Compreender os diferentes tipos de flanges e as suas aplicações

A classificação dos vários tipos de flanges pode ser classificada de acordo com a sua aplicação e o material utilizado no fabrico das flanges. As flanges formam anéis forjados que estão disponíveis em diferentes formas e tamanhos, componentes essenciais de muitas aplicações industriais. As flanges são frequentemente roscadas ou soldadas. A sua principal utilização consiste em ligar tubos, bombas, válvulas e outros equipamentos para fazer funcionar uma tubagem.

Para unir as flanges, é necessário aparafusá-las utilizando juntas para criar uma vedação que permita um acesso fácil ao sistema de tubagem. Isto oferece uma intersecção fiável à prova de fugas em aplicações em que os fluidos ou gases são transferidos a altas pressões ou temperaturas. Selecionar o ideal para si pode, à partida, parecer complicado devido à grande quantidade de opções e caraterísticas. Por este motivo, este artigo irá debruçar-se sobre as especificidades dos diferentes tipos de flanges para fornecer informações variáveis a qualquer pessoa envolvida em sistemas de tubagem e de manuseamento de fluidos. Iremos explorar os seus designs únicos, utilizações, vantagens e factores a ter em conta ao escolher a flange certa para várias aplicações industriais.

Componentes principais dos flanges

As flanges são fabricadas de acordo com ASTM e ASME Normas. São a segunda técnica de união mais comum depois da soldadura. A instalação de flanges é feita através de soldadura, aparafusamento ou lapidação.

Face da flange

Refere-se à área de contacto com a junta utilizada para a vedação. Normalmente, uma junta de vedação situa-se entre as duas faces opostas da flange. Exemplos de faces de flange são:

• Face plana (FF): Toda a superfície é plana, semelhante a uma flange de face saliente (RF), mas sem a área saliente. Isto significa que toda a superfície entra em contacto com a junta quando duas flanges encaixam.
• Raised Face (RF): É o tipo de face de flange mais utilizado. É designada por "Elevada" porque a superfície elevada desta flange está acima do círculo de aparafusamento onde assenta a junta.
• Junta de tipo anelar (RTJ): Este tipo tem um anel de metal com uma ranhura profunda cortada na sua superfície. Durante o processo de aperto dos parafusos, o anel metálico na ranhura comprime-se.
• Língua e ranhura: A flange de lingueta tem um anel elevado, enquanto a flange de ranhura tem uma depressão correspondente maquinada nas faces.
• Juntas sobrepostas: Este tipo são ligações de flange de tubo de duas peças que são fáceis de montar e desmontar. As flanges de junta sobreposta são importantes, uma vez que podem permitir pequenos desalinhamentos.
• Homem e mulher (M/F): Neste tipo, a flange macho tem um anel elevado e a fêmea tem uma depressão correspondente.

Superfícies de flange

É o estado da superfície de vedação da face da flange. A superfície é serrilhada ou lisa.

Cubo de flange

O cubo da flange é a secção que acomoda o tubo que se liga à flange.

Lâmina de flange

Isto inclui a região onde os parafusos atravessam tanto a flange como a sua face.

Furo

Um furo é o orifício central na flange por onde passa o tubo.

Pescoço (para flanges de pescoço de soldadura)

É a extremidade que se liga, através do processo de soldadura, ao tubo ou acessório de ligação. Normalmente, é cónica para permitir a distribuição de tensões e o reforço.

Diâmetro exterior (DE)

O diâmetro exterior é a distância entre dois bordos opostos da face da flange.

Visão geral detalhada de vários tipos de flange

Alguns dos tipos de flanges mais comuns e populares são:

1. Flange cega

Uma flange cega é uma placa plana sem furo que fecha a extremidade de sistemas de tubagem, válvulas e aberturas de recipientes sob pressão. São particularmente maiores, uma vez que estão sujeitos a muita tensão. As pessoas utilizam este tipo de flange para tapar tubos e válvulas que não estão a ser utilizados. Também é comummente utilizado quando é necessário efetuar uma manutenção ou uma futura expansão.

2. Flange de pescoço de soldadura

Esta flange é fácil de reconhecer, uma vez que tem um cubo cónico longo e um pescoço que é soldado ao tubo. A vantagem do pescoço é dar reforços e permitir o alinhamento do tubo durante a instalação. As flanges correspondem ao diâmetro interior do encaixe do tubo através de perfuração para facilitar o fluxo suave do produto. Compatível em aplicações de alta pressão ou em tubagens que transportem fluidos corrosivos.

3. Colocar a flange

A flange de encaixe é uma placa plana com um furo que desliza sobre a extremidade de um tubo. É soldada por dentro e por fora para fixar a ligação. As flanges deslizantes são frequentemente utilizadas em tubagens que transportam fluidos não corrosivos ou em aplicações de baixa pressão.

4. Flange de soldadura de encaixe

Uma flange de soldadura de encaixe liga-se ao tubo com uma soldadura de encaixe. Esta ligação cria uma junta forte e facilita o alinhamento durante a instalação. No entanto, não são ideais para serviços críticos. São frequentemente utilizadas como alternativa às flanges de pescoço de soldadura quando o espaço é limitado. As flanges de soldadura de encaixe são úteis em condutas que transportam fluidos corrosivos ou em aplicações de alta pressão, como tubos hidráulicos.

5. Flanges roscadas

As flanges roscadas são semelhantes em design às flanges de encaixe, mas têm roscas cónicas. As roscas encontram-se no interior do furo e no diâmetro exterior, o que permite a sua ligação aos tubos sem soldadura. São ideais para aplicações de baixa pressão e baixa temperatura e são adequados para tubagens que transportam substâncias não corrosivas.

6. Flange de junta sobreposta

Esta flange liga-se a um tubo através de uma extremidade de encaixe. Tem dimensões semelhantes às de outras flanges, mas não tem uma face elevada. A extremidade do tubo é primeiro soldada ao tubo e, em seguida, a flange de junta sobreposta é aparafusada à extremidade do tubo. As flanges de junta sobreposta são úteis em situações em que é necessária uma desmontagem frequente. Oferecem algumas vantagens únicas:

• Uma vez que as flanges de aço-carbono baratas não estão em contacto com o fluido no interior do tubo, podem ligar-se a tubos de aço inoxidável caros.
• A capacidade de rodar livremente à volta do tubo facilita o alinhamento dos orifícios dos parafusos da flange.
• As flanges dos sistemas que se desgastam ou corroem rapidamente são recicladas novamente.

7. Flanges de orifício

A flange de orifício tem uma placa fina com o furo central que determina o caudal desejado. A limitação do caudal é o resultado da placa de orifício inserida. Esta cria uma pressão diferencial, que mede o caudal de líquidos, vapor ou gases.

8. Flange de pescoço longo para soldadura

Esta flange tem um pescoço alargado que permite uma ligação de soldadura forte e segura ao sistema de tubagem. É utilizada em várias aplicações industriais e de tubagem. As flanges de pescoço de soldadura comprido encontram-se frequentemente nas indústrias do gás, petróleo e petrolíferas porque podem suportar pressões elevadas e ligar grandes redes de tubos.

9. Tipos especiais de flanges

Nipoflange

O produto da combinação de uma flange de pescoço de soldadura com um Nipolet forjado, utilizado para dividir tubagens a 90 graus.

Flange de soldadura

Flange Weldo

O único objetivo de uma flange Weldo é fornecer uma ligação de ramificação a partir do tubo principal na indústria de tubagens. Permite a soldadura direta no tubo principal, ao mesmo tempo que proporciona uma saída para ligações de derivação. Este tipo de flange é aplicável em áreas onde a integridade e a fiabilidade são cruciais.

Flange Elbo:

Uma flange Elbo combina a funcionalidade de um cotovelo e de uma flange. Este design simplifica a ligação de tubos num ângulo.

Flange giratória

Uma flange giratória é uma flange de pescoço de soldadura única em que o anel interior pode rodar 360 graus no anel exterior para alinhar a flange padrão e os orifícios dos parafusos. Esta caraterística torna-a ideal para tubagens, aplicações submarinas e offshore, permitindo aos mergulhadores ajustar os orifícios dos parafusos de forma mais rápida e conveniente.

Flange de redução

Também conhecidas como flanges redutoras, são utilizadas para reduzir o diâmetro de uma tubagem para o tamanho necessário.

Flange de expansão

As flanges de expansão têm a função oposta às flanges de redução; são utilizadas para aumentar o diâmetro da tubagem. Ligam as tubagens a dispositivos mecânicos como compressores, válvulas e bombas, que têm diferentes tamanhos de entrada.

Tipo de flange	NPS (polegada)	Classe ASME	Rostos	Integridade das articulações	Soldadura	Normas ASME
Flange de pescoço de soldadura	Todos	Todos	Todos	Elevado	Uma soldadura de topo.	B16.5, B31.3
Flange de encaixe	Muitos	Em geral, ≤ 600	FF, RF	Médio	Uma ou duas soldaduras em ângulo.	B16.5, B31.3
Flange de soldadura de encaixe	Em geral, ≤ ½ a 2. Máximo ≤ 4	≤ 600	FF, RF	Médio	Uma soldadura de filete.	B16.5, B31.3
Flange de anel de junta sobreposta	Não utilizado para tamanhos pequenos.	NA	FF	NA	Nenhum	B16.5, B31.3
Extremidade do flange da junta sobreposta		150 a 2500	FF, RF, RTJ	Elevado	Uma soldadura de topo.	B16.9, B31.3
Flange roscada	Em geral, ≤ ½ a 2. Máximo ≤ 4	≤ 300	FF, RF	Baixa	Nenhum	B1.20.1, B31.3
Flange cega	Todos	Todos	Todos	NA	Nenhum	B16.5, B31.3

Tabela de resumo do tipo de flange

Materiais fundamentais para a produção de flanges

Aço carbono

É o tipo de aço mais comummente utilizado para muitas flanges. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, como elevada resistência e dureza.

Liga de aço

O aço de liga é um aço misturado com elementos como o crómio, o níquel ou o molibdénio para alterar ou melhorar as suas propriedades. É utilizado para flanges que são sujeitas a condições de alta pressão e alta temperatura.

Aço inoxidável

O aço inoxidável é uma liga de aço e crómio. O crómio no aço confere-lhe uma melhor resistência à corrosão do que o aço-carbono. É mais adequado para flanges expostas a humidade elevada.

Ferros fundidos

O ferro fundido é uma liga de carbono, silício e várias outras ligas. Uma camada de grafite preta cresce no exterior do ferro como resultado do silício que força o carbono a sair do metal. Como resultado, os ferros fundidos têm uma boa capacidade de fundição, fluidez e maquinabilidade,

Alumínio

O alumínio é um metal de resistência média que tem uma baixa densidade, ductilidade e maleabilidade. Quando comparado com o aço-carbono e outras ligas comuns, apresenta uma resistência superior à corrosão. É adequado para a construção de flanges que requerem resistência e baixo peso.

Latão

Uma liga de zinco e cobre. No entanto, pode por vezes conter elementos adicionais de chumbo ou estanho. Tem uma excelente condutividade, alta temperatura e ductilidade a frio.

PVC

O PVC é um plástico que é flexível, fácil de montar, barato e duradouro. É muito utilizado devido à sua resistência à corrosão biológica e química. A adição de plastificantes ao PVC torna-o mais macio e flexível.

As flanges também utilizam matérias-primas como o cobre e o titânio no seu fabrico. Tudo depende das caraterísticas técnicas e das condições de aplicação.

Factores a considerar na seleção de uma flange

Tipo de flange

As flanges de tubagem existem em diferentes tipos, cada um com caraterísticas e aplicações únicas, tal como referido anteriormente. Por exemplo, as flanges de encaixe são mais fáceis de alinhar e instalar, enquanto as flanges de pescoço de soldadura proporcionam uma grande resistência.

Tipo de rosto

A face de uma flange é a área onde as juntas são colocadas e a flange é apertada para proporcionar uma vedação. A resistência da vedação é crucial para a face da flange, que desempenha um papel vital tanto no serviço como no desempenho da flange. Atualmente, existem diferentes tipos de faces de flange, cada uma com as suas próprias vantagens.

Material para flanges

O material da flange tem um impacto significativo no desempenho e no tempo de vida útil da flange. Alguns materiais são preferencialmente melhores do que outros, consoante as suas propriedades e a utilização do produto. Por exemplo, o aço-carbono é adequado para aplicações de uso geral, enquanto o aço inoxidável é adequado para condições corrosivas.

Dimensões e tamanhos

O tamanho da flange é um aspeto fundamental a considerar quando se faz uma escolha. A disponibilidade de diferentes tamanhos de flanges garante um ajuste e uma utilização óptimos no sistema de tubagens. A medição exacta das dimensões é essencial para a manutenção e atualização do sistema de tubagens.

Classificação de pressão e temperatura

Esta classificação é um indicador crítico da pressão máxima que uma flange pode suportar e funcionar em segurança. A seleção de flanges com a classificação de pressão adequada é necessária para garantir a integridade e a segurança do sistema de tubagem em condições de funcionamento. Para determinar a classificação de pressão da flange, é necessário ter em conta o seu material e as normas de fabrico, entre outros aspectos.

Custo e disponibilidade

As flanges de alta qualidade e duradouras podem implicar custos elevados, uma vez que oferecem desempenho e fiabilidade a longo prazo. Pelo contrário, reduzem significativamente o risco de reparações dispendiosas e de tempo de inatividade. Além disso, para evitar atrasos nos projectos, as flanges escolhidas devem estar prontamente disponíveis e ser provenientes de fornecedores reputados.

Métodos de fabrico

As diferentes técnicas de fabrico de flanges conferem-lhes caraterísticas distintas. Os dois principais métodos utilizados são a fundição e o forjamento. O forjamento proporciona mais resistência e durabilidade, enquanto a fundição produz flanges com um processo de maquinagem mais suave.

Considerações sobre instalação e manutenção

A instalação e manutenção corretas das flanges garantem ligações duradouras, eficientes e seguras.

Aplicações e utilizações dos flanges

Indústrias transformadoras: Por exemplo, a presença de flanges nas máquinas de moldagem por injeção desempenha um papel vital no processo de fabrico de moldes. Proporcionam ligações seguras nas articulações de equipamentos como sistemas hidráulicos e pneumáticos e fixação de moldes. As ligações adequadas permitem o controlo e facilitam alinhamentos precisos, entre outros factores.

Produção de energia: Nas instalações de produção de energia, como as centrais hidroeléctricas e as centrais eléctricas, as flanges têm uma função crítica. Garantem ligações fortes e seguras nas juntas de bombas, turbinas e outras máquinas disponíveis.

Tratamento de água e de águas residuais: As flanges são muito utilizadas nos sistemas de esgotos e nas estações de tratamento de água. Estabelecem ligações entre bombas, tubagens e outros equipamentos.

Conclusão

Em geral, as flanges são amplamente utilizadas em vários locais e, em todos estes sectores, são consideradas como um componente crítico do sistema. Em conclusão, compreender os diferentes tipos de flanges e as suas aplicações é essencial para fazer selecções informadas que conduzam a aplicações industriais mais eficientes.