Flanges de encaixe: aplicações e vantagens

As flanges de encaixe são componentes importantes em muitos setores: são fáceis de instalar e económicas. Se trabalha num dos setores referidos ou na construção, estas flanges ajudam a compreender o valor e a função destes acessórios no sistema sem comprometer o seu desempenho. Este artigo aborda o projeto e o âmbito de aplicação das flanges de encaixe, bem como as vantagens da sua construção. Quer pretenda tornar as operações mais eficientes, simplificar ou acelerar a logística e a montagem, ou cumprir normas obrigatórias dentro do orçamento disponível, encontrará aqui as informações necessárias. Continue a ler para descobrir como as flanges de encaixe podem transformar a sua atividade.

O que é uma flange de encaixe?

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Uma flange de encaixe é concebida para se ajustar com folga sobre a extremidade de um tubo e, em seguida, ser soldada na união. Inclui um cubo curto cujo diâmetro interno é ligeiramente superior ao diâmetro exterior do tubo, facilitando o alinhamento antes da aplicação da soldadura. O setor utiliza frequentemente este tipo de flange devido à montagem simples, ao custo moderado do material e à adequação a serviços de baixa pressão. Durante a instalação, a união permite pequenos ajustes angulares, o que facilita a tarefa, por vezes morosa, de obter um alinhamento perfeito em aplicações menos exigentes.

Compreender a estrutura da flange

Uma flange é um anel saliente de um componente, utilizado para ligar tubos, válvulas, bombas e outros elementos. Reforça as uniões e permite ligações sem deslizamento da flange.

Aplicações em sistemas de tubagens

As soldaduras, uniões e ligações roscadas criam percursos estanques para combustíveis líquidos, águas de processo ou gases comprimidos.
As flanges também servem de suporte para válvulas, filtros e bombas doseadoras, transformando um simples troço de tubagem num circuito reativo.
As aberturas de acesso e portas de inspeção quebram a monotonia do aço e permitem que os técnicos avaliem, limpem ou registem o estado do sistema.
Os acoplamentos de ligação rápida permitem às equipas substituir troços com pouca antecedência, reduzindo o tempo de paragem durante reparações de última hora.
As curvas de expansão e os foles entrançados protegem os tubos contra picos de temperatura e vibrações das máquinas, prolongando a vida útil.
As flanges de redução fazem a transição entre tubos da série 40 e atuadores sobredimensionados, adaptando dimensões invulgares sem fabrico por medida.
As juntas de PTFE ou Inconel encaixam nas faces de vedação serrilhadas, contendo vapores ácidos e picos de pressão hidráulica que destruiriam juntas de papel.

Vantagens em relação a outros tipos de flange

O deslizamento da flange também facilita o alinhamento dos furos dos parafusos, reduzindo ainda mais o tempo de instalação.
A resistência aumenta significativamente quando se utilizam materiais reforçados em aplicações de elevado desempenho.
Compatível com tubos de diversos materiais, incluindo aço inoxidável, aço-carbono e materiais exóticos.
Adapta-se a projetos com ou sem redes de tubagens complexas, bem como a sistemas em que o processo de tubagem está sujeito a diferentes pressões e temperaturas.
Permite uma ligação firme e adequada, reduzindo potenciais percursos de fuga, e oferece uma solução económica para sistemas de tubagens normalizados e outros sistemas.
É totalmente resistente ao desgaste e à corrosão, o que lhe confere uma longa vida útil.
A maioria dos componentes requer pouca manutenção devido à construção e aos componentes robustos.
Permite trabalhar numa ampla gama de condições de alta pressão sem comprometer o desempenho nem a segurança.
Cumpre códigos de prática relevantes, como ASME, ANSI e ISO, promovendo a utilização em setores de diferentes áreas.

Como instalar uma flange de encaixe?

Preparação do tubo e do acessório

Os técnicos experientes sabem que uma boa preparação é determinante para o sucesso da instalação de uma flange de encaixe. O primeiro passo é examinar cuidadosamente o tubo e a flange para detetar fissuras, riscos ou folgas, que podem ser sinais precoces de problemas. Segue-se a limpeza: uma escova de arame ou uma passagem rápida com solvente remove gordura, resíduos e ferrugem, deixando o metal limpo e pronto para a união. Se a extremidade do tubo tiver um corte irregular, faça um chanfro até que o bordo corresponda ao pormenor indicado nos desenhos. O diâmetro também é importante: o ajuste entre o diâmetro exterior do tubo e o diâmetro interior da flange evita que a união fletida fique sujeita a esforços. Antes de iniciar a soldadura, volte a verificar as dimensões e rode a flange para a alinhar com o equipamento ou a tubagem a que será ligada.

Técnicas de soldadura para flanges de encaixe

As uniões com flanges de encaixe têm de ficar bem apertadas. Para isso, podem ser feitas duas soldaduras de ângulo, uma em cada extremidade. Uma é feita no interior da extremidade da bolsa da flange e a outra na parte superior exterior da flange. O tubo não deve ser introduzido demasiado na flange. O processo de soldadura a utilizar depende, contudo, da aplicação e da especificação do procedimento de soldadura disponível.

Garantir o alinhamento correto da junta

O posicionamento correto de uma junta é uma das medidas mais simples, mas também mais ignoradas, para evitar fugas nas flanges. A compatibilidade é prioritária: o material tem de resistir aos fluidos, às pressões e às temperaturas a que ficará sujeito quando o sistema entrar em funcionamento. Centrar a junta entre as flanges permite distribuir a compressão de forma uniforme; se ficar descentrada, a tensão pode concentrar-se numa faixa estreita. Uma montagem torcida ou desalinhada pode causar extrusão, deformação excessiva ou uma nova falha semanas antes da inspeção seguinte. Antes de apertar, limpe bem cada superfície de vedação e verifique se há entalhes, ranhuras ou deformações. Ferramentas específicas — pinos para juntas, anéis-guia ou até pedaços de varão — mantêm a junta no lugar durante a colocação dos parafusos. Este pequeno cuidado pode determinar a duração da união.

Materiais utilizados em flanges de encaixe

Escolher entre aço inoxidável e aço-carbono

A escolha entre aço-carbono e aço inoxidável para aplicações com flanges de encaixe depende da aplicação em causa. Em ambientes com elevado risco de corrosão, como os setores do processamento químico e marítimo, prefiro sempre o aço inoxidável. Já quando é necessário controlar o custo do material e suportar cargas elevadas, recomendo o aço-carbono. Em todos os casos, a escolha depende de uma avaliação das condições de funcionamento, do orçamento disponível e da resistência ao desgaste do componente.

Vantagens das opções de face ressaltada

Melhor capacidade de vedação: Nas flanges com face saliente, a concentração da pressão de vedação numa área menor da junta contribui para obter uma vedação mais eficaz e segura.
Versatilidade das juntas: São compatíveis com quase todos os tipos de junta, incluindo juntas mais macias e juntas espiraladas, para praticamente qualquer aplicação.
Resistência à pressão e ao calor: Concebidas para sistemas de alta pressão e alta temperatura graças à sua capacidade de vedação superior.
Facilidade de montagem: As faces salientes facilitam o alinhamento das superfícies a unir durante a instalação, reduzindo o tempo e os erros.
Utilização no setor: Estas flanges são utilizadas há bastante tempo e adotadas como norma em sistemas de tubagens e instalações existentes na maioria dos setores.
Durabilidade e reparação: Garantem uma durabilidade adequada e, com a escolha correta dos materiais e boas práticas de instalação, a corrosão é pouco frequente.

Aspetos a considerar em aplicações de alta pressão

Seleção do material: Escolha materiais com elevada resistência à tração, capazes de suportar os esforços durante a utilização sem falhar.
Eficiência da vedação: Utilize juntas adequadas à pressão para limitar as fugas e manter os pontos de contacto nas posições corretas.
Compatibilidade térmica: Verifique se todos os materiais, elementos de fixação, juntas e outros componentes dos sistemas concebidos resistem às gamas de temperatura de serviço sem desgaste significativo.
Método de instalação correto: Respeite os valores de binário exatos e as restantes instruções de alinhamento para evitar forças excessivas ou o posicionamento incorreto das peças.
Inspeções durante o serviço: Estabeleça um regime regular de inspeção para detetar deformação progressiva, fadiga ou fissuração por corrosão sob tensão no sistema de alta pressão.
Avaliação das pressões nominais e da capacidade: Verifique se os vários elementos suportam, pelo menos, a pressão de funcionamento nominal e, quando necessário, inclua ensaios hidrostáticos e pneumáticos no programa.
Medidas de segurança: Instale os sistemas de segurança adequados para lidar com os riscos possíveis durante a operação, considerando a utilização de componentes críticos, como válvulas de alívio de pressão e sistemas de paragem de emergência.

Quais são as diferenças entre uma flange de encaixe e outros tipos de flange?

Em comparação com flanges de encaixe para soldadura

As flanges de encaixe tendem a ser económicas, fáceis de utilizar e adequadas a tubagens de pressão baixa a moderada, sobretudo para diâmetros maiores. Em contrapartida, as flanges de soldadura de encaixe oferecem maior resistência, praticamente eliminam as fugas e são a opção preferida quando a pressão de serviço aumenta e o diâmetro do tubo diminui.

Parâmetro	Flange de encaixe	Flange de soldadura de encaixe
Pressão	Baixa a moderada	Alta
Temperatura	Moderada	Alta
Dimensão do tubo	Grande (até 24″)	Pequeno (≤ 2″)
Resistência	Inferior	Superior
Instalação	Mais fácil, duas soldaduras	Precisa, uma soldadura
Custo	Económica	Superior
Aplicações	Climatização, canalização	Produtos químicos, tubagens de vapor
Material	Aço-carbono, aço inoxidável	Liga, aço inoxidável
Durabilidade	Moderada	Alta

Compreender a compatibilidade entre flanges de junta sobreposta e extremidades curtas

As extremidades curtas e as flanges de junta sobreposta podem ser utilizadas em conjunto porque a extremidade curta é ligada ao tubo por uma soldadura topo a topo, enquanto a flange de junta sobreposta desliza sobre a extremidade, que tem um raio para receber a flange saliente e permitir uma montagem fácil e centrada.

Avaliar o tipo de flange em função da dimensão do tubo

A escolha da flange adequada ao diâmetro de um tubo raramente se resume a uma lista de verificação simples; os engenheiros ponderam regularmente a pressão de projeto, a temperatura de serviço e o comportamento mecânico do material de base. Para preservar as margens de segurança e garantir um funcionamento fiável da tubagem, cada flange tem de corresponder exatamente ao diâmetro nominal.

Normas de dimensionamento de flanges

As dimensões das flanges são normalmente definidas de acordo com as medidas normalizadas por organismos como a ASME (American Society of Mechanical Engineers). Seguem-se alguns aspetos relacionados que importa referir:

Diâmetro nominal do tubo (NPS): Diâmetro nominal do tubo.
Classe de pressão: Estas classes de pressão, como 150, 300, 600 e 900, podendo chegar a praticamente qualquer valor, representam a gama de pressão que a flange foi concebida para suportar.
Diâmetro exterior (OD): Diâmetro máximo da flange.
Diâmetro do círculo de parafusos (BCD): Distância entre os centros dos parafusos, medida ao longo da circunferência da flange.

Diâmetro nominal do tubo (NPS)	Diâmetro exterior (OD) para classe de pressão 150 (in)	Diâmetro exterior (OD) para classe de pressão 300 (in)	Diâmetro exterior (OD) para classe de pressão 600 (in)
2	6.00	6.50	6.65
4	9.00	9.50	10.75
6	11.00	11.50	14.00
8	13.50	13.88	15.88

Escolher o tipo de flange adequado

A escolha de um tipo de flange — como flange de pescoço para soldar, flange de pescoço deslizante para soldar, flange de encaixe ou flange de junta sobreposta — depende normalmente da dimensão dos tubos e do desempenho pretendido:

Flanges de pescoço para soldar: São adequadas quando a temperatura e a pressão são elevadas e é necessário que o diâmetro interior corresponda ao do tubo.
Flanges de encaixe: São utilizadas em condições de baixa pressão controlada e tendem a ser mais económicas, sobretudo em tubos de menor dimensão.
Flanges de soldadura de encaixe: São geralmente utilizadas em sistemas de tubagens de pequeno diâmetro sujeitos a alta pressão, quando é necessária uma ligação soldada.
Flanges de junta sobreposta: São utilizadas em aplicações que requerem montagens e desmontagens frequentes. Para a montagem, são sobretudo utilizadas com extremidades curtas soldadas topo a topo.

Aspetos principais a considerar

Tubagens com mais de 24 inches de diâmetro requerem muitas vezes flanges por medida; as configurações de catálogo não são suficientes.
A escolha do material — aço-carbono, aço inoxidável ou uma liga — depende em grande medida de fatores como a exposição à corrosão, as variações de temperatura e as limitações orçamentais.
O cumprimento de especificações de referência, como ASME B16.5 ou B16.47, continua a ser essencial para garantir a compatibilidade entre sistemas e a segurança básica.

A escolha cuidadosa do tipo de flange em função da dimensão do tubo e das especificações do projeto pode reforçar a fiabilidade geral do sistema e reduzir paragens não planeadas.

Porquê escolher uma flange de encaixe para o seu projeto?

Rentabilidade em sistemas de baixa pressão

Em sistemas de baixa pressão, uma flange de encaixe é uma opção relativamente económica em comparação com outros tipos, porque é mais fácil de instalar e, por isso, tem um custo inferior. A instalação destas flanges requer menos soldadura do que a de outros tipos, reduzindo os custos de mão de obra e o tempo necessário para cada projeto. Outra vantagem é a sua ampla disponibilidade e o preço geralmente baixo, o que as torna uma boa opção, sobretudo em locais onde a pressão não é um problema. A instalação também é simples e facilita o alinhamento, tornando o processo mais económico nestas situações.

Facilidade de instalação na manutenção de sistemas de tubagens

As flanges de encaixe são uma mais-valia sempre que é necessário instalar flanges em tubos, sobretudo em trabalhos de manutenção. Os dados e as opiniões atuais do setor indicam que são cada vez mais utilizadas em aplicações que exigem rapidez e períodos de paragem curtos. As flanges de encaixe de nova geração são mais duradouras e precisas, e foram concebidas para facilitar a instalação em sistemas de tubagens existentes, graças à disponibilidade de materiais mais avançados e a processos de fabrico melhorados. Muitos profissionais procuram soluções económicas e resistentes a falhas. As flanges de encaixe respondem eficazmente a estes requisitos. A facilidade de fixação simplifica a manutenção, evitando fatores como soldaduras desnecessárias ou uniões mal posicionadas, e permite manter a instalação operacional quase sempre. A produtividade e a adaptabilidade fazem delas uma solução vantajosa para a manutenção atual de sistemas de tubagens.

Versatilidade nas classes de pressão, incluindo Classe 150

As flanges de encaixe são compatíveis com a maioria das classes de pressão, em especial a Classe 150. Esta designação indica o desempenho da flange em função da pressão e da temperatura, permitindo a sua integração em sistemas sujeitos a pressões baixas a moderadas. Muitas aplicações recorrem sobretudo à flange Classe 150, ou flange de 150 libras, devido à sua utilização generalizada e ao custo favorável, por exemplo, em redes de abastecimento de água e de aquecimento, ventilação e ar condicionado. Estas flanges adaptam-se facilmente a tubos de diferentes diâmetros e materiais, sendo adequadas a setores que necessitam de uniões de tubagem robustas e simples.

Perguntas frequentes (FAQs)

P: Qual é o aspeto de uma flange de encaixe para frasco e qual é a sua principal função nas ligações de tubos?

R: Este tipo de flange foi concebido para deslizar sobre um tubo e ser soldado ao tubo; daí o nome «de encaixe». É utilizada quando é necessário ligar um tubo de projeto a outro tubo ou equipamento com uma ligação de extremidade. A instalação de uma flange de encaixe para tubos torna-a útil em serviços de baixa pressão.

P: Por que razão devo utilizar uma flange de encaixe em aplicações de baixa pressão?

R: Em instalações de baixa pressão, as flanges de encaixe permitem poupar tempo e dinheiro graças à facilidade de instalação e alinhamento. Vedam facilmente e são mais económicas do que a maioria das flanges habituais, como as de pescoço para soldar e as de junta sobreposta. São especialmente vantajosas em sistemas que requerem remoções frequentes.

P: O que determina o diâmetro utilizado nas flanges de encaixe?

R: O diâmetro da flange determina se esta pode ser ligada ao tubo pretendido. Para um encaixe correto, cada flange tem de ser utilizada com um tubo cujo diâmetro exterior corresponda ao diâmetro interior da flange. Esta correspondência garante uma fixação adequada e evita potenciais fugas.

P: Que flanges de encaixe estão disponíveis e qual é a dimensão habitual de uma união de 2 polegadas?

R: Contacte o fabricante da válvula para saber que dimensões estão disponíveis para os redutores e qual deve ser a dimensão destes. Quando existe um acessório de 2 polegadas, é necessário instalar uma flange de encaixe correspondente à dimensão exterior do tubo. Esta dimensão é indicada nas dimensões da flange cega ANSI B16.5 2 in 150 lb.

P: Existem restrições quanto aos materiais utilizados no fabrico de flanges de encaixe?

R: As flanges de encaixe são habitualmente fabricadas com materiais como aço e aço de encaixe, bem como aço inoxidável 316L, que apresenta uma boa taxa de corrosão. O material escolhido depende das aplicações de pressão e do ambiente.

P: Como diferem as ligações das flanges de encaixe e das flanges de pescoço para soldar?

R: A principal diferença entre uma flange de encaixe e uma flange de pescoço para soldar é o método de ligação. A flange de encaixe desliza sobre a extremidade do tubo e é depois soldada no lugar, enquanto a flange de pescoço para soldar tem uma secção de material chamada pescoço, que é soldada ao tubo. Na maioria dos casos, uma flange de pescoço para soldar suporta pressões mais elevadas do que uma flange de encaixe equivalente.

P: Qual é a função dos furos para parafusos nas flanges de encaixe para garantir a solidez da união?

R: Estes furos nas flanges de encaixe alinham-se com os da outra flange ou do equipamento, permitindo a passagem dos parafusos e a união das duas peças. Isto evita que se soltem e desloca a flange para dentro, o que é importante porque reduz o risco de falha provocado por uniões mal apertadas.

P: Alguém referiu que há muito poucos tipos de acessórios para tubos compatíveis com uma flange de encaixe?

R: Não, há inúmeros tipos de tubos que podem ser ligados com uma flange de encaixe, incluindo tubos roscados e sem costura. Além disso, são compatíveis com diferentes sistemas de ligação e utilizadas em componentes que têm de ser montados e desmontados muitas vezes.

P: Há princípios importantes a seguir na seleção de flanges de encaixe para aplicações de baixa pressão?

Na preparação de uma série de flanges sobrepostas com juntas para isolamento numa aplicação de baixa pressão, há determinados aspetos a considerar. Tenha em conta que o material, o diâmetro e o tipo de flange são importantes nas aplicações de baixa pressão — os dois últimos parâmetros são importantes. Para reduzir custos e evitar fugas, as flanges devem ser compatíveis com as dimensões exteriores do tubo e ser feitas de um material adequado, como o aço.

Fontes de referência

1. Título: Configurações geométricas desejáveis das ligações entre a alma e o banzo para aumentar a resistência ao escorregamento por atrito de uma viga em I

Autores: R. Sakura, Takashi Yamaguchi
Ano de publicação: 2022
Fonte: Atas do Congresso da IABSE, Nanjing 2022

Principais conclusões:

O artigo analisa as tendências de escorregamento de parafusos de alta resistência, do tipo de atrito, montados em conjuntos de vigas em I.
A análise de elementos finitos elástico-plástica abrange várias larguras de alma, profundidades de banzo e disposições escalonadas de parafusos.
Aumentar o espaçamento entre parafusos e reduzir o número de filas na ligação da alma eleva de forma significativa a força de atrito medida, acima das previsões convencionais de resistência ao escorregamento.
Estas alterações geométricas apontam para uma forma simples de os engenheiros aumentarem a durabilidade das ligações sem recorrer a componentes mais pesados.

Metodologia:

Ensaios de análise de elementos finitos com modelos de casca e viga mapearam as respostas de escorregamento cooperativo em dezenas de protótipos de ligações (Sakura & Yamaguchi, 2022).

2. Título: Estudo experimental dos limites combinados de escorregamento e apoio em ligações de vigas com parafusos de alta resistência e atrito

Autores: Ron Sakura, T. Yamaguchi, Yuhikus Aoki
Ano de publicação: 2022
Fonte: Simpósio da IABSE em Prague, 2022