Livro Juntas Industriais - J[1].C.veiga

7/22/2019 Livro Juntas Industriais - J[1].C.veiga

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JOS CARLOS VEIGA

JUNTAS

INDUSTRIAIS3a Edio Revista e Aumentada


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Jos Carlos Veiga, 1999

Reservam-se os direitos desta Jos Carlos Carvalho Veiga

Av. Mercedes Benz, 390Campinas, SP, Brasil

Impresso no Brasil / Printed in Brazil

Obra Registrada sob o nmero 173.856 Livro 293 Folha 3

Fundao Biblioteca Nacional Ministrio da Cultura

CapaFernanda Hrcules

DesenhosAltevir Barbosa Vidal

DatilografiaMaria Odete Athayde Veiga

Grfica A-DoisTiragem desta impresso: 1000 exemplares

Edies AnterioresLngua Portugusa

1aEdio, 1989 3000 exemplares2aEdio, 1993 3000 exemplares

3aEdio, 1999 1000 exemplares (1aimpresso)

Lngua Inglesa1aEdio, 1994 10000 exemplares2aEdio, 1999 3000 exemplares

Veiga, Jos CarlosJuntas Industriais / Jos Carlos Veiga 3aEdio, revista eaumentada Campinas, SP : Julho, 1999

Dados bibibliogrficos do autor.Bibliografia.Livro publicado com apoio de Teadit Industria e Comrcio Ltda.

1. Juntas (Engenharia). 2. Juntas Industriais (Mecnica). I Ttulo


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Para a minha esposa MARIA ODETE


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AGRADECIMENTO

Agradeo aoGrupo TEADIT

cujo apoio tem sidoimprescindvel para acontnua atualizao

desta obra.


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SUMRIO

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

Captulo 2 Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131. Vazamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132. Vedao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143. Foras em uma Unio Flangeada . . . . . . . . . . . . 14

4. 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 . . . . . . . . . 27

10. Tipos de Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2711. As Novas Constantes de Juntas . . . . . . . . . . . . . . 3012. Esmagamento Mximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Captulo 3 Materiais para Juntas No-Metlicas. . 45

1. 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


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10. 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 . . . . . . . 719. Armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

10. Papeles Hidrulicos Teadit Sem Amianto . . . . . 7211. Papeles Hidrulicos Teadit Com Amianto . . . . 78

Captulo 5 Juntas em PTFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931. Politetrafluoretileno PTFE . . . . . . . . . . . . . . . . . 932. PTFE Sinterizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933. PTFE Expandido Quimflex. . . . . . . . . . . . . . . . . 944. PTFE Reforado Tealon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975. Juntas Tipo 933 Envelopadas em PTFE . . . . . . . 99

Captulo 6 Materiais para Juntas Metlicas . . . . . 1031 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032 Ao Carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043 Ao Inoxidvel AISI 304 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044 Ao Inoxidvel AISI 304L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045 Ao Inoxidvel AISI 316 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1046 Ao Inoxidvel AISI 316L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1047 Ao Inoxidvel AISI 321 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048 Ao Inoxidvel AISI 347 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1059 Monel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10 Nquel 200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10511 Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105


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12 Alumnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10513 Inconel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10514 Titnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Captulo 7 Juntas Metalflex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1151 O que uma Junta Metalflex . . . . . . . . . . . . . . . 1152 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3 Densidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184 Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185 Espessura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196 Limitaes Dimensionais e de Espessura . . . . . . . 1197 Tolerncias de Fabricao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1208 Acabamento das Superfcies de Vedao . . . . . . . 1209 Presso de Esmagamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

10 Tipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12111 Juntas Tipo 911 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12112 Juntas Tipo 913 Norma ASME B16.20 . . . . . . . . 12413 Juntas Tipo 913 Apndice E ASME B.16.5 . . . 128

14 Outras Normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12815 Dimensionamento de Juntas Tipo 913 Especiais . 12816 Juntas Tipo 912 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13017 Juntas Tipo 914 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Captulo 8 Juntas Metalbest. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1491 O que uma Junta Metalbest . . . . . . . . . . . . . . . 1492 Metais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1503 Enchimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1504 Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505 Principais Tipos e Aplicaes . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6 Juntas para Trocadores de Calor . . . . . . . . . . . . . 1537 Juntas Tipo 927 para Trocadores de Calor . . . . . 159

Captulo 9 Juntas Metlicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1631 Definio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1632 Juntas Metlicas Planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1633 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644 Acabamento da Superfcie de Vedao . . . . . . . . 1645 Tipos de Juntas Metlicas Planas . . . . . . . . . . . . . 1646 Ring Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168


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Captulo 10 Juntas Camprofile. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1831 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1832 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1853 Limites de Operao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854 Clculo do Aperto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1855 Exemplo de Aplicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6 Acabamento Superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1897 Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1898 Formatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Captulo 11 Juntas para Isolamento Eltrico . . . . . 1911 Corroso Eletroqumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1912 Proteo Catdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1933 Sistema de Isolamento de Flanges . . . . . . . . . . . . 1934 Especificao do Material das Juntas . . . . . . . . . 197

Captulo 12 Instalao e Emisses Fugitivas . . . . . 1991 Procedimento de Instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1992 Aplicao do Aperto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2003 Tenses Admissveis nos Parafusos . . . . . . . . . . . 2004 Causas de Vazamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2015 Flanges Separados, Inclinados ou Desalinhados . 2016 Carga Constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2027 Emisses Fugitivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Captulo 13 Fatores de Converso. . . . . . . . . . . . . . . 211

Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213


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CAPTULO

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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, otornou uma referncia para quem est envolvido com Juntas Industriais. Esta TerceiraEdio, 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 epoluio ambiental, causados por vazamentos, podem ser evitados com projeto eaplicao correta das juntas. Nos ltimos anos os limites tolerveis de emisses

fugitivas esto sendo reduzidos obrigando as indstrias a adotar procedimentos decontrole cada vez mais rigorosos.O objetivo deste livro ajudar a prevenir estes acidentes, propiciando um

maior 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.

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


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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 Terceira Edio so: Captulo sobre juntas em PTFE. Novos Papeles Hidrulicos sem Amianto e seus limites de servio. Juntas metlicas serrilhadas Camprofile. Os materiais para juntas foram separados em metlicos e no metlicos. No captulo de Instalao foi includo sees sobre a instalao de carga

constante e Emisses Fugitivas. Em todos os captulos tabelas foram atualizadas e adicionadas.

O autor deseja receber comentrios e sugestes que podem ser enviados paraCaixa Postal 819, 13001-720, Campinas, SP ou por correio eletrnico para

[email protected].


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CAPTULO

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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 de

gua 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 10-4e 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 e

temperatura 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.


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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 necessitaramos 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 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 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 dosparafusos.


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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 a

presso 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 do

sistema 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 se

baseiam em resultados de aplicaes prticas bem sucedidas. O projetista tem aliberdade de usar valores diferentes, sempre que os dados disponveis indiquem estanecessidade.


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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= (G2 P / 4 ) + (2 b 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= 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 b0for igual ou menor 6.4 mm (1/4)

ou

b = 0.5 ( b0)0.5 quando b0for 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:


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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 Abdeve 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) / ((/4) (de2- di2) )) (eq. 2.5)

ouSg(max)= (Wm) / ((/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 no

ultrapasse o mximo admissvel. Os anis internos e as guias de centralizao nasjuntas Metalflex so exemplos de meios para evitar o esmagamento excessivo.


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

Material da junta m y(psi)

perfilou tipo

Superfciede vedao

Coluna b0

Borracha - abaixo de 75 Shore A - acima de 75 Shore A c/reforo tela algodo

0.501.001.25

0200400

plana(la) (lb) (1c)(1d) (4) (5) II

Papelo Hidrulico 3.2 mm espessura 1.6 mm espessura 0.8 mm espessura

2.002.753.50

160037006500

plana(la) (lb) (1c)(1d) (4) (5) II

Fibra vegetal 1.75 1100 plana (la) (lb) (1c)(1d) (4) (5)

II

Metalflex ao inox ou Monel eenchimento de Amianto 3.00 10000

911, 913914

(la) (1b) II

Dupla camisa metlica corrugadaAlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxdveis

2.502.753.003.253.50

29003700450055006500

926 (la) (1b) II

Corrugada metlica Alumnio

Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveis

2.75

3.003.253.503.75

3700

4500550065007600

900(la) (1b)(1c) (1d) II

Dupla camisa metlica lisaAlumnioCobre ou latoAo carbonoMonelAos inoxidveis

3.253.503.753.503.75

55006500760080009000

923(la) (1b)

(1c) (1d) (2) II

Metlica ranhurada Alumnio Cobre ou lato Ao carbono

Monel Aos inoxidveis

3.253.503.75

3.754.25

550065007600

900010100

941, 942(la) (1b)

(1c) (1d) (2)

(3)

II

Metlica slida Alumnio Cobre ou lato Ao carbono Monel Aos inoxidveis

4.004.755.506.006.50

880013000180002180026000

940(la) (1b)

(1c) (1d) (2)(3) (4) (5)

I

Ring Joint Ao carbono Monel Aos inoxidveis

5.506.006.50

180002180026000

950, 951 (6) I


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Tabela 2.2Largura Efetiva da Junta

Largura Efetiva b0Perfil da Superfcie de VedaoColuna I Coluna II

(1a) N / 2 N / 2

(1b) N / 2 N / 2

(1c)

(1d)

(w + T) / 2

(w + N) / 4mx

(w + T) / 2

(w + N) / 4mx

(2)Ressaltode 0.4 mm

( w + N ) / 4 ( w + 3N ) / 8

(3)Ressaltode 0.4 mm

N / 4 3N / 8

(4) Vide nota 1 3N / 8 7N / 16

(5) Vide nota 1 N / 4 3N / 8

(6) w / 8 _____

Largura Efetiva de Esmagamento da Junta, bb = b0 se b0 6.4 mmNota 1: quando as ranhuras no excederem 0.4 mm de profundidade e 0.8 mm depasso usar os perfis 1b e 1d

w


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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 Am1e 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).


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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 aperto

de 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


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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+ Fpsen a. (eq. 2.7)

no sentido perpendicular ao plano inclinado, temos:

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

Sendo o ngulo da rosca muito pequeno, para facilidade 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 = uFpcos a + Fpsen a (eq. 2.9)

calculando o valor de T, temos:

T = Fpr (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 valores

baseiam-se em testes prticos. Parafusos no lubrificados apresentamaproximadamente 50% de diferena. Diferentes lubrificantes podem dar valoresdiferentes dos mostrados na Tabela 2.3, que devem ser determinados em testes

prticos.


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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 Wm1d) / Np (eq. 2.12)

T2= (k Wm2d) / 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

Dimetro Nominalpol

Fios por polegada Fator de Atritok

rea da raiz darosca - mm2

l/4 20 0.23 175/16 18 0.22 293/8 16 0.18 44

7/16 14 0.19 60l/2 13 0.20 81

9/16 12 0.21 1055/8 11 0.19 1303/4 10 0.17 1957/8 9 0.17 2701 8 0.18 355

1 1/8 7 0.20 4471 1/4 7 0.19 5741 3/8 6 0.20 6801 1/2 6 0.18 8341 5/8 5 1/2 0.19 9771 3/4 5 0.20 11251 7/8 5 0.21 1322

2 4 1/2 0.19 1484

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

precisam ser mordidas pela superfcie de vedao, evitando, deste modo, umaextruso ou a expulso da junta pela fora radial.


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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 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 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 m (125 pol)Raa 6.3 m (250 pol) 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 (m) e em micro-polegadas (pol). Deve seravaliado por comparao visual com os padres Rada Norma ASME B46.1 e no porinstrumentos com estilete e amplificao eletrnica.


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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 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 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 do

material 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


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Tabela 2.4Acabamento da Superfcie de Vedao dos Flanges

Acabamento SuperficialRa

Descrio da junta TipoTeadit

Seo transversalda junta

m pol

Plana no-metlica 810820

3.2 a 6.3 125 a 250

Metlica corrugada 900 1.6 63

Metlica corrugada comrevestimento amianto

905 3.2 125

Metalflex (espiro-metlica)911913914

2.0 a 6.3 80 a 250

Metalbest (dupla camisametlica )

920

923

926

927

929

1.6 a 2.0 63 a 80

Plana metlica 940 1.6 63

Metlica ranhurada 941 1.6 63

Metlica ranhurada comcobertura

942 1.6 a 2.0 63 a 80

Ring-Joint metlico

950

951

RX

BX

1.6 63


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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


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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 elevadas

presses sobre a junta, no sendo recomendado para juntas no metlicas.

Figura 2.8


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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 pela

presso e de dupla camisa com enchimento metlico so as mais indicadas.

Figura 2.10


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10.6. RING-JOINT

Tambm chamado anel API (Figura 2.11). Ambos os flanges possuem canaiscom paredes em ngulo de 230. 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 iniciado

pelo Pressure Vessel Research Committee (PVRC) um programa experimental para

melhor 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


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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, 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.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.


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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 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 2.14.Em paralelo foram tambm realizados ensaios para determinar o efeito do

acabamento 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


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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 (Lrm*/ (Lrmx 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.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)


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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 esmagamentoinicial (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 de

juntas.


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Tabela 2.5

Constantes de Juntas

Material da Junta Gb(MPa)

a Gs(MPa)

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

17.2402.759

0.1500.380

0.8070.690

Papelo hidrulico com 1.6 mm espessuraTeadit NA 1002Teadit NA 1005Teadit NA 1100

0.9380.9670.903

0.450.450.44

5 E-41 E-4

5.4 E-3

Lmina de PTFE expandido QuimflexSH1.6 mm espessura 2.945 0.313 3 E-4

Junta de PTFE expandido Quimflex 8.786 0.193 1.8 E-14

Lmina de PTFE reforado (TF 1570 e TF 1580 ) 1.517 0.400 3.448 E-5

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)

6.690

9.6555.6286.690

0.384

0.3240.3770.384

3.448 E-4

6.897 E-54.552 E-43.448 E-4

Junta espirometalica Metalflexem ao inoxidvel e Graflex

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

15.86217.448

0.2370.241

0.0900.028

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

31.03415.724

0.1400.190

0.4830.462

Junta dupla camisa Metalbestem ao carbono e enchimentoem Graflex

Lisa ( tipo 923 )Corrugada ( tipo 926 )20.00058.621

0.2300.134

0.1031.586

Junta metlica lisa ( tipo 940 )AlumnioCobre recozido ou lato

10.51734.483

0.2400.133

1.3791.779


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A figura 2.16 mostra o grfico de uma junta espiralada tipo 913 com ao inoxe Graflex.

Figura 2.16

11.2. CLASSE DE APERTO

Um dos conceitos mais importantes introduzidos pelos estudos do PVRC oda Classe de Aperto. Como no possvel termos uma vedao perfeita como sugeriaos antigos 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 2.6

Classe de ApertoClasse 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 nasclasses de vazamento levando-se em considerao os danos ao meio ambiente, riscosde incndio, exploso etc.

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

0.01

0.10

1.00

10.00

100.00

1000.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 1000

Gb

Gs

a

Tp

SgMPa


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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 tabelas

prticas para melhor entendimento.

Tabela 2.7Equivalncia volumtrica

Equivalncia volumtricaFluido Massa - mg / seg Volume - l / h

gua 1 0.036Nitrognio 1 3.200Hlio 1 22.140

Tabela 2.8Equivalncia em bolhas

Vazamento Volume equivalente Equivalente em bolhas10-1mg / seg 1 ml a cada 10 segundos Fluxo constante10-2mg / seg 1 ml a cada 100 segundos 10 bolhas por segundo10-3mg / seg 3 ml por hora 1 bolha por segundo10-4mg / 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 AeTorqumetro de impacto ou alavanca 0.75Torque aplicado com preciso ( 3 % ) 0.85Tensionamento direto e simultneo 0.95Medio direta da tenso ou elongao 1.00


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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 6thAnnual 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 Sealing

Technical 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 Gspara a junta que vaiser usada

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

Aperto, C Determinar na Tabela 2.9, a eficincia de montagem, Ae, de acordo com

a 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 de

operao: Sb Calcular a rea efetiva de atuao da presso do fluido, A i, de acordo

com o Cdigo ASME:

Ai= ( /4 ) G2

G = de- 2bb = .5 ( b ) 0.5ou 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 ( Tabelas2.1 e 2.2 )

Calcular o parmetro de aperto mnimo, Tpmin;

Tpmin= 18.0231 C Pd


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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 deTpdurante 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 na

junta 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:

Sya= (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)( Sya/ 1.5 )] - Pd(Ai/ Ag)

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

flange

Calcular a fora mnima de esmagamento:

Wmo= ( PdAi)+ ( SmoAg)

onde Smo a o maior valor de Sm1, Sm2ou 2 Pd

Calcular a rea resistiva mnima dos parafusos:

Am= Wmo/ Sb


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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 12

parafusos de dimetro 1 polegada em ASTM AS193-B7.

Presso de projeto: Pd= 2 MPa (290 psi) Presso de teste: Pt= 3 MPa (435 psi) Temperatura de projeto: 450oC 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= ( /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= ( /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


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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:

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

Calcular a presso de esmagamento de projeto da junta:

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

Fora mnima de esmagamento:

Wmo= ( PdAi) + ( SmoAg)

onde Smo a o maior valor de

Sm1, = 15.171Sm2= 19.7592 Pd= 4

Wmo= ( PdAi) + ( SmoAg) = 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.


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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, A i, de acordo

com o Cdigo ASME:

Ai= ( /4 ) G2

G = de - 2bb = .5 ( b ) 0.5ou b = b0se 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 = AiPd

Calcular a fora mxima disponvel para o esmagamento, Wdisp:

Wdisp= AmlNpSa

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, Sya:

Sya= Wdisp / Ag

Determinar a mxima presso de esmagamento para a junta de acordo

com a recomendao do fabricante, Sym.

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

Calcular a fora de esmagamento mxima, Wmax:

Wmax= Sys Ag

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


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Se o valor de Wmax 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 limitesestabelecidos 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= ( /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= ( /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 = AiPd= 29711 x 2 = 59 423 N

Fora mxima disponvel para o esmagamento:

Wdisp= Ae AmlNpSa= 391 x 12 x 172 = 807 024 N

Calcular a presso de esmagamento da junta, Sya:

Sya= Wdisp / Ag = 807 024 / 7271 = 110.992 MPa

Presso de esmagamento mxima recomendada para a junta:

Sym= 210 MPa


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Presso de esmagamento mxima, menor valor entre Syae Sym:

Sys = 110 MPa

Calcular a fora de esmagamento mxima, Wmax:

Wmax= Sys Ag= 110 x 7271 = 799 810 N

Fora de aperto mnimo, conforme Seo 11.5:

Wmo= 203 089 N

Como o valor de Wmax maior Wmoa 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 Wmodp/ Np= 0.2 x 203 089 x 0.0254 / 12 = 85.97 N-m

Tmax= k Wmaxdp/ Np= 0.2 x 799 810 x 0.0254 / 12 = 338.58 N-m


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CAPTULO

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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 elevadasaceleram a corroso.


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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 esmagamento

etc. 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 pontode partida para selecionar o material de uma junta. Ele obtido multiplicando-se ovalor da presso em kgf/cm2pela 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 ServioP X T TemperaturaoC Material da Juntamximo mxima 530 150 Borracha1150 120 Fibra vegetal2700 250 PTFE15000 540 Papelo hidrulico25000 590 Papelo hidrulico com tela metlica

Os limites de temperaturase 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 estes

valores.Nota importante: as recomendaes deste Captulo so genricas, e as

condies particulares 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 s

juntas de Papelo Hidrulico.


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4. POLITETRAFLUORETILENO ( 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 vedao

mais 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 sercuidadosamente analisado. Quando o carbono aquecido em presena do oxignio hformao 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 reforo de ao inoxidvel 316 ou filme plstico. 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 deGraflexcom reforo, necessrio verificar tambm a compatibilidade do fluido como reforo.


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Tabela 3.2Tipos de Placas de Graflex

Tipo TJR TJE TJPReforo lmina lisa de ao

inoxidvel 316Llmina perfurada de aoinoxidvel 316L

filme polister

Aplicao servios gerais,vapor,hidrocarbonetos

servios gerais, vapor,fluido trmico,hidrocarbonetos

servios gerais,flanges frgeis emgeral

Tabela 3.3Temperaturas de Trabalho

Temperatura oCMxima

Meio Mnima TJR TJE TJPNeutro / redutor -240 870 870 3 000

Oxidante -240 450 450 450Vapor -240 650 650 No

recomendado

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 TJE TJPm 2 2 1.5

Y (psi) 1 000 2 800 900Gb(MPa) 5.628 9.655 6.690

a 0.377 0.324 0.384Gs(MPa) 4.555 E-4 6.897 E-5 3.448 E-4

Presso de esmagamentomxima (MPa) 165 165 165

5.2. FITAS DE GRAFLEX

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


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Tabela 3.5Fitas Graflex

Tipo TJI TJH TJZApresentao fita lisa com adesivo fita corrugada com

adesivofita corrugada semadesivo

Aplicao vedao de conexesroscadas

moldada sobre asuperfcie de vedaodos flanges

enrolada e prensadaem hastes de vlvulase anis pr-moldados

Rolos com 12.7 x 8 000 ou 25.4x 15 000 mm

12.7 x 8 000 ou 25.4 x15 000 mm

6.4 ou 12.7 x 8 000 e19.1 ou 25.4 x 15000

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 para

juntas 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.


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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 clorados; possui pouca resistncia ao oznio e maioria 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 230oC.

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.


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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 260oC.

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.


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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

painis de equipamentos.

9.4. FITATADPOLE

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 irregulares

sujeitas 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-metlicas devido suacompressibilidade e resistncia trmica. Tambm recomendado para a fabricao de

juntas para dutos de gases quentes e baixas presses. Temperatura limite de operaocontnua 800oC.


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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 em

juntas 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 so

batidas 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 450 e Teaplac 850 sousados na fabricao de juntas para usos em elevadas temperaturas e baixas presses.


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ANEXO 3.1

COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX

Fluidos Concentrao % Temperatura mxima oCAcetato de Monovinil todas TodasAcetato Isoproplico 100 TodasAcetona 0 - 100 Todas

cido Actico todas Todascido Arsnico todas Todascido Benzilsulfnico 60 Todascido Brico todas Todascido Brmico todas Todascido Carbnico todas Todascido Ctrico todas Todascido Clordrico todas Todascido Dicloropropinico 90 100 no recomendadocido Esterico 100 Todascido Fluordrico todas Todascido Fluorsilcio 0 a 20 Todascido Flico todas Todas

cido Frmico todas Todascido Fosfrico 0 a 85 Todascido Graxo todas Todascido Ltico todas Todascido Monocloroactico 100 Todascido Ntrico todas no recomendadocido Olico 100 Todascido Oxlico todas Todascido Sulfrico 0 a 70 Todascido Sulfrico maior que 70 no recomendadocido Sulfuroso todas Todascido Tartrico todas Todasgua Boronatada - Todasgua Deaerada - Todasgua Mercaptana saturada Todaslcool Isoproplico 0 - 100 Todaslcool Amlico 100 Todaslcool Butlico 100 Todaslcool Etlico 0 - 100 Todas


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ANEXO 3.1 (Continuao)


Fluidos Concentrao % Temperatura mxima oClcool metlico 0 - 100 650Anidrido acetico 100 TodasAnilina 100 Todas

Ar - 450Benzeno 100 TodasBiflureto de Amnia todas TodasBromo todas no recomendadoCellosolve Butlico 0 - 100 TodasCellosolve Solvente todas TodasCloreto Cprico todas TodasCloreto de Alummio todas TodasClorato de Clcio todas no recomendadoCloreto de Estanho todas TodasCloreto de Etila todas TodasCloreto de Nquel todas Todas

Cloreto de Sdio todas TodasCloreto de Zinco todas TodasCloreto Frrico todas TodasCloreto Ferroso todas TodasClorito de Sdio 0 - 4 no recomendadoCloro seco 100 TodasCloroetilbenzeno 100 TodasClorofrmio 100 TodasDibromo Etileno 100 TodasDicloro Etileno 100 TodasDietanolamina todas Todas

Dioxano 0 - 100 TodasDixido de Enxofre todas Todaster isoproplico 100 TodasEtila todas TodasEtileno Cloridina 0 - 8 TodasEtileno Glicol todas TodasFluidos para transfernciade calor (todos)

- Todas

Fluidos refrigerantes todas Todas


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ANEXO 3.1 (Continuao)


Fluidos Concentrao % Temperatura mxima oCFluor todas no recomendadoGasolina - TodasGlicerina 0 - 100 Todas

Hexaclorobenzeno 100 TodasHidrato de Cloral - TodasHidrocloreto de Anilina 0 - 60 TodasHidrxido de Alumnio todas TodasHidrxido de Amnia todas TodasHidrxido de Sdio todas TodasHipocloreto de Clcio todas no recomendadoHipoclorito de Sdio todas no recomendadoIodo todas no recomendadoManitol todas TodasMetil-isobutil-cetona 100 TodasMonocloreto de Enxofre 100 TodasMonoclorobenzeno 100 TodasMonoetanolamina todas TodasOctanol 100 TodasParadiclorobenzeno 100 Todas

Paraldedo 100 TodasQuerosene - TodasSulfato de Amnia todas TodasSulfato de Cobre todas TodasSulfato de Ferro todas TodasSulfato de Mangans todas TodasSulfato de Nquel todas Todas

Sulfato de Zinco todas TodasTetracloreto de Carbono 100 TodasTetracloroetano 100 TodasTicloreto de Arsnio 100 TodasTiocianato de Amonia 0 63 TodasTricloreto de Fsforo 100 Todas

Tricloroetileno 100 TodasVapor - 650

Xileno todas Todas


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ANEXO 3.2

RESISTNCIA 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

Fluido NBR FE CR SBR NR SIacetaldedo 3 4 3 3 2 2acetato de alumnio 2 4 2 4 1 4acetato de butila 4 4 4 4 4 4acetado de etila 4 4 4 4 4 2acetado de potssio 2 4 2 4 1 4acetileno 1 1 2 2 2 2acetona 4 4 2 4 4 4cido actico 5% 2 1 1 2 2 1cido actico glacial 2 4 2 2 2 2cido benzico 4 1 4 4 4 4

cido brico 1 1 1 1 1 1cido butrico 4 2 4 4 3 3cido ctrico 1 1 1 1 1 1cido clordrico (concentrado) 4 1 4 4 4 4cido clordrico (diludo) 3 1 1 3 3 4cido crmico 4 1 4 4 4 3cido fluordrico (concentrado) 4 1 4 4 4 4cido fluordrico (diludo) 4 1 1 2 4 4cido fosfrico concentrado 4 1 1 3 3 3cido fosfrico diludo 4 1 1 2 2 2cido ltico 1 1 1 1 1 3cido maleico 4 1 4 4 4 3cido ntrico concentrado 4 1 4 4 4 4

cido ntrico diludo 4 1 2 4 4 4cido ntrico fumegante 4 2 4 4 4 4cido olico 3 2 2 4 4 4cido oxlico 2 1 2 2 2 2cido palmtico 1 1 2 2 2 4cido saliclico 2 1 3 2 1 3


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ANEXO 3.2 ( Continuao )


Fluido NBR FE CR SBR NR SIcido sulfrico concentrado 4 1 4 4 4 4cido sulfrico diludo 4 1 2 3 3 4cido sulfrico fumegante 4 1 4 4 4 4cido sulfuroso 2 1 2 2 2 4

cido tnico 1 1 1 2 1 2cido tartrico 1 1 1 2 1 1cidos graxos 2 1 2 4 3 3gua do mar 1 3 2 1 1 1gua potvel 1 1 1 1 1 1alcatro 1 1 2 4 4 4lcool butlico (butanol) 1 1 1 1 1 2lcool de madeira 1 4 1 1 1 1lcool isoproplico 2 1 1 2 1 1lcool proplico 1 1 1 1 1 1amnia lquida (anidra) 2 4 1 4 4 2amnia quente (gs) 4 4 2 4 4 1

amnia fria (gs) 1 4 1 1 1 1anilina 4 1 4 4 4 4ar at 100C 1 1 1 2 2 1ar at 150C 2 1 2 4 4 1ar at 200C 4 1 4 4 4 1ar at 250C 4 3 4 4 4 2benzeno 4 2 4 4 4 4bicarbonato de sdio 1 1 1 1 1 1brax 2 1 1 2 2 2caf 1 1 1 1 1 1carbonato de amnia 4 3 1 3 3 3carbonato de clcio 1 1 1 1 1 1carbonato de sdio 1 1 1 1 1 1

cerveja 1 1 1 1 1 1cianeto de potssio 1 1 1 1 1 1ciclo-hexanol 2 1 2 4 4 4cloreto de alumnio 1 1 1 1 1 2cloreto de amnia 1 3 1 1 1 3cloreto de brio 1 1 1 1 1 1cloreto de clcio 1 1 1 1 1 1cloreto de etila 1 1 2 2 1 4


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Fluido NBR FE CR SBR NR SIhidrxido de magnsio 2 1 1 2 2 3hidrxido de potssio 2 4 1 2 2 3hidrxido de sdio 2 1 1 2 1 1hipoclorito de clcio 2 1 2 2 2 2

hipoclorito de sdio 2 1 2 2 2 2isso-octano 1 1 1 4 4 4leite 1 1 1 1 1 1mercrio 1 1 1 1 1 3metano 1 1 2 4 4 4metanol 1 2 1 1 1 1metil butil cetona 4 4 4 4 4 4metil butil cetona ( MEK ) 4 4 4 4 4 4metil isobutil cetona ( MIBK ) 4 4 4 4 4 4metil isopropril cetona 4 4 4 4 4 4metil salicilato 4 3 4 3 3 3monxido de carbono 1 1 1 2 2 1nafta 2 1 4 4 4 4

neon 1 1 1 1 1 1nitrato de alumnio 1 3 1 1 1 2nitrato de potssio 1 1 1 1 1 1nitrato de prata 2 1 1 1 1 1nitrognio 1 1 1 1 1 1octano 2 1 4 4 4 4leo bunker 1 1 4 4 4 2leo combustvel 1 1 1 4 4 4leo combustvel cido 1 1 2 4 4 1leo cru 2 1 4 4 4 4leo de amendoim 1 1 3 4 4 1leo de coco 1 1 3 4 4 1

leo de linhaa 1 1 1 4 4 1leo de madeira 1 1 2 4 4 4leo de milho 1 1 3 4 4 1leo de oliva 1 1 2 4 4 1leo de soja 1 1 1 4 4 1leo diesel 1 1 3 4 4 4leo hidrulico ( mineral ) 1 1 2 4 4 2leo lubrificante 1 1 2 4 4 4


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Fluido NBR FE CR SBR NR SIleo para turbina 1 1 4 4 4 4leo silicone 1 1 1 1 1 3leo vegetal 1 1 3 4 4 1leos minerais 1 1 1 4 4 2

oxignio 2 1 1 4 2 1oxignio ( 100-200C ) 4 2 4 4 4 1oxignio lquido 2 1 1 4 1 2ozona 4 1 3 4 4 1pentano 1 1 1 3 4 4percloroetileno 2 1 4 4 4 4perxido de hidrognio 2 1 2 2 2 1petrleo 1 1 2 4 4 4propano 1 1 2 4 4 4querosene 1 1 2 4 4 4silicato de clcio 1 1 1 1 1 3silicato de sdio 1 1 1 1 1 3solues custicas 2 2 2 2 1 2

solventes clorados 4 1 4 4 4 4sulfato de alumnio 1 1 1 2 1 1sulfato de amnia 1 4 1 2 1 3sulfato de cobre 1 1 1 2 2 1sulfato de magnsio 1 1 1 2 2 1sulfato de sdio 1 1 1 2 2 1sulfato de zinco 1 1 1 2 2 1sulfito de magnsio 1 1 1 2 2 1tetracloreto de carbono 2 1 4 4 4 4tetracloroetano 4 1 4 4 4 3thinner 4 2 4 4 4 4tolueno 4 2 4 4 4 4

tricloroetano 4 1 4 4 4 4tricloroetileno 3 1 4 4 4 4usque 1 1 1 1 1 1vapor 1 1 1 2 2 1vinagre 2 1 2 2 2 1vinho 1 1 1 1 1 1xileno 4 1 4 4 4 4xilol 4 1 4 4 4 4


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CAPTULO

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JUNTAS EMPAPELO HIDRULICO

1. PAPELES HIDRULICOS TEADIT

So fabricados a partir da vulcanizao sob presso de fibras minerais ousintticas, com uma combinao de Elastmeros. Por serem bastante econmicos emrelao ao seu desempenho, so os materiais mais usados na fabricao de juntasindustriais, cobrindo ampla faixa de aplicao. Suas principais caractersticas so:

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

2. COMPOSIO E CARACTERSTICAS

Na fabricao do papelo hidrulico, fibras de amianto ou outros materiais,como Kevlar*, so misturados com Elastmeros e outros materiais, formando umamassa viscosa. Esta massa calandrada a quente at a formao de uma folha com ascaractersticas fsicas e dimenses desejadas.

A fibra, o elastmero ou a combinao de Elastmeros, outros materiaisadicionados a temperatura e tempo de processamento so combinados de forma aresultar 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 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 obtidasna Associao Brasileira do Amianto Rua Beira Rio, 57 - Vila Olmpia S. Paulo,SP - CEP 04548-050 Fone: 011-829-5977 e-mail: [email protected].

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 a

produtos 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 a compresso, os papeles hidrulicos podem serreforados com tela metlica. Estes materiais so recomendados para aplicaes ondea junta est sujeita a tenses mecnicas altas. A tela normalmente de ao carbono,

podendo, entretanto, ser usado ao inoxidvel, para melhor resistir ao fluido vedado.


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Juntas de papelo hidrulico com insero metlica apresentam umaselabilidade 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 usadasomente quando estritamente necessrio.

2.4 ACABAMENTO

Os diversos tipos de papelo hidrulico, so fabricados com trs acabamentossuperficiais, todos eles 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. Anti-aderente: quando a grafite no pode ser usada, emprega-se outro

anti-aderente, como o silicone.

Os acabamentos grafitado e anti-aderente, encarecem um pouco o material.

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 mm

por 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 RECUPERAOMedida de acordo, com a Norma ASTM F36A, a reduo de espessura do

material, quando submetido a uma carga de 5000 psi ( 34.5 MPa ) expressa como umaporcentagem da espessura original. Recuperao a retomada da espessura quando a

carga sobre o material retirada, expressa como porcentagem da espessuracomprimida.A compressibilidade indica a capacidade do material de se acomodar s

imperfeies 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 SELABILIDADEMedida de acordo com a Norma ASTM F37, indica a capacidade de vedar sob

condies controladas de laboratrio com isoctano, presso de 1atm e 2000 psi ( 13.8MPa ) de carga do flange.


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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 100oCe 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 de medio 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 ASTM N o 3, base de petrleo e oASTM Fuel B, composto de 70% isoctano e 30% tolueno e tambm imerso emcidos. So verificadas variaes de compressibilidade, recuperao, aumento deespessura, 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 de

aplicao 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 o procedimento Me 286/0para determinar a presso mxima de trabalho, em funo da temperatura. O fluido deteste o Nitrognio na presso inicial de 35 bar (500psi ). Se aps duas horas natemperatura de teste, a queda de presso for menor que 20psi, o material aprovadonesta temperatura. A presso mxima colocada em grfico, em funo da

temperatura.

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 etempe

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Livro Juntas Industriais - J[1].C.veiga