1. JUNTASINDUSTRIAIS JOS CARLOS VEIGA 4 Edio 4Edio

2. JOS CARLOS VEIGAJUNTASINDUSTRIAIS 4 a Edio 1 3. Jos Carlos Veiga, 2003Reservam-se os direitos desta Jos Carlos Carvalho Veiga Av. Martin Luther King Jr., 893921530-010 Rio de Janeiro - RJImpresso no Brasil / Printed in BrazilObra Registrada sob o nmero 173.856 Livro 293 Folha 3 Fundao Biblioteca Nacional Ministrio da Cultura Capa Alexandre SampaioDesenhosAltevir Barbosa VidalGrficaBrasilform Chesterman Indstria Grfica Tiragem desta impresso: 3000 exemplares Edies Anteriores Lngua Portugusa1a 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 Inglesa 1a Edio, 1994 10000 exemplares2a Edio, 1999 3000 exemplares3a Edio, 2003 3000 exemplares Lngua Espanhola 1a Edio, 2003 2000 exemplaresVeiga, 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 2 4. Para a minha esposa MARIA ODETE3 5. AGRADECIMENTO Agradeo ao Grupo TEADITcujo apoio tem sidoimprescindvel para a contnua atualizaodesta obra.4 6. PrefcioA idia desta publicao surgiu, por acaso, ao final de uma palestra tcnicaque 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 5 7. 6 8. SUMRIOCaptulo 1 Introduo .................................................................. 11Captulo 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 ............................................................... 41Captulo 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 ............................................................................ 517 9. 10. Papelo de Amianto .............................................................. 5211. Papelo Isolit HT . ............................................................... 5312. Fibra Cermica ..................................................................... 5313. Beater Addition .................................................................... 5314. Papelo Teaplac . ................................................................. 53Captulo 4 Juntas em Papelo Hidrulico ................................ 63 1. Papeles Hidrulicos Teadit ................................................. 63 2. Composio e Caractersticas ............................................... 63 3. Projeto de Juntas com Papelo Hidrulico ............................ 66 4. Juntas de Grandes Dimenses ............................................... 69 5. Espessura ............................................................................. 71 6. Fora de Aperto dos Parafusos .............................................. 71 7. Acabamento das Juntas ......................................................... 71 8. Acabamento das Superfcies de Vedao dos Flanges ........... 71 9. Armazenamento ................................................................... 7210. Papeles Hidrulicos Teadit Sem Amianto ............................ 7211. Papeles Hidrulicos Teadit Com Amianto ........................... 76Captulo 5 Juntas em PTFE ........................................................ 95 1. Politetrafluoretileno PTFE ................................................. 95 2. Tipos de Placas PTFE ........................................................... 95 3. TELON* - Placas de PTFE Aditivado .................................. 96 4. Quinflex - PTFE Expandido ................................................ 103 5. Juntas Tipo 933 Envelopadas em PTFE ................................ 107Captulo 6 Materiais para Juntas Metlicas ............................ 123 1Consideraes Iniciais .......................................................... 123 2Ao Carbono ........................................................................ 124 3Ao Inoxidvel AISI 304 ...................................................... 124 4Ao Inoxidvel AISI 304L ................................................... 124 5Ao Inoxidvel AISI 316 ...................................................... 124 6Ao Inoxidvel AISI 316L ................................................... 124 7Ao Inoxidvel AISI 321 ...................................................... 124 8Ao Inoxidvel AISI 347 ...................................................... 125 9Monel................................................................................... 12510Nquel 200 ............................................................................ 12511Cobre ................................................................................... 1258 10. 12 Alumnio ............................................................................... 12513 Inconel................................................................................... 12514 Titnio ................................................................................... 125Captulo 7 Juntas Metalflex . .......................................................135 1O que uma Junta Metalflex. ............................................... 135 2Materiais ................................................................................ 136 3Densidade .............................................................................. 138 4Dimensionamento .................................................................. 138 5Espessura ............................................................................... 139 6Limitaes Dimensionais e de Espessura ............................... 139 7Tolerncias de Fabricao ...................................................... 140 8Acabamento das Superfcies de Vedao ................................ 140 9Presso de Esmagamento ....................................................... 14110Tipos ..................................................................................... 14111Juntas Tipo 911 ...................................................................... 14112Juntas de Acordo com a Norma ASME B16.20 ...................... 14413Juntas Tipo 913 Apndice E ASME B.16.5 ........................ 14814Outras Normas ....................................................................... 14815Dimensionamento de Juntas Tipo 913 Especiais .................... 14816Juntas Tipo 912 ...................................................................... 15017Juntas Tipo 914 ...................................................................... 151Captulo 8 Juntas Metalbest . ......................................................169 1O que uma Junta Metalbest . .............................................. 169 2Metais .................................................................................... 170 3Enchimento............................................................................ 170 4Dimensionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............... 170 5Principais Tipos e Aplicaes ................................................ 170 6Juntas para Trocadores de Calor ............................................. 173 7Juntas Tipo 927 para Trocadores de Calor .............................. 179Captulo 9 Juntas Metlicas ..........................................................183 1Definio............................................................................... 183 2Juntas Metlicas Planas .......................................................... 183 3Materiais ................................................................................ 184 4Acabamento da Superfcie de Vedao ................................... 184 5Tipos de Juntas Metlicas Planas ........................................... 184 6Ring Joints ............................................................................. 1889 11. Captulo 10 Juntas Camprofile ................................................... 203 1Introduo ............................................................................. 203 2Materiais ............................................................................... 205 3Limites de Operao .............................................................. 205 4Clculo do Aperto.................................................................. 206 5Exemplo de Aplicao ........................................................... 206 6Acabamento Superficial......................................................... 209 7Dimensionamento.................................................................. 209 8Formatos ............................................................................... 210 9Juntas Camprofile para Flanges ASME B16.5........................ 210Captulo 11 Juntas para Isolamento Eltrico .......................... 215 1Corroso Eletroqumica ......................................................... 215 2Proteo Catdica .................................................................. 217 3Sistema de Isolamento de Flanges .......................................... 217 4Especificao do Material das Juntas ..................................... 221Captulo 12 Instalao e Emisses Fugitivas ........................... 223 1Procedimento de Instalao ................................................... 223 2Aplicao do Aperto .............................................................. 224 3Tenses Admissveis nos Parafusos ........................................ 224 4Causas de Vazamentos ........................................................... 225 5Flanges Separados, Inclinados ou Desalinhados ..................... 225 6Carga Constante ..................................................................... 226 7Emisses Fugitivas ................................................................ 229Captulo 13 Fatores de Converso ............................................. 235Bibliografia ........................................................................................ 23710 12. 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, incndiose 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.11 13. 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 flangesASME 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 - RJ12 14. CAPTULO 2PROJETO1. 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. 13 15. 2. VEDAOSe 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 omanuseio 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 forma adequada de esmagar a junta, de modo que ela preencha as imperfeies dos flanges. A presso mnima de esmagamento normalizada pela ASME (American Society of Mechanical Engineers) e ser mostrada adiante. Esta fora de esmagamento deve ser limitada para no destruir a junta por esmagamento excessivo. Fora de vedao: deve haver uma presso residual sobre a junta, de modo a mant-la em contato com as superfcies dos flanges, evitando vazamentos. Seleo dos materiais: os materiais da junta devem resistir s presses s quais a junta vai ser submetida e ao fluido vedado. A correta seleo de materiais ser mostrada ao longo deste livro. Acabamento superficial: para cada tipo de junta e/ou material existe um acabamento recomendado para as superfcies de vedao. O desconhecimento destes valores uma das principais causas de vazamentos.3. FORAS EM UMA UNIO FLANGEADAA figura 2.1 mostra as principais foras em uma unio flangeada. Fora radial: originada pela presso interna e tende a expulsar a junta. Fora de separao: tambm originada pela presso interna e tende a separar os flanges. Fora dos parafusos: a fora total exercida pelo aperto dos parafusos.14 16. 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 separaoFigura 2.1A 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.15 17. 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: W m 1 = ( 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. ESMAGAMENTOA segunda condio determina uma fora mnima de esmagamento da junta,sem levar em conta a presso de trabalho. Esta fora calculada pela frmula: W m 2 = 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")ou0.5 b = 0.5 ( b0 ) quando b0 for maior que 6.4 mm (1/4") O Cdigo ASME tambm define como calcular b 0 em funo da face doflange, como mostrado nas Tabelas 2.1 e 2.2.4.3. REA DOS PARAFUSOSEm seguida, deve-se calcular a rea mnima dos parafusos A m :16 18. A m 1 = (W m 1) / Sb (eq. 2.3)A m 2 = (W m 2) / Sa (eq. 2.4)onde S b a tenso mxima admissvel, nos parafusos na temperatura de operao, e Sa a tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente. O valor de A mdeve 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 A m :A b = (nmero de parafusos) x (rea mnima do parafuso, pol2) A rea resistiva dos parafusos A b deve ser maior ou igual a A m .4.5. PRESSO MXIMA SOBRE A JUNTA A presso mxima sobre a junta calculada pela frmula:Sg (max) = (W m ) / ((/4) (de2 - di2) ))(eq. 2.5)ouSg (max) = (W m ) / ((/4) ( (de - 0,125)2 - di2)) ) (eq. 2.6) Onde W m o maior valor de Wm 1 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. 17 19. Tabela 2.1Fator da junta (m) e presso mnima de esmagamento (y)yPerfil Superfcie Coluna bMaterial da juntam 0(psi) ou tipo de vedaoBorracha - abaixo de 75 Shore A 0.50 0 (la) (lb) (1c) II - acima de 75 Shore A1.00200 plana (1d) (4) (5) c/reforo tela algodo 1.25400Papelo Hidrulico 3.2 mm espessura 2.00 1600(la) (lb) (1c) 1.6 mm espessura 2.75 3700 plana(1d) (4) (5) II 0.8 mm espessura 3.50 6500Fibra vegetal 1.75 1100(la) (lb) (1c) planaII(1d) (4) (5)Metalflex ao inox ou Monel e 911, 913 (la) (1b)IIenchimento de Amianto 3.00 10000914Dupla camisa metlica corrugadaAlumnio2.50 2900Cobre ou lato2.75 3700 IIAo carbono 3.00 4500 926 (la) (1b)Monel 3.25 5500Aos inoxdveis3.50 6500Corrugada metlica Alumnio 2.75 3700Cobre ou lato3.00 4500 (la) (1b)Ao carbono 3.25 5500 900 (1c) (1d) IIMonel 3.50 6500Aos inoxidveis3.75 7600Dupla camisa metlica lisaAlumnio3.25 5500Cobre ou lato3.50 6500(la) (1b)IIAo carbono 3.75 7600 923 (1c) (1d) (2)Monel 3.50 8000Aos inoxidveis3.75 9000Metlica ranhurada Alumnio 3.25 5500Cobre ou lato3.50 6500(la) (1b)Ao carbono 3.75 7600 941, 942 (1c) (1d) (2)IIMonel 3.75 9000 (3)Aos inoxidveis4.2510100Metlica slida Alumnio4.00 8800Cobre ou lato4.7513000(la) (1b)Ao carbono 5.5018000 940 (1c) (1d) (2) IMonel 6.0021800 (3) (4) (5)Aos inoxidveis6.5026000Ring JointAo carbono 5.5018000Monel 6.0021800 950, 951(6) IAos inoxidveis6.5026000 18 20. 19 21. Tabela 2.2 (Continuao)Localizao da Fora de Reao da Junta5. SIMBOLOGIAA b = rea real do parafuso na raiz da rosca ou na seo de menor rea sob tenso(pol2 )A m = rea total mnima necessria para os parafusos, tomada como o maior valorentre A m 1 e A m 2 (pol2).A m 1 = rea total mnima dos parafusos calculada para as condies operacionais (pol2)A m 2 = 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 2.1N = largura radial usada para determinar a largura bsica da junta, Tabela 2.2 (pol).20 22. P= presso de projeto (1bs/pol2)Sa = tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente (1b/pol2)S b = tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura de operao (1b/pol2)S g = presso sobre a superfcie da junta (1b/pol2)Wm = fora mnima de instalao da junta (1b)W m1 = fora mnima necessria nos parafusos nas condies operacionais (1b)W m2 = 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 PARAFUSOS6.1. FATOR DE ATRITOA 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 2.221 23. 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 facilidade de clculo,desprezamos a parcela (T/r) sen a na equao 2.8. Substituindo o valor de Fn n aequao 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 prticos. Parafusos no lubrificados apresentamaproximadamente 50% de diferena. Diferentes lubrificantes podem dar valoresdiferentes dos mostrados na Tabela 2.3, que devem ser determinados em testesprticos. 22 24. 6.2. TORQUE DE APERTO Para calcular o toque de aperto devemos verificar qual o maior valor da forade aperto necessria, Wm 1 ou W m 2, conforme calculado nas equaes 2.1 e 2.2.Substituindo na equao 2.11, temos: T1 = (k Wm 1 d) / Np (eq. 2.12) T2 = (k Wm 2 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 Dimetro NominalFios por polegada Fator de Atritorea da raizpol kdarosca - mm2l/4 20 0.2317 5/16 18 0.22293/8 16 0.1844 7/16 14 0.1960l/2 13 0.2081 9/16 12 0.21 1055/8 11 0.19 1303/4 10 0.17 1957/89 0.17 270 1 8 0.18 355 1 1/8 7 0.20 447 1 1/4 7 0.19 574 1 3/8 6 0.20 680 1 1/2 6 0.18 834 1 5/8 5 1/2 0.19 977 1 3/4 5 0.201125 1 7/8 5 0.211322 2 4 1/2 0.1914847. 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.23 25. 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 m (125 pol)Ra a 6.3 m (250 pol) Ra .Figura 2.37.2.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 Ra da Norma ASME B46.1 e no porinstrumentos com estilete e amplificao eletrnica.24 26. 7.3. ACABAMENTO SUPERFICIAL E SELABILIDADEA 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 juntanas 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 VEDAOA 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 25 27. Tabela 2.4Acabamento da Superfcie de Vedao dos FlangesDescrio da juntaTipo Seo transversal Acabamento SuperficialRa Teadit da junta m polPlana no-metlica8103.2 a 6.3 125 a 250820Metlica corrugada9001.663Metlica corrugada com9053.2 125revestimento amianto911Metalflex (espiro-metlica) 913 2.0 a 6.3 80 a 250914Metalbest (dupla camisa 920metlica )9239261.6 a 2.063 a 80927929Plana metlica940 1.663Metlica ranhurada941 1.663Metlica ranhurada com942 1.6 a 2.0 63 a 80cobertura950951Ring-Joint metlico 1.663RXBX26 28. 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 2.510. 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 27 29. 10.2. FACE RESSALTADAJunta 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 2.710.3. 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 2.828 30. 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 2.910.5. 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 29 31. 10.6. RING-JOINTTambm 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 2.1111. 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 30 32. prticos ento obtidos. At a edio deste livro a ASME ainda no havia publicado anova metodologia de clculo baseada nas constantes11.1. 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 naFigura 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.31 33. 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 32 34. 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 o tipo ou material. A selabilidade uma funo direta do aperto inicial a que a junta submetida. Quanto maior este aperto melhor a selabilidade. Foi sugerido a introduo do Parmetro de Aperto (Tightness Parameter) Tp, adimensional, como a melhor forma de representar o comportamento dos diversos tipos de juntas.Tp = (P/P*) x (Lr m */ (Lrm x Dt)) aonde:0.5 < a < 1.2 sendo 0.5 para gases e 1.2 para lquidosP = 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) 33 35. 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 2.15Do 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 o eixo y (parte A do teste). a = inclinao da linha de esmagamento inicial. Gs = ponto focal das linhas de alvio da presso de esmagamento inicial (parte B do teste).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.34 36. Tabela 2.5 Constantes de JuntasGbGsMaterial da Junta(MPa) a (MPa)Papelo hidrulico com fibra de amianto1.6 mm espessura 17.240 0.1500.8073.2 mm espessura2.759 0.3800.690Papelo hidrulico com 1.6 mm espessuraTeadit NA 10020.9380.45 5 E-4Teadit NA 11000.9030.44 5.4 E-3 Lmina de PTFE expandido Quimflex SH1.6 mm espessura2.945 0.313 3 E-4 Junta de PTFE expandido Quimflex8.786 0.1931.8 E-14Lmina de PTFE reforado Teadit TF 1580 0.786 0.447 1.103 E-8 Teadit TF 1590 1.793 0.351 0.043Lmina de Grafite Expandido (Graflex ) Sem reforo (TJB)6.690 0.384 3.448 E-4 Com reforo chapa perfurada ao inoxidvel (TJE) 9.655 0.324 6.897 E-5 Com reforo chapa lisa de ao inoxidvel (TJR) 5.628 0.377 4.552 E-4 Com reforo de filme polister (TJP) 6.690 0.384 3.448 E-4Junta espirometalica Metalflex em ao inoxidvel e Graflex Sem anel interno ( tipo 913 ) 15.862 0.2370.090 Com anel interno ( tipo 913 M ) 17.448 0.2410.028Junta espirometalica Metalflex em ao inoxidvel e PTFE Sem anel interno ( tipo 913 ) 31.034 0.1400.483 Com anel interno ( tipo 913 M ) 15.724 0.1900.462Junta dupla camisa Metalbest em ao carbono e enchimentoem Graflex Lisa ( tipo 923 ) 20.000 0.2300.103 Corrugada ( tipo 926 )58.621 0.1341.586Junta metlica lisa ( tipo 940 )Alumnio 10.517 0.2401.379Cobre recozido ou lato34.483 0.1331.77935 37. A figura 2.16 mostra o grfico de uma junta espiralada tipo 913 com ao inox eGraflex.Figura 2.1611.2. 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 2.6 Classe de Aperto Classe de ApertoVazamento ( mg / seg-mm )Constante de Aperto C Ar, gua0.2 ( 1/5 )0.1 Standard0.002 ( 1/500 )1.0 Apertada0.000 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. 36 38. 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 2.7 Equivalncia volumtricaEquivalncia volumtricaFluido Massa - mg / seg Volume - l / h gua10.036 Nitrognio13.200 Hlio 1 22.140 Tabela 2.8 Equivalncia em bolhas VazamentoVolume equivalente Equivalente em bolhas -1 10 mg/ seg 1 ml a cada 10 segundosFluxo constante 10 -2 mg / seg 1 ml a cada 100 segundos 10 bolhas por segundo 10 -3 mg / seg 3 ml por hora1 bolha por segundo 10 -4 mg / seg 1 ml a cada 3 horas1 bolha a cada 10 segundos11.3. 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 2.9 Eficincia do aperto Mtodo de apertoEficincia do aperto Ae Torqumetro de impacto ou alavanca0.75 Torque aplicado com preciso ( 3 % )0.85 Tensionamento direto e simultneo 0.95 Medio direta da tenso ou elongao 1.0037 39. 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 d aTeadit 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 G , a, e G para a junta que vai b sser 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: A i = ( /4 ) G2 G = de- 2b b = .5 ( b ) 0.5 ou b = b o se b o 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 38 40. 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 Tpminonde X > = 1.5 ( Sa / Sb)onde Sa a tenso admissvel nos parafusos na temperatura ambiente e S b 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 )aonde Ae a Eficincia do Aperto, obtido na Tabela 2.9 Calcular a presso de esmagamento de projeto da junta: Sm 2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (A i / Ag)onde Ag a rea de contato da junta com a superfcie de vedao doflange Calcular a fora mnima de esmagamento: W m o = ( Pd A i ) + ( Sm o A g )onde Sm o a o maior valor de Sm 1, Sm 2 ou 2 Pd Calcular a rea resistiva mnima dos parafusos: A m = W m o / Sb 39 41. Nmero de parafusos:A rea real dos parafusos, A b, deve ser igual ou maior que A m . Para isso necessrio escolher um nmero de parafusos tal que a soma das suasreas seja igual ou maior do que A m11.5. EXEMPLO DE CLCULO PELO MTODO PVRCJunta 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 MPa a = 0.237 Gs = 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, A g: A g = ( /4 ) [(de - 3.2)2 - di2] = 7271.390 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm rea efetiva de atuao da presso interna, A i: A i = ( /4 ) G = 29711.878 mm22 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm b o = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm Parmetro de aperto mnimo: Tpmin = 18.0231 C P = 36.0462d40 42. Parmetro de aperto de montagem:Tpa = X Tpmin = 1.5 ( 172 / 122 ) 36.0462 = 76.229Razo dos parmetros de aperto:Tr = Log (Tpa) / Log (Tpmin) = 1.209Presso mnima de aperto para operao:Sml = Gs [( Gb / Gs ) ( Tpa )a ]1/Tr = 15.171 MPaPresso mnima de esmagamento:Sy a = [ Gb/Ae ] ( Tpa )a = 59.069 MPaCalcular a presso de esmagamento de projeto da junta:Sm 2 = [( Sb / Sa )( Sy a / 1.5 )] - Pd (A i / Ag) = 19.759 MPaFora mnima de esmagamento:W m o = ( Pd A i ) + ( Sm o A g ) onde Sm o a o maior valor deSm 1 = 15.171Sm 2 = 19.7592 Pd = 4W m o = ( Pd A i ) + ( Sm o A g ) = 203 089 N12. 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. 41 43. 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), A g.Calcular a rea efetiva de atuao da presso do fluido, Ai, de acordo com o Cdigo ASME:A i = ( /4 ) G2G = de - 2bb = .5 ( b ) 0.5 ou b = b0 se b0 for menor que 6.4 mmb 0 = N/2 onde G o dimetro efetivo da junta conforme tabelas do Cdigo ASMECalcular a fora de presso, H:H = Ai P dCalcular a fora mxima disponvel para o esmagamento, Wdisp:W disp = A ml N p S a onde Aml a rea da raiz da rosca dos parafusos ou menor rea sob tenso, Np o nmero de parafusos e Sa a tenso mxima admissvel nos parafusos na temperatura ambiente.Calcular a presso de esmagamento da junta, Sy a:Sy a = Wdisp / A gDeterminar a mxima presso de esmagamento para a junta de acordo com a recomendao do fabricante, Sy m .Estabelecer como a presso de esmagamento mxima, Sys, o menor valor entre Sy a e Sy m .Calcular a fora de esmagamento mxima, Wm a x:W m a x = Sys A gCalcular a fora de aperto mnimo Wm o de acordo com as Sees 4 ou 11 deste Captulo.42 44. Se o valor de Wm a x for menor do que Wm o a combinao das juntas eparafusos no adequada para a aplicao. Se W max for maior do que Wm o 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 MXIMANo exemplo da Seo 11.5 podemos calcular a fora de aperto mxima. rea de contato da junta com o flange: A g = ( /4 ) [(de - 3.2)2 - di2] = 7271.37 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm rea efetiva de atuao da presso do fluido: A i = ( /4 ) G = 29711.8 mm2 2 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm b o = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm Calcular a fora de presso, H: H = Ai P d = 29711 x 2 = 59 423 N Fora mxima disponvel para o esmagamento: W disp = Ae Aml N p S a = 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: S y m = 210 MPa 43 45. Presso de esmagamento mxima, menor valor entre Sy a e Sy m : Sys = 110 MPa Calcular a fora de esmagamento mxima, Wm a x: W m a x = Sys A g = 110 x 7271 = 799 810 N Fora de aperto mnimo, conforme Seo 11.5: W m o = 203 089 N Como o valor de Wm a x maior Wm o 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: Tm i n = k Wm o 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-m44 46. CAPTULO 3 MATERIAIS PARA JUNTAS NO-METLICAS1.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. 45 47. Ponto de condensao: a passagem do fluido com presena de enxofre e gua pelo ponto de condensao, comum em gases provenientes de combusto, pode provocar a formao de condensados extremamente corrosivos. 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 ServioPXTTemperatura Material da Juntamximomxima - oC530150 Borracha 1150120 Fibra vegetal 2700250 PTFE15000540 Papelo hidrulico25000590 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.46 48. 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 450 o C , o s e u u s o d e v e s e 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 de Graflex com reforo, necessrio verificar tambm a compatibilidade do fluido como reforo.47 49. Tabela 3.2Tipos de Placas de Graflex TipoTJR TJE TJB Reforolmina lisa de aolmina perfurada de ao nenhuminoxidvel 316L inoxidvel 316Lservios gerais,servios gerais, vapor,servios gerais,Aplicao vapor,fluido trmico,flanges frgeishidrocarbonetos hidrocarbonetosem geral Tabela 3.3Temperaturas de TrabalhoTemperatura oCMxima Meio Mnima TJR TJETJB Neutro / redutor-2408708703 000Oxidante -240450450 450NoVapor-240650650 recomendadoOs valores de m e y e das constantes para clculo para cada tipo de Placade Graflex esto na Tabela 3.4.Tabela 3.4 Valores para Clculo TipoTJRTJETJBm 221.5 y (psi)1 000 2 800 900Gb (MPa)5.628 9.6556.690a 0.377 0.3240.384Gs (MPa)4.555x10 - 4 6.897x10-53.448x10-4Presso de esmagamento 165 165 165mxima (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 tipos e condies de fornecimento esto naTabela 3.5. 48 50. Tabela 3.5Fitas Graflex Tipo TJI TJH TJZ fita lisa com adesivo fita corrugada com fita corrugada sem Apresentao adesivoadesivo vedao de conexes moldada sobre aenrolada e prensada Aplicao roscadassuperfcie de vedaoem hastes de vlvulas dos flangese anis pr-moldados 12.7 x 8 000 ou 25.412.7 x 8 000 ou 25.4 x 6.4 ou 12.7 x 8 000 e Rolos com x 15 000 mm 15 000 mm19.1 ou 25.4 x 150006.ELASTMEROSMateriais 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 bastanteelstico, 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 SELEOEm 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. 49 51. 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 desenvolvidacomo 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 excelenteresistncia 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 resistnciaaos 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 sendoafetada 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. Norecomendado para uso com solventes e hidrocarbonetos aromticos. Limites detemperatura de -50oC a 120oC. 50 52. 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-100 oC 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 VIDROOs tecidos de fibra de vidro so fabricados a partir de dois tipos de fios: Filamento contnuo. Texturizado. 51 53. 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 3.210.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 fabricaode juntas para dutos de gases quentes e baixas presses. Temperatura limite de operaocontnua 800o C.52 54. 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 ADDITIONO 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 53 55. ANEXO 3.1COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX Fluidos Concentrao % Temperatura mxima o CAcetato de Monovinil Todas TodasAcetato Isoproplico100TodasAcetona 0 - 100Todascido ActicoTodas Todascido Arsnico Todas Todascido Benzilsulfnico60Todascido Brico Todas Todascido BrmicoTodas Todascido CarbnicoTodas Todascido CtricoTodas Todascido Clordrico Todas Todascido Dicloropropinico90 100 No Recomendadocido Esterico 100Todascido FluordricoTodas Todascido Fluorsilcio 0 a 20Todascido Flico Todas Todascido FrmicoTodas Todascido Fosfrico0 a 85Todascido GraxoTodas Todascido Ltico Todas Todascido Monocloroactico100Todascido NtricoTodasNo Recomendadocido Olico100Todascido OxlicoTodas Todascido Sulfrico0 a 70Todascido Sulfrico Maior que 70No Recomendadocido SulfurosoTodas Todascido TartricoTodas Todasgua Boronatada -Todasgua Deaerada -Todasgua MercaptanaSaturadaTodaslcool Isoproplico 0 - 100Todaslcool Amlico100Todaslcool Butlico 100Todaslcool Etlico0 - 100Todas 54 56. ANEXO 3.1 (Continuao)COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX Fluidos Concentrao % Temperatura mxima o Clcool metlico0 - 100 650Anidrido acetico 100TodasAnilina100TodasAr-450Benzeno100TodasBiflureto de Amnia Todas TodasBromo Todas No RecomendadoCellosolve Butlico0 - 100TodasCellosolve Solvente Todas TodasCloreto Cprico Todas TodasCloreto de Alummio Todas TodasClorato de Clcio Todas No RecomendadoCloreto de EstanhoTodas TodasCloreto de EtilaTodas TodasCloreto de Nquel Todas TodasCloreto de SdioTodas TodasCloreto de ZincoTodas TodasCloreto Frrico Todas TodasCloreto Ferroso Todas TodasClorito de Sdio0-4 No RecomendadoCloro seco 100TodasCloroetilbenzeno 100TodasClorofrmio100TodasDibromo Etileno100TodasDicloro Etileno100TodasDietanolamina Todas TodasDioxano0 - 100TodasDixido de EnxofreTodas Todaster isoproplico100TodasEtila Todas TodasEtileno Cloridina 0-8 TodasEtileno GlicolTodas TodasFluidos para transferncia- Todasde calor (todos)Fluidos refrigerantes Todas Todas 55 57. ANEXO 3.1 (Continuao) COMPATIBILIDADE QUMICA DO GRAFLEX Fluidos Concentrao %Temperatura mxima o CFluorTodas No RecomendadoGasolina- TodasGlicerina 0 - 100 TodasHexaclorobenzeno100 TodasHidrato de Cloral - TodasHidrocloreto de Anilina0 - 60 TodasHidrxido de AlumnioTodasTodasHidrxido de AmniaTodasTodasHidrxido de Sdio TodasTodasHipocloreto de ClcioTodas No RecomendadoHipoclorito de Sdio Todas No RecomendadoIodo Todas No RecomendadoManitolTodasTodasMetil-isobutil-cetona 100 TodasMonocloreto de Enxofre100 TodasMonoclorobenzeno100 TodasMonoetanolaminaTodasTodasOctanol 100 TodasParadiclorobenzeno100 TodasParaldedo100 TodasQuerosene - TodasSulfato de AmniaTodasTodasSulfato de Cobre TodasTodasSulfato de Ferro TodasTodasSulfato de MangansTodasTodasSulfato de NquelTodasTodasSulfato de Zinco TodasTodasTetracloreto de Carbono 100 TodasTetracloroetano 100 TodasTicloreto de Arsnio100 TodasTiocianato de Amonia 0 63 TodasTricloreto de Fsforo 100 TodasTricloroetileno 100 TodasVapor -650Xileno TodasTodas56 58. ANEXO 3.2 RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS1: boa resistncia 3: sem informao2: resistncia regular 4: pouca resistnciaNBR: nitrlica SBR: stireno-butadienoF E : fluorelastmeroNR : naturalCR : cloropreneSI : siliconeFluidoNBRFE CR SBR NR SI Acetaldedo 3433 2 2 Acetato de alumnio 2424 1 4 Acetato de butila 4444 4 4 Acetado de etila4444 4 2 Acetado de potssio 2424 1 4 Acetileno 1122 2 2 Acetona 4424 4 4 cido actico 5%2112 2 1 cido actico glacial 2422 2 2 cido benzico4144 4 4 cido brico1111 1 1 cido butrico4244 3 3 cido ctrico 1111 1 1 cido clordrico (concentrado)4144 4 4 cido clordrico (diludo)3113 3 4 cido crmico 4144 4 3 cido fluordrico (concentrado) 4144 4 4 cido fluordrico (diludo) 4112 4 4 cido fosfrico concentrado 4113 3 3 cido fosfrico diludo 4112 2 2 cido ltico1111 1 3 cido maleico 4144 4 3 cido ntrico concentrado 4144 4 4 cido ntrico diludo 4124 4 4 cido ntrico fumegante 4244 4 4 cido olico3224 4 4 cido oxlico 2122 2 2 cido palmtico 1122 2 4 cido saliclico2132 1 3 57 59. ANEXO 3.2 ( Continuao ) RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS FluidoNBR FE CR SBR NR SIcido sulfrico concentrado 41 44 4 4cido sulfrico diludo 41 23 3 4cido sulfrico fumegante 41 44 4 4cido sulfuroso 21 22 2 4cido tnico11 12 1 2cido tartrico 11 12 1 1cidos graxos 21 24 3 3gua do mar 13 21 1 1gua potvel11 11 1 1Alcatro11 24 4 4lcool butlico (butanol) 11 11 1 2lcool de madeira 14 11 1 1lcool isoproplico 21 12 1 1lcool proplico11 11 1 1Amnia lquida (anidra) 24 14 4 2Amnia quente (gs) 44 24 4 1Amnia fria (gs) 14 11 1 1Anilina 41 44 4 4Ar at 100C11 12 2 1Ar at 150C21 24 4 1Ar at 200C41 44 4 1Ar at 250C43 44 4 2Benzeno 42 44 4 4Bicarbonato de sdio11 11 1 1Brax 21 12 2 2Caf11 11 1 1Carbonato de amnia 43 13 3 3Carbonato de clcio 11 11 1 1Carbonato de sdio11 11 1 1Cerveja 11 11 1 1Cianeto de potssio 11 11 1 1Ciclo-hexanol 21 24 4 4Cloreto de alumnio 11 11 1 2Cloreto de amnia 13 11 1 3Cloreto de brio11 11 1 1Cloreto de clcio 11 11 1 1Cloreto de etila11 22 1 458 60. ANEXO 3.2 ( Continuao ) RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS FluidoNBR FE C R SBR NR SICloreto de etileno41 4 4 4 4Cloreto de magnsio 11 1 1 1 1Cloreto de metileno 42 4 4 4 4Cloreto de potssio 11 1 1 1 1Cloreto de sdio11 1 1 1 1Cloro (seco)41 2 4 4 4Cloro (mido) 31 4 3 3 3Clorofrmio 41 4 4 4 4Decalin 41 4 4 4 4Dibutil ftalato 42 4 4 4 3Dixido de enxofre (seco) 44 1 2 2 2Dixido de enxofre (mido)44 1 4 4 2Dissulfeto de carbono 41 4 4 4 3Dowtherm A41 2 4 4 4Esgoto sanitrio11 2 1 1 1Etano 11 2 4 4 4Etanol13 1 1 1 1ter dibutlico 43 4 4 4 4ter etlico34 4 4 4 4ter metlico 11 3 1 1 1Etileno glicol11 1 1 1 1Fenol 41 2 4 4 4Fluoreto de alumnio13 1 1 2 2Formaldedo 44 4 4 4 4Fosfato de clcio 11 2 1 1 1Freon 1211 1 1 2 4Freon 2244 1 1 1 4Gs carbnico 12 1 2 2 2Gs liquefeito de petrleo11 2 4 4 3Gs natural 11 1 2 2 1Gasolina11 2 4 4 4Glicerina 11 1 1 1 1Glicose 11 1 1 1 1Heptano 11 2 4 4 4Hidrognio11 1 2 2 3Hidrxido de amnia (concentrado) 41 1 3 3 1Hidrxido de clcio 11 1 1 1 359 61. ANEXO 3.2 ( Continuao ) RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTAS Fluido NBR FE CR SBR NR SIHidrxido de magnsio21 12 2 3Hidrxido de potssio24 12 2 3Hidrxido de sdio 21 12 1 1Hipoclorito de clcio21 22 2 2Hipoclorito de sdio 21 22 2 2Isso-octano11 14 4 4Ieite11 11 1 1Mercrio 11 11 1 3Metano 11 24 4 4Metanol12 11 1 1Metil butil cetona 44 44 4 4Metil butil cetona ( MEK ) 44 44 4 4Metil isobutil cetona ( MIBK ) 44 44 4 4Metil isopropril cetona44 44 4 4Metil salicilato 43 43 3 3Monxido de carbono11 12 2 1Nafta21 44 4 4Neon 11 11 1 1Nitrato de alumnio13 11 1 2Nitrato de potssio11 11 1 1Nitrato de prata 21 11 1 1Nitrognio 11 11 1 1Octano 21 44 4 4leo bunker11 44 4 2leo combustvel 11 14 4 4leo combustvel cido 11 24 4 1leo cru 21 44 4 4leo de amendoim 11 34 4 1leo de coco 11 34 4 1leo de linhaa11 14 4 1leo de madeira11 24 4 4leo de milho11 34 4 1leo de oliva11 24 4 1leo de soja 11 14 4 1leo diesel11 34 4 4leo hidrulico ( mineral )11 24 4 2leo lubrificante11 24 4 4 60 62. ANEXO 3.2 ( Continuao ) RESISTNCIA QUMICA DE ELASTMEROS PARA JUNTASFluidoNBR F E CR SBR N R SIleo para turbina1 1 44 44leo silicone1 1 11 13leo vegetal 1 1 34 41leos minerais 1 1 14 42Oxignio 2 1 14 21Oxignio ( 100-200C ) 4 2 44 41Oxignio lquido 2 1 14 12Ozona4 1 34 41Pentano1 1 13 44Percloroetileno2 1 44 44Perxido de hidrognio 2 1 22 21Petrleo 1 1 24 44Propano1 1 24 44Querosene1 1 24 44Silicato de clcio 1 1 11 13Silicato de sdio1 1 11 13Solues custicas 2 2 22 12Solventes clorados 4 1 44 44Sulfato de alumnio1 1 12 11Sulfato de amnia1 4 12 13Sulfato de cobre 1 1 12 21Sulfato de magnsio1 1 12 21Sulfato de sdio 1 1 12 21Sulfato de zinco 1 1 12 21Sulfito de magnsio1 1 12 21Tetracloreto de carbono2 1 44 44Tetracloroetano4 1 44 43Thinner4 2 44 44Tolueno4 2 44 44Tricloroetano4 1 44 44Tricloroetileno3 1 44 44Usque 1 1 11 11Vapor1 1 12 21Vinagre2 1 22 21Vinho1 1 11 11Xileno 4 1 44 44Xilol4 1 44 44 61 63. 62 64. CAPTULO 4JUNTAS EM PAPELO HIDRULICO1. 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 esmagamentoBaixo relaxamento (creep relaxation )Resistncia a altas temperaturas e pressesResistncia a produtos qumicos2. 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) 63 65. 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.64 66. 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). 65 67. 2.6.3 RETENO DE TORQUE Medida de acordo com a ASTM F38, indica a capacidade do material emmanter 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 FLUIDO Medida de acordo com a Norma ASTM F146, permite verificar a variao domaterial, 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 TRAO Medida de acordo com a Norma ASTM F152, um parmetro de controle dequalidade, e seu valor no est diretamente relacionado com as condies deaplicao do material.2.6.6 PERDA POR CALCINAO Medida pela Norma ASTM F495 indica a porcentagem de material perdido aocalcinar o material.2.6.7 DIAGRAMA PRESSO X TEMPERATURA No havendo teste internacionalmente adotado para estabelecer os limites deoperao 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 HIDRULICO3.1 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. 66 68. 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 JUNTAS3.3.1. 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 67 69. 3.3.2. TIPO 820 FF ( FULL FACE ) O Tipo 820 ou FF ( Figura 4.2 ) uma junta que se estende at o dimetroexterno do flange. normalmente usada em flanges de materiais frgeis ou de baixaresistncia. Deve-se tomar bastante cuidado em esmagar adequadamente a junta,devido a sua maior rea de contato. Figura 4.23.3.3 TIPO 830 PARA TROCADORES DE CALOR bastante freqente o uso de juntas em flanges no normalizados, como, porexemplo, nos espelhos de trocadores de calor. Neste caso, as recomendaes deprojeto do Captulo 2 deste livro, devem ser observadas cuidadosamente. A pressomxima de esmagamento no deve ultrapassar os valores indicados para cada tipo depapelo hidrulico.3.4 DIMENSIONAMENTO PARA FLANGES NORMAS ASME As juntas para uso em flanges ASME, esto dimensionadas na Norma ASMEB16.21, Nonmetallic Flat Gaskets for Pipe Flanges. Nesta norma esto as dimensesdas juntas para diversos tipos de flanges, usados em tubulaes e equipamentosindustriais, conforme Anexos 4.3 a 4.10.3.5 DIMENSIONAMENTO PARA FLANGES NORMA DINAs dimenses da juntas conforme Norma DIN 2690 esto no Anexo 4.11.3.6 DIMENSIONAMENTO PARA OUTRAS NORMAS Outras associaes normalizadoras tambm especificam as dimenses parajuntas. As normas BS e JIS da Inglaterra e Japo, respectivamente, so usadas emequipamentos projetados nestes pases. Seu uso bastante restrito no Brasil. 68 70. 3.7 TOLERNCIASAs tolerncias de fabricao com base na Norma ASME B16.21 esto naTabela 4.1.Tabela 4.1 Tolerncias de FabricaoCaracterstica Tolerncia - mm At 300 mm (12") +0 -1.5Dimetro Externo Acima de 300 mm (12")+0 -3.0 At 300 mm (12") 1.5Dimetro Interno Acima de 300 mm (12") 3.0Crculo de Furao 1.5Centro a centro dos furos dos parafusos 0.84. JUNTAS DE GRANDES DIMENSES Quando as dimenses da junta forem maiores que a folha de papelohidrulico, ou se, devido a razes econmicas, for necessrio a sua fabricao emsetores, so usados dois tipos de emendas: cauda-de-andorinha e chanfrada.4.1 CAUDA-DE-ANDORINHA a emenda mais usada em aplicaes industriais, permitindo a fabricao dejuntas em qualquer tamanho e espessura, conforme mostrado na Figura 4.3. Cadaemenda macho e fmea ajustada de modo que haja um mnimo de folga. Ao montar,deve ser observada a indicao existente, evitando trocas de setores. O dimensionamento da Cauda de Andorinha deve seguir as seguintesrecomendaes:Juntas com largura ( L ) menor ou igual a 200 mm: A = B = C = (.3 a .4 ) LJuntas com largura L maior que 200 mm: A = (.15 a .2 ) L B = (.15 a .25 ) L C = (.25 a .3 ) L69 71. Figura 4.34.2 CHANFRADAQuando a fora de esmagamento no for suficiente, podem ser feitasemendas chanfradas e coladas ( Figura 4.4 ). Devido dificuldade de fabricao, s vivel este tipo construtivo para espessuras de, no mnimo, 3.2mm. No recomendvel o uso deste tipo de emenda com Papelo Hidrulico com Amianto, aolixar a emenda pode-se gerar poeira, operao sujeita a controles de nvel de fibras nomeio ambiente. Figura 4.470 72. 5. ESPESSURA O Cdigo ASME recomenda trs espessuras para aplicaes industriais:1/32" ( 0.8 mm ), 1/16" (1.6 mm ) e 1/8" ( 3.2 mm ). Ao especificar a espessura deuma junta, devemos levar em considerao, principalmente, a superfcie de vedao.Como regra geral, recomenda-se que a junta seja de espessura apenas suficiente parapreencher as irregularidades dos flanges. Aplicaes prticas bem sucedidas recomendam que a espessura seja igual aquatro vezes a profundidade das ranhuras. Espessuras acima de 3,2 mm s devem serusadas quando estritamente necessrio. Em flanges muito desgastados, distorcidos oude grandes dimenses, podem ser usadas espessuras de at 6.4 mm. Para flanges com superfcies retificadas ou polidas, deve-se usar a menorespessura possvel ( at 1.0 mm ). No havendo ranhuras ou irregularidades paramorder, a junta pode ser expulsa pela fora radial provocada pela presso interna.6. FORA DE APERTO DOS PARAFUSOS A fora de aperto dos parafusos deve ser calculada de acordo com asrecomendaes do Captulo 2 deste livro. Esta fora no deve provocar uma pressode esmagamento excessiva extrudando a junta. A presso mxima de aperto, dependeda espessura e da temperatura de trabalho da junta. Na temperatura ambiente apresso mxima de esmagamento recomendada de 210 MPa (30 000 psi).7. ACABAMENTO DAS JUNTAS O acabamento para a maioria das aplicaes deve ser o natural. O uso deanti-aderentes como grafite, silicone, leos ou graxas, diminuem o atrito com osflanges, dificultando a vedao e diminuindo a resistncia a altas presses. O acabamento grafitado s deve ser usado quando for freqente adesmontagem. Neste caso, recomenda-se a grafitagem em apenas um lado. Agrafitagem em ambos os lados s deve ser especificada em juntas para trabalho emtemperaturas muito elevadas, pois a grafite eleva a resistncia superficial ao calor. No se recomenda a lubrificao com leos ou graxas.8. ACABAMENTO DAS SUPERFCIES DE VEDAO DOS FLANGES O acabamento da superfcie do flange em contato com a junta deve ter umarugosidade suficiente para morder a junta. recomendado o ranhurado concntricoou em espiral fonogrfica especificado pelas Normas ASME B16.5 e MSS SP-6,normalmente encontrado nos flanges comerciais. Ambos so usinados por ferramentacom, no mnimo, 1.6 m (1/16") de raio, tendo 45 a 55 ranhuras por polegada. Esteacabamento deve ter de 3.2 mm (125 pol) Ra a 6.3 m (250 pol) Ra . Ranhuras concntricas em V de 90o com passo de 0.6 a 1.0mm tambm soaceitveis. 71 73. Flanges com ranhuras em espiral so mais difceis de vedar. Um esmagamentoinadequado pode permitir um canal de vazamento atravs da espiral.Riscos radiais so difceis de vedar e devem ser evitados.9. ARMAZENAMENTO O papelo hidrulico em folhas, bem como juntas j cortadas, no deve serarmazenado por longos perodos. O elastmero usado