-a auto-centrante ao ser instalada. o tipo de junta mais usadoem flanges industriais por ser o mais econmico, sem perda de performance.

    Sempre que possvel, deve-se usar o tipo RF, pois mais econmico e,apresentando menor rea de contato com o flange, tem maior facilidade deesmagamento.

    Figura 4.1

  • 68

    3.3.2. TIPO 820 FF ( FULL FACE )