O que é uma superfície de face de flange?
A superfície de face de flange é a área onde o elemento de vedação (gaxeta) é instalado. Os tipos mais comuns de superfícies de face de flange são lisas e serrilhadas. Superfícies de flange de face plana (FF) e de face elevada (RF) requerem serrilhas se construídas de acordo com os padrões da indústria.
Liso ou Serrilhado
As faces de superfície de flange podem ser classificadas como lisas (também chamadas de 'planas' ou 'simples') ou serrilhadas. Faces lisas parecem visualmente 'lisas' e não têm marcas de ferramentas visíveis. Faces serrilhadas apresentam marcas de ferramentas na face do flange.
Superfícies de Faces de Flanges
Independentemente do tipo de superfície de face de flange utilizada, a montagem do flange deve ser acoplada e apertada ao torque necessário para vedar corretamente.
Flanges em sistemas de alta temperatura e alta pressão utilizam uma superfície de vedação serrilhada ou uma gaxeta metálica. Flanges em sistemas de baixa temperatura e baixa pressão podem usar uma superfície de face de flange lisa e gaxetas macias.
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Acabamento da Superfície
O 'acabamento' de uma superfície de face de flange representa as propriedades finais da superfície de vedação de um flange. Uma face de flange pode ser lisa ou serrilhada, mas etapas adicionais de usinagem podem ser realizadas para definir ainda mais o acabamento exato de cada tipo de superfície. Por exemplo, uma superfície de flange pode ser lisa, mas quão lisa? Uma superfície de flange serrilhada tem serrilhas, mas qual é a profundidade, número e geometria dessas serrilhas? Essas propriedades, e o valor de rugosidade aceitável, determinam o acabamento de uma superfície de flange.
Acabamento de Superfícies de Flanges Lisas
Superfícies de flanges lisas parecem ser planas e sem características quando inspecionadas visualmente. Para flanges de face plana, a superfície lisa do flange se estende por toda a face do flange. A lisura da superfície depende da quantidade de usinagem que a face do flange recebeu. Gaxetas metálicas/duras devem ser acopladas com superfícies de acabamento liso, caso contrário, uma vedação será difícil de obter.
Ao contrário da crença popular, uma superfície mais lisa não significa necessariamente uma vedação mais fácil e confiável. A integridade da vedação é determinada por muitos fatores, incluindo - mas não se limitando a -:
- Material de vedação da gaxeta.
- Design da gaxeta.
- Material de construção do flange.
- Condições de serviço (temperatura, pressão etc.).
- Seguir o procedimento correto de aparafusamento.
Superfícies de Flanges Serrilhadas
Superfícies de flanges serrilhadas consistem em ranhuras circulares concêntricas, ou uma ranhura espiral contínua (também conhecida como 'fonográfica') usinada na superfície de vedação do flange. Superfícies de flanges serrilhadas usam gaxetas não metálicas (macias) e semi-metálicas.
A imagem abaixo mostra os dois tipos de serrilhas. A serrilha espiral na imagem é exagerada porque às vezes é difícil ver a forma espiral em um flange real, devido à proximidade das serrilhas.
Serrilhas Concêntricas (esquerda) e Espirais (direita)
A profundidade de cada ranhura, número de ranhuras por centímetro (ou ranhuras por polegada), e a rugosidade da superfície, são definidas por padrões publicados. Por exemplo, o padrão ASME B16.5 especifica serrilhas de 1/64 polegada (0,4 mm) de profundidade com 32 serrilhas por polegada (12,5 serrilhas por centímetro) para superfícies de flange serrilhadas espirais e serrilhadas concêntricas.
Serrilhas proporcionam mais resistência ao acoplar com gaxetas, o que, em última análise, leva a uma menor probabilidade de vazamento, pois a probabilidade de deslocamento da gaxeta (desvedação) é reduzida; isso é verdade mesmo quando menos pressão de vedação (aperto de parafusos) é aplicada.
O número de serrilhas e a profundidade das serrilhas determinam quanta força de compressão é necessária para obter uma vedação. Um grande número de serrilhas rasas efetivamente resultaria em uma superfície de flange que se assemelha a uma superfície de flange lisa. Menos serrilhas, com ranhuras mais profundas, tem o efeito oposto.
Flanges de face plana e flanges de face elevada geralmente requerem serrilhas para conformidade com um determinado padrão, mas a aplicação de padrões é dependente da indústria e da aplicação. Algumas indústrias não usam padrões porque o resultado de uma falha de flange é de pouca preocupação monetária, ou a falha do flange não apresenta preocupações de saúde e segurança. Essas indústrias geralmente operam sistemas de baixo fluxo, baixa pressão e baixa temperatura, que não transportam substâncias nocivas (tóxicas, venenosas, altamente corrosivas etc.).
Flanges com Ranhuras Circulares Concêntricas
Superfícies com ranhuras circulares concêntricas são caracterizadas por serrilhas circulares que aumentam gradualmente de diâmetro à medida que se movem do diâmetro interno do flange para o diâmetro externo. As serrilhas são cortadas na superfície usando uma ferramenta de corte com uma ponta de ferramenta em forma de V de 90 graus e uma profundidade de corte de 0,4 mm; a ferramenta de corte dá à serrilha sua geometria.
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Geometria, Profundidade e Comprimento da Serrilha
Flanges com Ranhuras Espirais
Superfícies com ranhuras espirais podem ser ainda classificadas como 'acabamento de estoque' ou 'serrilhadas espirais', mas a diferença entre as duas é apenas a geometria da serrilha. Flanges serrilhadas espirais têm serrilhas com geometria em forma de V de 90 graus. Flanges de acabamento de estoque têm uma geometria de serrilha muito mais rasa porque as serrilhas são feitas por uma ferramenta de corte de ponta arredondada.
O tipo de superfície de flange mais comum em uso hoje é o tipo de acabamento de estoque devido à sua facilidade de fabricação e adequação para uma ampla gama de aplicações.
Serrilhas de ranhura espiral não são usadas com sistemas que transportam fluidos de baixa viscosidade (baixa densidade) porque a probabilidade de vazamento é alta. O risco de vazamento é alto porque o fluxo da gaxeta deve se estender até a base/fundo da serrilha, a falha em fazê-lo permitirá que um fluido vaze através do canal espiral até atingir o diâmetro externo da gaxeta, e assim o ambiente circundante.
Rugosidade e Acabamento da Superfície
Para que uma gaxeta vede corretamente, a face de vedação do flange acoplado e a face de vedação do flange companheiro devem ter superfícies adequadas. Superfícies adequadas são definidas pelo seu valor de rugosidade.
O valor de rugosidade da superfície de uma face de flange define seu acabamento de superfície.
O acabamento da superfície é importante porque não deve apenas ajudar a criar uma boa vedação, mas também deve ajudar a manter a vedação. Ele faz isso criando atrito entre a gaxeta e as faces de vedação, o que, consequentemente, ajuda a gaxeta a manter sua posição de vedação correta.
Um 'acabamento de água fria' é um acabamento de superfície muito liso (parece ter quase uma propriedade de espelho). Superfícies acabadas com água fria geralmente não são destinadas a acoplar com gaxetas, elas acoplam diretamente em outra superfície acabada com água fria; esse tipo de superfície é caro e facilmente danificado.
Média de Rugosidade (Ra)
A rugosidade de uma face de flange é medida pela Média de Rugosidade (Ra). As unidades de Ra são micro polegadas (µin), ou micrômetros (µm). A rugosidade é calculada usando a Altura Média de Rugosidade Aritmética (AARH), ou cálculos de Raiz Quadrada Média (rms). Tanto AARH quanto rms produzem aproximadamente o mesmo resultado, e os dois termos são frequentemente usados de forma intercambiável.
Valores de Rugosidade Adequados
Padrões da indústria ditam valores de rugosidade adequados, o seguinte é retirado do padrão ASME B16.5:
Tipos de Superfície | Valor Máximo de Rugosidade |
Flanges de junta de anel (e gaxetas duras) | 63 µin AARH (1,6 µm AARH) |
Gaxetas espiraladas. | 125 a 250 µin AARH (3,2 a 6,3 µm AARH) |
Gaxetas macias. | 250 a 500 µin AARH (6,3 a 12,6 µm AARH) |
Língua e Ranhura, e pequenos Macho e Fêmea | 125 µin ou 3.2 µm AARH |
Tabela de Gaxetas Comuns e Valores de Rugosidade Aceitáveis
Observe que o valor de rugosidade da superfície do flange adequado aumenta à medida que o material da gaxeta amolece. Assim, pode-se deduzir que uma gaxeta mais macia pode vedar mais efetivamente em uma superfície áspera do que uma gaxeta dura pode. Isso é lógico porque gaxetas mais duras requerem mais energia de compressão para deformar e vedar do que gaxetas mais macias.
Os valores de rugosidade geralmente são indicados no flange, por exemplo, um valor de rugosidade abreviado pode ser indicado como '125-250 AARH' ou '3,2 a 6,3 AARH'.
Tipos de Flanges, Faces e Superfícies - Explicados!
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Recursos Adicionais
http://www.wermac.org/flanges/flanges_raised-face_flat-face_ring-type-joint.html