Ligações Flangeadas
Uma ligagao flangeada e composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou estojos
com porcas e uma junta de vedagao.
As ligagoes flangeadas, que sao ilgagoes facilmente desmontaveis, empregam-se
principalmente para tubos de 2" ou maiores, em dols casos especificos:
1. Para ligar os tubos com as valvulas e os equipamentos (bombas, compressores,
tanques, vasos etc.), e tambem em determinados pontes, no correr das tubagens,
onde seja necessario facilidade de desmontagem, nas tubagens em que, para ligar
um tubo no outro, sejam usados normalmente outros tipos de ligagao: solda, rosea,
ponta e bolsa etc. Estao incluidas neste caso todas as tubagens de ago, ferro forjado,
metais nao-ferrosos e grande parte das tubagens de plasticos, onde se empregam
normalmente as ligagoes de solda ou de rosea. Incluem-se tambem a maioria das
tubula?6es de ferro fundido, cujos tubos sao usualmente ligados com ponta e bolsa,
como veremos adiante.
2. Para a liga?ao corrente de um tubo no outro, em tubagens de ago que possuam
revestimento interne anticorrosivo, bem como em algumas tubagens de ferro fundido,
de 2" ou maiores. No caso das tubagens com revestimentos internes a ligagao
flangeada e a melhor solugao, perque permite a perfeita centinuidade do revestimento,
desde que este se estenda tambem sobre as faces des flanges.
Come regra geral, em qualquer caso, as ligagoes flangeadas devem ser usadas no
menor numero possivel, perque sao sempre pontes de possiveis vazamentos, e
tambem perque sao pegas caras, pesadas e velumosas.
Os flanges pedem ser integrals, iste e, fundides ou forjades juntamente com o tube,
ou independentes, seldados ou rosqueados ae tubo. Os flanges de valvulas, bombas,
compressores, turbinas e outras maquinas sao quase sempre integrals com esses
equipamentos.
Embora a serie padronizada de flanges da norma amerieana ANSI.B.16.5 abranja
diametres nominais desde 1/2" ate 24", os flanges menores do que 1 Y/sao pouco
usados.
TIPOS DEFLANGES PARATUBOS
Sao OS seguintes os tipos mais usuais de flanges, padrenizados pela norma ANSI.B.
16.5
a) Flange integral: Os flanges integrais para tubos sao usados apenas em alguns
casos para tubos de ferro fundido. E o tipo mais antigo de flanges e tannbem o que e
proporcionalmente mais resistente.
b) Flange de pescogo: E o tipo de flange mais usado em tubulagoes industrials para
quaisquer pressoes e temperaturas, para diametros de 1 /4" ou maiores. De todos os
flanges nao integrais e o mais resistente, que permite melhor aperto, e que da origem
a menores tensoes residuals em consequencia da soldagem e das diferengas de
temperatura. Este flange e ligado ao tubo por uma unica solda de topo, ficando a face
interna do tubo perfeltamente lisa, sem descontinuidades que facilitem a concentragao
de esforgos ou a corrosao. A montagem com esses flanges e cara porque cada
pedago de tubo deve ter os extremes chanfrados para solda, e tem de ser cortado na
medida certa, com muito pequena tolerancia no comprimento.
c) Flange sobreposto: E o flange mais barato e mais facil de se instalar do que o
anterior, porque a ponta do tubo encaixa no flange, facilitando o alinhamento, e
evitando a necessidade do corte do tubo na medida exata. O flange e ligado ao tubo
por duas soldas em angulo, uma interna e outra externa. Esse flange so pode ser
usado para tubulagoes em servigos nao severos, porque o aperto permissivel e bem
menor, as tensoes residuals sao elevadas e as descontinuidades de segao dao origem
a concentragao de esforgos e facilitam a erosao e a corrosao. De acordo com a norma
ANSI.B.31, esses flanges nao sao permitidos para os fluidos de "Categoria M" (fluidos
altamente toxicos); em tubulagoes de vapor, so sao permitidos nas classes de pressao
150# e 300#. Sao desaconselhados para servigos ciclicos, servigos sujeitos a grande
variagao de temperatura ou sujeitos a corrosao sob contato. Nao devem tambem ser
empregados para servigos com hidrogenio.
Os flanges sobrepostos sao sempre pontes fracos na tubulagao, porque a sua
resistencia mecanica e inferior a do proprio tubo. Essa mesma observagao aplica-se
tambem a todos os outros tipos de flanges citados a seguir.
d) Flange rosqueado: Em tubulagoes industrials esses flanges sao usados apenas
para tubos de metais de dificil soldabilidade (ferro fundido, por example), e para alguns
tipos de tubos nao-metalicos, como os de materials plasticos. Empregam-se tambem
para tubos de ago e de ferro forjado em tubulagoes secundarias (agua, ar comprimido
etc.) e em redes prediais.
A norma ANSI. B.31 recomenda que sejam feitas soldas de vedagao entre o flange e
0 tubo, quando em servigos com fluidos inflamaveis, toxicos, ou perigosos de um
modo geral.
O aperto permissivel com esses flanges e pequeno, as tensoes desenvolvidas sao
elevadas e a rosea age come um intensificader de esforgos, e tambem como uma
permanente causa de vazamente.
e) Flange de encaixe: Esse flange e semelhante ao sobreposto, porem e mais
resistente e tem um encaixe complete para a ponta do tubo, dispensande-se per isse
a solda interna. E o tipo de flange usado para a maieria das tubulagoes de age de
pequeno diametro, ate 2". Por causa da descontinuidade interna nao se recomendam
esses flanges para servigos sujeitos a corrosao sob contato.
f) Flange solto: Esses flanges nao ficam como os demais presos a tubagem, e sim
soltos, capazes de deslizar livremente sobre o tubo. Quando se empregam esses
flanges, solda-se a topo na extremidade do tubo uma pe?a especial denominada
virola, que servira de batente para o flange, A grande vantagem desses flanges e o
fato de ficarem completamente fora do contato com o fluldo circulante, sendo por isso
muito empregados em servigos que exijam materials caros especiais, tais como agos
inoxidaveis, ligas de Ni etc., bem como para tubos com revestimentos internes. Para
todos esses servigos, os flanges podem ser de material barato, como ferro ou ago-
carbono, ficando apenas os tubos e a virola de material especial.
g) Flange cego: Sao flanges fechados, usados para extremidades de linhas ou
fechamento de bocais flangeados.
h) Flange tipo anel: Sao flanges mais resistentes que o flange sobreposto, nao
apresentando vazio interne. Pode ser utilizados em tubulagoes com servigos de
hidrogenio e em servigos altamente ciclicos. Como nao sao pegas padronizadas, sua
aplicagao e rara devido a complexidade de calculos de projeto. Sao utilizados para Dn
> 20".
FACEAMENTODOS FLANGES
A face de assentamento dos flanges pode ter varies tipos de acabamento. O
faceamento dos flanges esta padronizado na norma ANSI.B.16.5, sendo os seguintes
OS tipos mais usuais:
a) Face com ressalto: E o tipo de face mais comum para flanges de ago, aplicavel a
quaisquer condigoes de pressao e temperatura.
O ressalto tem 2 mm de altura para as classes de pressao 150# e 300#, e 7 mm de
altura para as classes de pressao mais elevadas. A superficie do ressalto pode se
ranhurada (com ranhuras concentricas ou espiraladas, tambem chamadas de
"fonograficas") ou lisa, sendo as ranhuras espiraladas o acabamento mais comum e
mais barato. De acordo com a norma MSS-SP-6, da "Manufacturers Standardization
Society" (que nao e seguida por todos os fabricantes) as ranhuras devem ter uma
profundidade, de ate 0,15 mm e passo de 0,5 a 1,0 mm. O ressalto liso pode ter varies
graus de acabamento, de acordo com a necessidade do servigo ou o tipo da juntas;
para servigos com hidrogenio em pressao superior a 4 kgf/cm2, e normalmente exigido
uma rugosidade media maxima de 0,003 mm.
b) FACE PLANA
RESSALTO
a) FACE COM RESSALTO
b) Face plana : E o faceamento usual nos flanges
de ferro fundido e de outros materials frageis,
como OS plasticos, por exemplo. O aperto da junta
e muito inferior ao obtido em igualdade de
condigoes com os flanges de face com ressalto.
Entretanto, se os flanges de ferro fundido e de
outros materials frageis tivessem faces com
ressalto, o aperto dos parafusos poderia causar
fraturas nas bordas do flange em consequencia da
flexao. E importante observar que para acoplar
com OS flanges de face plana das valvulas e
equipamentos fabricados de ferro fundido, so se
devem usar flanges tambem de face plana, mesmo
quando esses flanges forem de ago.
l�RASSO
*�JUNTA DE ANEL
c) FACE PARA JUNTA DE ANEL
c) Face para junta de anel: Esse tipo de face e
usado em flanges de ago para servigos severos,
de altas pressoes e temperaturas, como por
exemplo vapor (para flanges de classe 600#, ou
acima), ou hidrocarbonetos (para flanges de classe
900#, ou acima) ou, em quaisquer casos, para
temperaturas acima de 550°C; e empregado
tambem para fluidos perigosos, toxicos etc., em
que deva haver maior seguranga contra
vazamentos.
A face dos flanges tem um rasgo circular profundo, onde se encaixa uma junta em
forma de anel metalico. Consegue-se nesses flanges uma melhor vedagao com o
mesmo grau de aperto dos parafusos, nao so devido a agao de cunha da junta de anel
nos rasgos dos flanges como, tambem, porque a pressao interna tende a dilatar a
junta de anal apertando-a contra as parades dos rasgos. Os flanges para junta de anel
garantem tambem melhor vedagao em servigos com grandes variagoes de
temperatura.
A dureza da face dos flanges deva ser sempra superior a do anel metalico da junta,
recomendando-se os seguintes valores minimos, de acordo com o material:
0 a?o-carbono: 120 Brinell;
o agos-liga e agos inoxidaveis tipos 304, 316, 347 e 321: 160 Brinell;
0 agos inoxidaveis tipos 304L e 316L: 140 Brinell.
d) Face de macho e femea: Esses faceamantos
sao usados para servigos especiais com fluidos
corrosivos, porque neles a junta esta confinada
nao havendo quase contato da junta com o fluido.
Com asses faceamentos, os flanges que se
acoplam entre si sao diferentes um do outro.
d) FACESMACHO E F�MEA
1
e) Face de flange com virola: Esse tipo da
facaamento se aplica somente aos flanges soltos,
que trabalham em conjunto com uma virola. A
e) FACE DE FLANGE
COM
VIROLA
superficie da face da virola pode ser ranhurada ou
lisa, sando as ranhuras espiraladas o acabamento
e mais comum a mais
JUNTAS PARA FLANGES
JUNTAS PUNAS ANELDE JUNTAS
CENTRAUZA�O UETALICAS FOLHEADAS
c) CHAPAMETALICA /
JUNTA flange
a) PARA fLAN<3ES COM PACE
DE RESSALTO
b) PARA FLANGES COM FACE
PLANA
d) ENCHIMENTO DE AMIANTO
e)
JUNTAS DEANEL
OCTOGONAL
Em todas as ligagoes flangeadas existe sempre uma junta que e o elemento de
vedagao. Quando em servigo, a junta esta submetida a uma forte compressao
provocada pelo aperto dos parafusos, e tambem a um esforgo de cisalhamento devido
a pressao intema do fluido circulante. Para que nao haja vazamento atraves da junta,
e necessario que a pressao exercida pelos parafusos seja bem superior a pressao
interna do fluido, que tende a afastar os flanges. Por esse motivo, quanto maior for a
pressao do fluido, tanto mais dura e resistente tera de ser a junta, para resistir ao
dupio esforgo de compressao dos parafusos e de cisalhamento pela pressao. A junta
tambem devera ser suficientemente deformavel e elastica para se amoldar as
irregularidades das superficies dos flanges, garantindo a vedagao. Assim, as juntas
duras, se por um lado resistem a pressoes mais altas, por outro lado exigem maior
perfeigao no acabamento das faces dos flanges e no alinhamento dos tubos, e vice-
versa. O material das juntas devera ainda resistir a agao corrosiva do fluido, bem como
a toda faixa possivel de variagao de temperaturas,
Com flanges de face com ressalto usam-se juntas planas em forma de coroa circular,
cobrindo apenas o ressalto dos flanges, por dentro dos parafusos [figura (a)]. Essas
juntas costumam ter um anel de centralizagao, que faceia os parafusos por dentro,
servindo para colocar e manter a junta na sua posigao correta entre os flanges. As
juntas para os flanges de face plana cobrem a face completa dos flanges, inclusive a
furagao dos parafusos [figura (b)]. Para os flanges de face tipos macho e femea, ou
lingueta e ranhura, as juntas sao em forma de coroa circular estreita, encaixando-se
no fundo da ranhura; como a junta flea confinada, resiste a esforgos muito elevados
tanto de compressao como de cisalhamento. Com os flanges de face para junta de
anel, usam-se juntas de anel metalico maci�o, geralmente de se?ao oval, que se
encaixam nos rasgos circulares dos flanges. As juntas para flanges podem ser nao-
metalicas, semimetalicas, ou metalicas, sendo os seguintes tipos mais usuais:
1. Juntas nao-metalicas - Existe uma grande variedade de juntas nao-metalicas,
empregadas com flanges de face com ressalto, ou com flanges de face plana; a
espessura dessas juntas varia de 0,7 a 3 mm, sendo 1,5 mm a espessura mais
comum. Para juntas de quaisquer dos materials abaixo citados, o ressalto dos flanges
pode ter as ranhuras espiraladas convencionais. Os principais materials empregados
sao:
a) Borracha natural: usada para agua, ar, condensado ate 60°C.
b) Borrachas sinteticas: usadas para oleos ate 80°C.
c) Materials plastlcos: usados para fluidos corrosivos em baixas pressoes e
temperatura ambiente.
d) Papelao hidraulico: e um nome generico para designar diversas classes de juntas
de amianto comprimido grafitado com um material aglutinante.
2. Juntas semimetalicas, em esplral [figura (c)] - Essas juntas sao constituidas de
uma lamina metalica (geralmente de a�o inoxidavel), torcida em espiral, com
enchimento de amianto entre cada volta. E pratica usual empregar-se essas juntas
nos seguintes casos:
- Flanges de classe de pressao 600#, em qualquer temperatura.
- Flanges de classes de pressao 150# e 300#, para temperaturas inferiores a 0°C,
superiores a 400°C, ou para servigos com necessidade de maior seguranga contra
vazamentos.
As juntas semimetalicas em espiral, que sao notaveis pela sua excelente elasticidade,
costumam ter um dispositive de centralizagao para facilitar o correto posicionamento
nos flanges; esse dispositive pode ser um anel externo de ago, que fica encaixado
entre os parafusos dos flanges, ou um arame que se prende em dels parafusos
diametralmente opostos.
3. Juntas metalicas folheadas [figura (d)] - Sao juntas com uma capa metalica, plana
ou corrugada e enchimento de amianto; a espessura da junta e de 2 a 3 mm. Os casos
de emprego sao os mesmos das juntas semimetalica sem espiral, sendo que essas
juntas tem geralmente vedagao mais diflcil, exigindo flanges com acabamento liso
com rugosidade media maxima de 0,002 mm ou com ranhuras concentricas; poresse
motivo, as juntas folheadas tem sido suplantadas e substituidas pelas juntas
semimetalicas em espiral.
Dependendo das condigoes de servigo, a capa metalica pode ser de ago-carbono,
agos inoxidaveis, metal Monel, etc.
4. Juntas metalicas macigas [figura (e)] - Sao juntas metalicas com faces planas ou
ranhuradas. Usam-se essas juntas com flanges de face com ressalto (para pressoes
muito altas), e com flanges de face de macho e femea ou de ranhura e lingueta. Os
materials empregados sac os mesmos das juntas folheadas. Em todas as juntas
metalicas e Importante que o material da junta seja menos duro do que o material dos
flanges.
5. Juntas metalicas de anel (JTA) [figuras (f) e (g)] - Sao aneis metalicos macigos
de segao ovalada ou octogonal, sendo a ovalada a mais comum. As dimensoes do
anel, que varlam com o diametro e com a classe de pressao nominal do flange, estao
padronlzadas na norma ASME.B. 16.20. Esses anels sao geralmente de a?o
inoxidavel, fabricando-se tambem de ago-carbono, agos-llga, niquel e metal Monel,
sendo sempre pegas de fabricagao culdadosa. A dureza do material da junta de anel
deve ser sempre menor do que a dureza do material do flange, sugerlndo-se uma
diferenga minima de 30 Brinell.
Parafusos e Estojos para Flanges
Para a ligagao de um flange no outro e aperto da junta, empregam-se dois tipos de
parafusos: Parafusos de maquina e Estojos (prisioneiro).
Os parafusos de maquina sao parafusos cilindricos com a cabega integral sextavada
ou quadrada. A parte rosqueada nunca abrange todo o corpo do parafuso.
Os parafusos de maquina sao designados pelo comprimento (medido da extremidade
do parafuso ate a base da cabega) e pelo diametro nominal da rosea.
COMPRIMENTO
r-1
0.....■■111�
a) PARAFUSO DE MAQUMA
b>eSTOJO
O aperto dos parafusos de uma ligagao flangeada traciona os parafusos, comprime a
junta, e introduz esforgos de flexao nos flanges. Por essa razao, as normas fixam
limites para a tensao de escoamento do ago dos parafusos, para uso com flanges de
materials de fraca resistencia, como o ferro fundido, por exemplo. No aperto dos
parafusos distingue-se o aperto inicial e o aperto residual. O aperto inicial tem por
finalidade fa zer com que ajunta se adapte o mais perfeitamente possivel as faces dos
flanges, amoldando-se a todas as imperfeigoes e irregularidade que possam existir.
Esse aperto, que devera ser suficiente para causar o escoamento do material das
juntas, sera tanto mais forte quanto mais dura for a junta. Sao os seguintes os valores
do aperto inicial para alguns tipos de juntas.
- Juntas de borracha macia : 2,5 a 4,0 MPa.
- Juntas de papelao hidraulico: 8,0 a 12,0 MPa.
- Juntas metalicas: 20 a 40 MPa.
O aperto residual tern por objetivo combater o efeito da pressao interna na tubulagao
tendendo a separar os flanges. Esse aperto tera de ser tanto mais forte quanto maior
for a pressao interna. Na pratica, para evitar vaza mentos, basta que o aperto residual
tenha 1,5 a 2 vezes o valor da pressao interna. Evidentemente, em qualquer ligagao
flangeada, o aperto residual deve ser somado ao aperto inicial. Em tubulagoes sujeitas
a temperaturas elevadas, os parafusos ou estojos tendem a se dilatar e se deformar
por fluencia, ambos os efeitos tendo por consequencia afrouxar o aperto, sendo por
isso necessario urn novo aperto adicional a quente (aperto final).