MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES - PARTE 4

6. MEIOS DE LIGAÇÃO

6.1. MEIOS DE LIGAÇÃO

Existem diversos meios de ligação utilizados para fazer a união de tubos, conexões, válvulas e acessórios.

Os mais utilizados são as ligações roscadas, soldadas, flangeadas e as do tipo ponta e bolsa.

6.2. LIGAÇÕES ROSCADAS

São as ligações de baixo custo, de relativa facilidade de execução porém seu emprego está limitado ao diâmetro DN=150 (6”), mas raramente empregado além de DN=50 (2”).

Rosca BSP (NBR 6414 ou DIN 2999 ou ISO 7/1)

É o tipo de rosca utilizado em instalações domiciliares, instalações prediais e em instalações industriais de baixa responsabilidade. A rosca macho apresenta uma inclinação de 1:16 e a rosca fêmea se apresenta paralela. Usada principalmente em tubulações da classe 10 ou classe 150# e os tubos usados devem ter as dimensões conforme a norma NBR 5580 classes L, M ou P ou ainda conforme as normas DIN. A vedação se dá pelo aperto dos filetes e pela adição de um vedante, atualmente o vedante mais usado é a fita de PTFE.

Rosca NPT (NBR 12912 ou ASME/ANSI B1.20.1)

É o tipo de rosca utilizado primordialmente em instalações industriais. A rosca macho e a fêmea apresentam uma inclinação de 1:16. Usada em tubulações de baixa pressão, classe 150#, de média pressão, classe 300# e nas tubulações de alta pressão das classes 2000#, 3000# e 6000# e os tubos usados devem ter as dimensões conforme a norma NBR 5590 classes N, R ou DR ou ainda com dimensões conforme as normas ASME/ANSI B36.10 e ASME/ANSI B36.19, não sendo permitido a utilização de roscas em tubos das séries SCH 5S e 10S. A vedação se dá pelo aperto dos filetes e pela adição de um vedante, atualmente o vedante mais usado é a fita de PTFE.

6.3. LIGAÇÕES SOLDADAS

São as principais ligações para tubos de aço carbono, aço liga e aço inox. São também usadas para tubos metálicos não ferrosos.

As ligações soldadas têm sempre uma resistência mecânica equivalente à resistência do tubo, estanqueidade perfeita, boa aparência, sem necessidade de manutenção e grande facilidade para a aplicação de pinturas e isolantes térmicos.

As mais utilizadas são as ligações com solda de topo, encaixe e solda e a brasagem.

Solda de topo (Butt welding)

ASME/ANSI B16.25

É o tipo de ligação comumente empregado para tubulação de todos os diâmetros, porém mais empregado para DN³50 (2”). Para solda de topo em tubos com dimensões conforme ASME/ANSI B36.10 e ASME/ANSI B36.19 as pontas dos tubos devem ser chanfradas conforme a norma ASME/ANSI B16.25 e os tubos com dimensões conforme as normas DIN devem ser chanfradas conforme a norma DIN 2559.

Encaixe e solda ou soquetadas (Socket welding)

Muito usada em instalações industriais de todas as faixas de pressão e temperatura. Este tipo de ligação está definido na norma ASME/ANSI B16.11 para DN£100 (4”) mas normalmente utilizado para DN£50 (2”) para tubos de aço carbono, aço ligado e aço inox para serviços de todos os tipo mas é recomendável que se evite o uso deste tipo de ligação com fluidos de alta corrosão.

Brasagem (Brazing)

Usada principalmente para tubulações metálicas não ferrosas, tubos de cobre e conexões de latão ou bronze. São soldas executadas com material diferente do material do tubo ou da conexão com baixo ponto de fusão (geralmente o estanho).

6.4. LIGAÇÕES FLANGEADAS

Flanges são peças especiais que se destinam a fazer a ligação entre tubos, conexões, válvulas, acessórios e equipamentos e entre tubos, onde se deseja uma montagem/desmontagem rápida ou freqüente.

Cada ligação flangeada necessita de um jogo de parafusos e uma junta de vedação.

São ligações empregadas em todos os diâmetros para tubos de ferro fundido, aço carbono, aço liga, aço inox, plásticos e também em válvulas e acessórios de materiais não ferrosos.

A norma DIN e a norma ASME / ANSI padronizam diversos tipos de flanges, para aço carbono, para aço inox, ferro fundido e materiais metálicos não ferrosos.

Os flanges mais comuns são o flange sobreposto, o flange de pescoço, o flange roscado, o flange de encaixe, o flange solto e o flange cego.

6.4.1. Tipos de flanges

Flange sobreposto (SO – Slip-on)

É o tipo mais comum e o de instalação mais fácil, pois não necessita de exatidão no corte e a ligação é feita com duas soldas, uma interna e a outra externa.

Seu uso deve ser limitado a 400°C e a 20 bar (~20,0kgf/cm2).

Flange de pescoço (WN – Welding-neck)

Pode ser usado para qualquer combinação de pressão e temperatura.

Ligado ao tubo por uma única solda, de topo, dá origem a menores tensões residuais que o tipo sobreposto. Sua montagem exige que o tubo seja cortado na medida exata e biselado para solda de topo.

Flange roscado (SCR – Screwed)

Especialmente indicado para tubos não soldáveis tais como ferro fundido, aço galvanizado e materiais plásticos.

Flange de encaixe (SW – Socket-weld)

Muito parecido com o tipo sobreposto porém mais resistente pois tem um encaixe completo para a ponta do tubo e necessita apenas de uma soda externa e por isso desenvolve menor tensão residual que o sobreposto.

Não é recomendado para serviços de alta corrosão.

Flange solto (LJ – Lap-joint)

Este tipo de flange não é fixo à tubulação, podendo deslizar livremente no tubo, só se detendo na extremidade do tubo onde é soldado uma peça denominada de pestana (stub-end). São utilizados em tubulações de materiais nobres, de custo elevado, pois os flanges soltos não entram em contato com o fluido e portanto pode ser de material menos nobre.

Flange cego (Blind)

São utilizados em finais de linhas e fechamento de bocais proporcionando um tamponamento de fácil remoção.

Flange de redução

São indicados onde se deseja uma redução diretamente no flange, sem uso de conexões de redução na tubulação. É um tipo de flange

pouco usual.

6.4.2. Faceamento dos flanges

Face plana

Este tipo de faceamento é usado para materiais frágeis e quebradiços ou para materiais sujeitos ao amassamento onde devemos ter um contato pleno para propiciar o aperto final.

Face com ressalto

Este tipo de faceamento é o mais comum e é usado para as mais variadas combinações de pressão e temperatura.

Face com junta de anel

Este tipo de faceamento é usado para serviços severos em altas pressões ou temperaturas com fluidos inflamáveis ou corrosivos onde se deseja absoluta segurança contra vazamentos.

Face do tipo macho-fêmea

Este tipo de faceamento do tipo lingüeta e ranhura é de uso mais raro e é usado em serviços mais severos sujeitos a pressões elevadas.

6.4.3. Acabamento da face dos flanges

O acabamento da face dos flanges pode ser com ranhuras ou liso. Quando se empregam flanges com faces com acabamento ranhurado deve-se usar juntas de amassamento para a vedação e quando se utilizam flanges com face lisa deve-se usar juntas do tipo reação.

6.4.4. Classes de pressão

NORMA MATERIAL CLASSE DE PRESSÃO

ASME/ANSI B16.1 Ferro Fundido 125# – 250#

ASME/ANSI B16.5 Aço 150# – 300# – 400# – 600# – 900# – 1500# – 2500#

ASME/ANSI B16.24 Bronze e Latão 150# – 300#.

DIN (DIVERSAS) Diversos PN 2,5 – PN 6 – PN 10 – PN 16 – PN 25 – PN 40 – PN 64 PN 100 – PN 160 – PN 250 – PN320

6.4.5. Processos de fabricação

Pode-se classificar em três tipos principais de fabricação de flanges: os forjados, os usinados e os fundidos.

Flanges forjados

A norma ASME/ANSI B16.5 estabelece as dimensões dos flanges forjados de aço carbono, aço ligado e de aço inoxidável e as normas da ASTM estabelecem a composição química e as propriedades físicas dos aços empregados na forja.

Flanges usinados

São flanges que não podem ser usados em condições severas, tendo seu uso limitado às baixas pressões e temperaturas ambientes. Para seu uso em condições mais severas deverá ser objeto de cálculo de sua resistência mecânica.

Flanges fundidos

A norma ASME/ANSI B16.1 estabelece as dimensões dos flanges de ferro fundido e a norma ASME/ANSI B16.24 estabelece as dimensões dos flanges de bronze e de latão fundido e diversas normas da ASTM estabelecem a composição química e as propriedades físicas dos materiais fundidos.

6.5. LIGAÇÕES DO TIPO PONTA E BOLSA

São ligações usadas principalmente em tubos de ferro fundido e de plásticos mas também existente em aço carbono porém de uso menos freqüente. Uma das principais características desse tipo de ligação é a relativa facilidade e a rapidez da montagem em comparação com mesma ligação executada por solda de topo.

6.5.1. Ponta e bolsa com junta elástica

Este tipo de junta é utilizado tanto para tubos e conexões de ferro fundido e de plásticos como o pvc, polipropileno ou pvc reforçado com fibra de vidro. Constitui de uma junta de borracha, de montagem deslizante, constituída pelo conjunto formado pela ponta do tubo, bolsa contígua de outro tubo ou conexão e pelo anel de borracha.

6.5.2. Ponta e bolsa com junta mecânica

Atualmente apenas utilizado em luvas, para facilidade de manutenção ou quando se executam reparos em tubulações existentes.

6.5.3. Ponta e bolsa com junta travada

TRAVADA INTERNA

TRAVADA EXTERNA

Este tipo de junta é utilizado para tubos e conexões de ferro fundido onde não serão executados os blocos de ancoragem para absorção do empuxo devido à pressão interna para garantir o equilíbrio de toda a tubulação.

No mercado, pode-se encontrar dois tipos de junta travada, a interna e a externa.

6.6. OUTROS TIPOS DE LIGAÇÃO

6.6.1 Ligações sanitárias

São ligações especiais usadas em serviços sanitários em indústrias alimentícias em geral, indústrias de bebidas, farmacêuticas, cosméticos e outras.

Essas ligações são empregadas em tubos, conexões, válvulas e acessórios com a finalidade de conexão e desconexão com muita rapidez e segurança para limpeza e desinfecções periódicas.

As conexões, válvulas e acessórios fabricados com este tipo de ligação têm as dimensões apropriadas para emprego em tubos com diâmetro externo tipo “OD” conforme norma ASTM A270 e impróprios para tubos com as dimensões conforme a norma ASME/ANSI B36.19.

As conexões são fabricadas de aço inox com polimento sanitário e a vedação é feita por meio de um anel de vedação de elastômero que pode ser de buna-N, viton, ptfe (teflon®), epdm ou silicone.

Existem no mercado nacional quatro tipos de ligação sanitária, a saber:

· Ligação conforme a norma alemã DIN 11851 – Conhecida como DIN.

· Ligação conforme a norma inglesa BS 1864 – Conhecida como RJT.

· Ligação conforme a norma sueca SMS 1145 – Conhecida como SMS.

· Ligação conforme a norma ISO 2852 – Conhecida como Clamp ou TC.

Ligação DIN

Ligação RJT

Ligação SMS

Ligação CLAMP ou TC

Entre os tipos DIN, RJT e SMS não existem diferenças visuais significativas, além do meio de vedação e do tipo de rosca utilizado pois os seus componentes são do tipo união com um anel de vedação.

Já o tipo Clamp ou TC é composto por dois niples, um anel de vedação entre eles e o aperto é proporcionado por meio de uma braçadeira.

6.6.2. Engates

São acessórios destinados a fazer a interligação entre a tubulação rígida, máquinas ou equipamentos à outros pontos onde se necessita o emprego de condutos flexíveis ou semi-flexíveis. São denominados engates rápidos aqueles que têm a finalidade de conexão e desconexão com muita facilidade e rapidez.

6.6.3. Derivações soldadas tipo “boca-de-lobo”

Outro tipo de ligação de uso muito comum na indústria é a ligação feita diretamente de um tubo com o outro tubo para formar uma derivação, substituindo um “TE” ou um “TE de redução”.

Essas derivações recebem o nome de “boca de lobo”, quando é executada sem a utilização de qualquer outra peça intermediária. A norma ASME/ANSI B31 aceita esse tipo de derivação para ramais de DN³50 (2”) desde que o tubo tronco tenha diâmetro igual ou superior ao diâmetro do ramal e ainda indica, com detalhes, os casos onde são necessários reforços. Na própria norma está descrito o método de cálculo para esses esforços.

As principais vantagens para o uso de bocas-de-lobo são o baixo custo e a facilidade de execução e as principais desvantagens consiste na fraca resistência, concentração de tensões, elevada perda de carga e o difícil controle da qualidade. Certos projetistas limitam seu uso a 250°C ou a 20,0 kgf/cm2.

6.6.4. Pequenas derivações com uso de meia-luva

Para pequenos ramais, de diâmetros inferiores a DN 50 (2”) é muito comum o emprego de uma meia-luva, soldada diretamente na linha tronco. A norma ASME/ANSI B31 aceita esse tipo de ligação para qualquer combinação de temperatura e pressão desde que a linha tronco tenha DN³100 (4”) e a meia-luva tenha resistência suficiente.

As principais vantagens para uso de meias-luvas consiste no baixo custo e na facilidade de execução e a única desvantagem é a elevada perda de carga localizada.

6.6.5. Derivações com uso de colares e selas

Os colares e as selas são peças especiais forjadas que são soldadas diretamente sobre a linha-tronco e servem de reforço para a derivação. São usados para qualquer tipo de derivação com diâmetros superiores a DN 25 (1”), inclusive para ramais com o mesmo diâmetro da linha-tronco, para qualquer combinação de pressão e temperatura.

As principais vantagens para o uso de colares consiste na sua excelente resistência mecânica, facilidade de execução e pequena concentração de tensões e as desvantagens consistem em um custo um pouco mais elevado, pois se necessita de um tipo de peça para cada combinação de diâmetros, dificultando a compra, a estocagem e a montagem.

Para o emprego de selas, as vantagens são inúmeras, excelente resistência mecânica, pequena perda de carga, uma boa distribuição de tensões e não há limites de pressão e temperatura para o seu uso, mas em contrapartida as desvantagens também são muitas, elevado custo, pois se trata de peças importadas e de difícil montagem.