Porcas e Parafusos de Flange Explicados (Fixadores)

Critérios de Fixação

Os critérios de fixação para uma determinada flange são definidos pelo padrão associado. Por exemplo, uma flange de determinado tamanho e classe pode ter os seguintes fatores pré-definidos:

• Número de parafusos necessários.
• Comprimento do parafuso necessário. 
• Diâmetro do parafuso necessário.
• Material do parafuso necessário. 
• Posição dos parafusos na lâmina da flange. 

O número de parafusos necessários será sempre um múltiplo de 4, por exemplo, 4, 8, 12, 16 etc. À medida que o tamanho e a classe de uma flange aumentam, também aumenta o número de parafusos necessários e seu diâmetro.

Parafusos

Parafusos possuem um corpo cilíndrico com uma rosca em uma extremidade e uma cabeça na outra; os parafusos têm hastes não cônicas. Os parafusos podem ser fabricados a partir de vários materiais, mas o aço é o mais comum nas indústrias de engenharia. O contraparte de um parafuso é a porca, que forma seu fixador fêmea. Outros tipos comuns de fixadores incluem os tipos parafuso de ajuste e prisioneiro. 

Terminologia de Parafuso

Parafusos com cabeças hexagonais são usados nas indústrias química e de petróleo e gás; são chamados de Parafusos Hex ou parafusos de 6 pontos devido à sua forma hexagonal de 6 lados. Usar uma chave de 6 pontos com um parafuso hexagonal reduz a probabilidade de o parafuso se deformar quando o torque é aplicado (referido como ‘arredondar o parafuso’). 

As cabeças dos parafusos podem ter mais de 6 lados, por exemplo, parafuso de 12 pontos, o que permite que uma chave se conecte à cabeça do parafuso de mais ângulos; isso é útil ao trabalhar em uma área confinada onde o acesso ao parafuso é difícil. Aumentar o número de pontos de contato também aumenta a quantidade de torque que pode ser aplicada sem arredondar a cabeça do parafuso. Parafusos de 12 pontos são frequentemente usados na indústria automotiva, particularmente para montar motores de combustão onde os parafusos são difíceis de acessar e devem ser apertados com alto torque.

Dica – a probabilidade de arredondar uma cabeça de parafuso aumenta à medida que a diferença entre o número de pontos do parafuso e o número de pontos da chave aumenta. Conectar uma chave de 12 pontos a um parafuso de 6 pontos reduzirá a área de contato entre a chave e a cabeça do parafuso. Isso aumenta a pressão atuando nos cantos da cabeça do parafuso (pressão = força / área) e, assim, aumenta a probabilidade de arredondar a cabeça do parafuso. O mesmo princípio se aplica ao conectar uma chave ou soquete a uma porca.

Soquete e Porca de 6 Pontos, Soquete de 12 Pontos e Porca de 6 Pontos, Soquete de 12 Pontos e Porca de 12 Pontos

Parafuso

Um parafuso tipo fixador é essencialmente um parafuso, mas possui uma rosca ao longo de todo o seu comprimento; não há haste, ou uma haste cônica.

Prisioneiro

Um prisioneiro tipo fixador possui uma ou duas roscas e geralmente tem uma haste entre as roscas. As roscas de um prisioneiro não precisam coincidir, ou seja, podem ter geometrias diferentes. Ao considerar flanges, os prisioneiros terão a mesma geometria de rosca em ambas as extremidades e terão duas porcas acompanhantes; o aperto das porcas comprime as faces da flange juntas, formando uma vedação.

Parafuso, Parafuso e Prisioneiros

Porcas

Porcas são a parte fêmea de uma montagem roscada. Porcas hexagonais têm uma rosca através de seu eixo central, são hexagonais e possuem faces de carga e não de carga. A face não de carga tem um chanfro de 30⁰ e fica voltada para longe da lâmina da flange. A face de carga não possui chanfro, fica voltada para a lâmina da flange e deve ser separada da flange por uma arruela. Algumas porcas têm uma arruela incorporada em seu design e, portanto, não é necessária uma arruela adicional. Os materiais para porcas são determinados por normas associadas; ASTM é um dos fornecedores dessas normas.

Porca Hexagonal

Dica – o fixador macho deve se projetar através de sua porca associada por várias roscas quando totalmente apertado. Se o fixador macho não passar completamente pela porca, ele estará sob mais tensão do que o pretendido e pode falhar. Esta prática inadequada durante a montagem do fixador é conhecida como ‘parafuso curto’, é um modo de falha comum em muitas plantas industriais. 

Arruelas

Arruelas são itens em forma de disco com um furo perfurado através de seu eixo central; são inseridas entre os fixadores e o componente sendo fixado. Existem três grupos principais de arruelas, que são os tipos simples, de mola e de travamento. A partir desses três grupos principais surgem muitas outras variações de arruelas, embora geralmente tenham um dos seguintes propósitos, ou uma combinação deles:

• Distribuir a carga do fixador - para que as bordas de uma cabeça de parafuso não cortem a superfície do item sendo fixado; este é o uso mais comum de arruelas. 
• Isolar eletricamente o fixador do item sendo fixado - previne a corrosão galvânica. 
• Criar tensão residual no fixador - a força de tração impede que o fixador se solte com o tempo (frequentemente usado em máquinas que vibram excessivamente). 

As arruelas podem ser - e são - usadas em combinação com outras arruelas, como ao colocar uma arruela simples entre uma arruela de mola e o item sendo fixado. Também é possível que uma única arruela desempenhe uma função dupla, como quando uma arruela simples é usada para distribuir a carga do fixador e isolar eletricamente o fixador do item sendo fixado. Arruelas usadas para isolar eletricamente componentes são tipicamente fabricadas a partir de materiais à base de polímeros devido às suas propriedades isolantes.

Dos três grupos principais de arruelas discutidos, as arruelas simples são de longe o tipo mais comum de arruela. 

Dica - arruelas simples também são chamadas de ‘planas’. Arruelas de mola também são chamadas de ‘Belleville’. Arruelas de travamento também são chamadas de ‘estrela’.

Procedimento de Fixação

Para aplicações de baixa pressão e baixa temperatura, as flanges são geralmente apertadas à mão usando uma chave. Para pressões e temperaturas mais altas, podem ser usadas chaves de torque. As chaves de torque permitem que o pessoal aperte as porcas a um torque específico e, assim, garantam que uma certa pressão de vedação seja obtida; uma ferramenta alternativa é um tensionador hidráulico (para prisioneiros). Independentemente da ferramenta de aperto usada, as flanges devem sempre ser apertadas em cruz durante a montagem. 

Aperto em cruz das flanges garante que a flange esteja uniformemente carregada em suas faces de vedação. Carregamento desigual nas faces pode levar a uma flange inclinada e/ou uma junta pinçada; qualquer um desses problemas aumentará a probabilidade de a flange não vedar corretamente. 

Procedimento de Aperto de Parafuso

A imagem acima mostra a ordem em que os parafusos devem ser apertados para três diferentes tamanhos de flange; a ordem é referida como ‘procedimento de aperto de parafuso’.

Flange Com Procedimento de Aperto Indicado

Alinhamento

O correto alinhamento das flanges durante a instalação é crítico para que uma vedação confiável seja obtida. O desalinhamento das flanges causa carregamento desigual nas faces das flanges, o que reduz a probabilidade de obter e manter uma vedação. O desalinhamento também causa carregamento desigual nos fixadores da flange, o que aumenta a probabilidade de falha do fixador mais altamente tensionado.

O desalinhamento é classificado como paralelo ou angular dependendo da direção do desalinhamento em relação às lâminas da flange. Normas como ASME PCC-1 fornecem orientações sobre procedimentos de montagem de fixadores e as verificações envolvidas para eliminar o desalinhamento.

Alinhamento e Desalinhamento de Flange

Recursos Adicionais

https://en.wikipedia.org/wiki/Flange_nut

https://en.wikipedia.org/wiki/Bolt_(fastener)

http://blog.mutualscrew.com/2015/07/07/multiple-uses-of-flange-bolts