Referência de Especificações de Flange

Como as especificações de flanges são determinadas?

Flanges fornecem um método de conexão parafusada para unir tubos, válvulas e equipamentos. A ASME B16.5 cobre flanges de NPS 1/2 a NPS 24 nas classes de pressão 150, 300, 400, 600, 900, 1500 e 2500. Cada classe tem dimensões específicas para o DE do flange, espessura, diâmetro do círculo de furação, furos de parafuso e diâmetro da face ressaltada.

As classes de pressão-temperatura determinam a pressão máxima de trabalho admissível a uma dada temperatura. Um flange Classe 150 em aço-carbono (A105) é classificado para 19,6 bar a 38°C, mas apenas 10,2 bar a 300°C. Classes superiores permitem pressões mais altas: a Classe 300 fornece aproximadamente o dobro da classificação da Classe 150. A classificação se baseia no componente mais fraco — o flange, os parafusos ou a junta de vedação.

Os tipos de face do flange afetam a vedação: a Face Ressaltada (RF) é a mais comum para serviço geral, a Junta Tipo Anel (RTJ) fornece vedação metal-metal para aplicações de alta pressão, e a Face Plana (FF) é exigida ao conectar a flanges de ferro fundido. A seleção da junta de vedação deve corresponder ao tipo de face e às condições de serviço (temperatura, pressão, fluido).

Formula: Diâmetro do Círculo de Furação = DE − 2 × distância à borda Espaçamento dos Parafusos = π × BCD / Número de Parafusos Comprimento Mín. do Parafuso = 2 × Espessura do Flange + Junta + Altura da Porca Área de Contato da Junta = π/4 × (DE² − DI²) da junta

Exemplo de cálculo

Flange NPS 4 Classe 150 RF (ASME B16.5): DE do flange = 228.6 mm, Espessura = 22.4 mm, BCD = 190.5 mm, 8 furos de Ø19 mm, Parafuso = 5/8" (M16), Diâmetro da face ressaltada = 157.2 mm, Peso ≈ 6.8 kg. Pressão máxima de trabalho a 38°C = 19.6 bar (aço-carbono A105).

Quando usar esta calculadora

• Projetar um sistema de tubulação e precisar das dimensões do flange (DE, círculo de furação, furos de parafuso) para desenhos de layout e análise de tensões
• Encomendar flanges e precisar verificar que as dimensões especificadas correspondem à norma ASME B16.5
• Calcular os requisitos de comprimento de parafuso com base na espessura do flange e nas dimensões da junta de vedação
• Selecionar o tamanho da junta de vedação com base no diâmetro da face ressaltada e nas dimensões do círculo de furação

Erros comuns a evitar

• Selecionar uma classe de pressão com base na classificação à temperatura ambiente sem verificar o valor reduzido na temperatura de operação — um flange Classe 150 classificado para 19,6 bar a 38°C cai para 10,2 bar a 300°C
• Conectar um flange de face ressaltada a um flange de face plana (ferro fundido) sem remover a face ressaltada — isso cria um momento fletor que pode trincar o flange de ferro fundido
• Usar comprimentos de parafuso padrão sem considerar a espessura da junta, arruelas e engajamento da porca — parafusos muito curtos fornecem engajamento de rosca inadequado
• Ignorar a sequência de aperto dos parafusos do flange — o aperto aleatório causa compressão desigual da junta, levando a vazamentos; use sempre um padrão estrela em no mínimo 3 passadas

Como interpretar os resultados

• As dimensões são consultas a tabelas padrão para o tamanho e a classe selecionados — confirme separadamente que a classe de pressão é adequada usando a classificação pressão-temperatura da ASME B16.5 para o material do seu flange na temperatura de projeto
• O diâmetro do círculo de parafusos e o número de furos alimentam programas de furação CNC e a compra de parafusos/juntas — lembre que os furos de parafuso na B16.5 ficam a cavaleiro das linhas de centro, e não sobre elas
• Estime o comprimento do parafuso como 2 × espessura do flange + espessura da junta + altura da porca, mais 2-3 passos de rosca de projeção — parafusos com engajamento parcial da porca são um achado comum de auditoria
• O diâmetro da face elevada define a área de contato da junta — selecione o OD da junta conforme a face elevada, não conforme o OD do flange
• O peso é uma aproximação de catálogo para estimativas de içamento e suportes — o peso real do flange forjado varia alguns por cento conforme o fabricante

Normas e referências relacionadas

• ASME B16.5 — Flanges de tubo e conexões flangeadas (NPS 1/2 a NPS 24)
• ASME B16.47 — Flanges de aço de grande diâmetro (NPS 26 a NPS 60)
• ASME B16.20 — Juntas metálicas para flanges de tubo
• ASME B16.21 — Juntas planas não metálicas para flanges de tubo
• ASME PCC-1 — Diretrizes para montagem de juntas flangeadas parafusadas de fronteira de pressão

Perguntas frequentes

Como seleciono a classe de pressão correta do flange?

Comece com a pressão e a temperatura de projeto. Consulte a tabela de classificação pressão-temperatura da ASME B16.5 para o grupo de material do seu flange. Selecione a classe mais baixa cuja classificação exceda suas condições de projeto na temperatura máxima de operação. Inclua uma margem de segurança e considere condições transitórias/de upset. Observe que a maioria das especificações de refinaria adota por padrão a Classe 150 para serviços de utilidades e a Classe 300 para serviços de processo.

O que causa vazamentos em flanges e como são evitados?

Causas comuns: pré-carga insuficiente dos parafusos (a mais frequente), aperto desigual dos parafusos, junta de vedação ou face do flange danificada, ciclagem térmica e relaxamento dos parafusos induzido por vibração. Prevenção: use torquímetros calibrados com sequência de aperto em estrela (mínimo de 3 passes), inspecione as faces do flange quanto a riscos >Ra 3,2 μm, verifique se o tipo de junta corresponde às condições de serviço e considere o tensionamento controlado dos parafusos em juntas críticas.