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4. Temperatura A temperatura de operação afeta a pressão máxima, tensões admissíveis, vida útil e especificação do tipo de material. A correta definição da temperatura é importante pois valores muito elevados podem requerer materiais especiais ou, se muito baixos, podem provocar a falha prematura da junta. 5. Movimentos A determinação dos movimentos a serem absorvidos é imprescindível para a especificação correta de uma junta de expansão. Devem ser verificados, além dos movimentos de origem térmica, os de outras fontes, tais como, vibrações e desalinhamentos. Os movimentos absorvidos por uma junta de expansão podem ser:
6. Forças As estruturas, ancoragens e suportes das tubulações, dutos e equipamentos onde estão instaladas juntas de expansão devem suportar, além das forças normais em sistemas deste tipo, duas forças adicionais originadas pelas juntas de expansão: 6.1. Força de mola É a força necessária para defletir uma junta de expansão. Os foles de uma junta de expansão se comportam como se fossem uma mola, as ancoragens devem ser projetadas para resistir a esta força. A amplitude da força de mola (figura 6) é determinada multiplicando-se o valor da constante de mola pelo movimento absorvido. As constantes de mola são axial, lateral e angular. Por exemplo, se uma junta para tubulação de diâmetro nominal 10 polegadas tiver uma constante de mola axial de 13 kgf/mm e absorver um movimento axial de compressão de 25 mm, podemos calcular a força de mola:
6.2. Força de pressão A força de pressão é uma condição criada pela instalação de um elemento flexível, a junta de expansão, em uma tubulação rígida pressurizada. É uma função da pressão do sistema, do diâmetro do fole e da altura da corrugação. A Figura 7 (abaixo) mostra o efeito da pressão em um fole: pressões positivas tendem a estender o fole e negativas a comprimir. A amplitude da força de pressão pode ser muito elevada, superando todas as demais forças combinadas. Calcula-se a amplitude da força de pressão multiplicando-se a área efetiva do fole pela pressão do sistema. A área efetiva é uma função do diâmetro médio do fole que é determinada pela altura da corrugação. O diâmetro médio é, normalmente, maior que o diâmetro da tubulação.
Instabilidade de Coluna e Instabilidade de Plano Um fole que seja submetido à pressão interna assemelha-se a uma coluna submetida à um esforço de compressão; isto é, existe um valor máximo de compressão que, se superado, fará com que a coluna apresente uma flambagem. De forma análoga, existe um limite de pressão interna do fluido que uma vez atingido e/ou ultrapassado gera uma instabilidade no fole. Esta instabilidade caracteriza-se pela tendência do fole assumir uma forma de “S”. Chama-se de “Instabilidade de Coluna” ou flambagem. A tendência à “Instabilidade de Coluna” é inversamente proporcional a quantidade de corrugações que existem em uma junta. Existe uma outra causa de instabilidade, por excesso de pressão interna nos foles, chamada de “Instabilidade de Plano”. Caracteriza-se pela alteração de paralelismo entre as laterais de duas ou mais corrugações consecutivas. Normalmente a “Instabilidade de Plano” ocorre em pressões superiores à da “Instabilidade de Coluna”. Deve-se assegurar que os valores de pressão de “Instabilidade de Coluna” e “Instabilidade de Plano” sejam sempre superiores às pressões de projeto e de teste da junta. 7. Ancoragens, suportes e guias Ao projetar um sistema com juntas de expansão é necessário considerar a melhor localização dos elementos de suporte da tubulação. Definem-se estes elementos da seguinte forma: 7.1. Ancoragem Principal Uma ancoragem principal deve ser projetada de forma a resistir às forças e momentos de cada ramo da tubulação a ela ancorado. Havendo juntas de expansão no sistema, esta ancoragem deve resistir às forças de pressão e de mola, forças oriundas do movimento do fluido na tubulação (força de inércia), esforços provocados pelo atrito nas guias e suportes e peso da tubulação. Emcertas situações também devem ser considerados outros esforços como, por exemplo, carga de vento. Em um sistema com juntas de expansão a ancoragem principal pode ser instalada conforme apresentado nos exemplos a seguir:
7.2. Ancoragem intermediária A ancoragem intermediária é projetada para resistir a todos os esforços, exceto a força de pressão de cada ramo da tubulação a ela ancorada. A força de pressão é absorvida pela ancoragem principal ou por acessórios próprios da junta de expansão, tais como tirantes, dobradiças, anéis cardânicos, etc. 7.3. Guias e suportes O correto alinhamento de uma tubulação nas proximidades de uma junta de expansão, é de extrema importância para o seu perfeito funcionamento. As guias e suportes são necessários para assegurar que a junta de expansão execute o movimento previsto e evitar a flambagem da tubulação.
7.4. Tipos de guias
7.5. Localização das guias Ao posicionar guias para aplicações com movimento exclusivamente axial é, normalmente, recomendado que a junta de expansão seja instalada próxima de uma ancoragem. A primeira guia deve estar a uma distância máxima do fole de até 4 vezes o diâmetro da tubulação, a segunda guia a uma distância da primeira guia de até 14 vezes o diâmetro da tubulação, conforme mostrado na Figura
O espaçamento máximo (E) das demais guias está indicado na Tabela abaixo. 7.6. Suportes Um suporte de tubulação permite o livre movimento da mesma suportando o peso da tubulação e seus acessórios, tais como válvulas e isolamento térmico, bem como o peso do fluido. Os suportes não substituem as guias e ancoragens. Um exemplo de suporte está demonstrado na figura 15. 8. Vida cíclica Um ciclo é definido como um movimento completo da tubulação desde a posição inicial até a posição de operação, voltando novamente à posição inicial. A vida cíclica é definida como o número total de ciclos previstos para a junta resistir, a partir de testes realizados em temperatura ambiente e condições de operação simuladas. A vida cíclica depende da amplitude da variação das tensões às quais o fole está submetido. Nos foles fabricados com aços inoxidáveis austeníticos, a operação de conformação provoca o encruamento do material, elevando a sua resistência à fadiga. Desta maneira, não é considerado benéfico fazer recozimento ou alívio de tensões, após a conformação do fole. Exceto quando solicitado, as Juntas de Expansão Termatic, não sofrem nenhum tratamento térmico antes, durante ou após a sua fabricação. Tabela - Espaçamento Máximo entre Guias - E
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