O RELATÓRIO FLANGE

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

ALINE LUIZA DE SOUZA E BENTO

PROJETO FINAL

BELO HORIZONTE

2019

ALINE LUIZA DE SOUZA E BENTO

PROJETO FINAL

Trabalho  apresentado  no curso de

graduação da Universidade Federal

de  Minas Gerais ao  professor Luiz

Henrique          Jorge        Machado.

BELO HORIZONTE

2019

1. INTRODUÇÃO

Flanges são peças utilizadas para unir dois elementos de um sistema, e são geralmente usados em tubulações e eixos de máquinas rotativas. Uma ligação flangeada geralmente é composta por dois flanges, alguns parafusos e uma junta de vedação. Tais ligações flangeadas são empregadas normalmente em tubos de 2” ou mais, e permitem que os elementos unidos sejam desmontados facilmente, sem operações destrutivas.

Entretanto, recomenda-se a utilização do menor número de flanges possível ao longo de uma tubulação, uma vez que essa peça é cara e pesada. Além disso, as ligações flangeadas representam possíveis pontos de vazamento de fluido.

Existem diversos tipos de flange, cada um utilizado para um propósito. Porém, o tipo de flange que será explorado nesse projeto é o flange de pescoço. Esse tipo de flange tem pescoço cônico e extremidade chanfrada, estrutura essa que foi desenvolvida para suportar variadas combinações de temperatura e pressão e para possibilitar a solda do tubo no topo do flange.

2. OBJETIVO

O flange de pescoço, que será explorado nesse projeto, é empregado normalmente em tubulações industriais, em tubos de 2” ou maiores, para quaisquer condições de pressão e temperatura. Esse flange é considerado um dos mais resistentes, visto que, além de poder ser utilizado para quaisquer combinações de pressão e temperatura, é o que tem a melhor transmissão de esforços (tensão) para o tubo, resultando em uma menor tensão residual em sua base. Ademais, permite melhor aperto.

Os tubos devem ser ligados a esse tipo de flange por meio de solda, que é feita mais especificamente na área do topo do pescoço. Tal característica impede o aparecimento de descontinuidades ao longo da tubulação, evitando vazamentos e corrosão.

As ligações flangeadas feitas com flanges de pescoço tem o preço elevado, visto que cada pedaço de tubo deve ter as extremidades chanfradas para possibilitar a solda. Ademais, os tubos devem ser cortados na medida certa, admitindo baixíssima tolerância em seu comprimento.

3. MATERIAIS E MÉTODOS DE CONSTRUÇÃO

Idealmente, todos os flanges deveriam ser fabricados por meio de forjamento, que é considerado o melhor sistema de construção. Entretanto, devido ao alto custo e à dificuldade de se obter forjados no Brasil, permite-se algumas alternativas em relação à construção de flanges de 10” ou mais.

Segundo Pedro C. Silva Telles, autor do livro Tubulações Industriais, os flanges de pescoço podem ser fabricados a partir de barras laminadas de aço de seção retangular, ou de barras cortadas longitudinalmente de chapas grossas. As barras devem ser conformadas em anel e as extremidades devem ser soldadas a topo, visando à formação de um anel fechado. As faces da chapa original devem ficar paralelas ao eixo do flange formado. Sequencialmente, o anel formado deve ser usinado para a obtenção do perfil do flange, e deve ser feita uma inspeção com líquido penetrante na região de junção do pescoço com o disco do flange. Além disso, dependendo do material e da espessura do flange fabricado, deve-se fornecer tratamento térmico e inspeção radiográfica da solda.

Ademais, o flange de pescoço pode ainda ser fabricado de outra maneira, a partir de anéis de aço, sem costura, obtidos através da usinagem de tarugos. Tais anéis devem ser rolados e laminados a quente, sendo posteriormente usinados para construir o perfil do flange.

4. DISCUSSÃO

Analisando o emprego do flange com pescoço em uma tubulação industrial, que transporta água doce em condições elevadas de temperatura e pressão para alimentar caldeiras, e levando em conta as condições de serviço às quais essa tubulação é submetida, o custo, a segurança e o seu tempo de vida útil, tanto os tubos quanto os flanges serão feitos de aço-carbono (seguindo a norma técnica API5L), sendo os tubos sem costura e com extremidades para solda de topo, e o flange, uma face com ressalto.

Considerando-se que os tubos deverão ser soldados ao topo dos flanges, a tolerância dimensional admitida tanto para o eixo quanto para o próprio flange é a mesma, consistindo em no máximo 1,6mm de desalinhamento para ambos.

Como citado anteriormente, a extremidade do eixo (no caso, o tubo) é soldado ao topo do pescoço do flange. Para possibilitar uma soldagem precisa e bem-feita, devem ser feitos chanfros tanto no topo do pescoço do flange quanto na extremidade do tubo. Considerando-se um flange de 12’’, cada um dos chanfros do topo do pescoço deve medir aproximadamente 9,5mm, com uma angulação de 37°30’, para que seja possível soldá-lo ao eixo.

Não se utiliza o arredondamento do pescoço do flange devido à necessidade de se soldar o eixo. Apesar de o arredondamento das extremidades evitar o acúmulo de tensão e a fadiga das quinas, evitando a quebra da peça, o chanfro mostra-se mais vantajoso devido, novamente, à necessidade de solda.

Em uma ligação flangeada, existe uma certa área dos flanges que não entra em contato. Tal espaço existe devido à necessidade de criar uma alternativa ao torque elevado do sistema, criado a partir do aperto dos parafusos. Tal força, quando em excesso, pode resultar no desgaste ou até mesmo na quebra dos parafusos.