Um guia para flanges de aço carbono e suas dimensões

Identificar o tamanho correto do flange é uma das tarefas mais críticas no projeto, manutenção e aquisição de sistemas de tubulação. Uma incompatibilidade nas dimensões do flange pode causar vazamentos, falhas no sistema e tempo de inatividade dispendioso. Os flanges de aço carbono estão entre os mais utilizados em tubulações industriais devido à sua resistência, preço acessível e versatilidade — mas eles vêm em uma ampla variedade de tamanhos, classes de pressão e tipos de face que devem ser corretamente identificados antes de qualquer instalação ou substituição. Este guia explica tudo o que você precisa saber sobre como saber o tamanho do flange em flanges de aço carbono, incluindo as principais dimensões a serem medidas e os padrões que as regem.

O que define o tamanho do flange de aço carbono?

O “tamanho” de um flange não é uma medida única – é uma combinação de vários parâmetros dimensionais que juntos definem se dois flanges são compatíveis e adequados para um determinado serviço. Os flanges de aço carbono fabricados de acordo com as normas ASME B16.5 e ASME B16.47 são os mais comuns em tubulações industriais e suas dimensões são especificadas com precisão nesses documentos.

Os identificadores dimensionais primários para qualquer flange de aço carbono incluem o tamanho nominal do tubo (NPS), a classificação da classe de pressão, o diâmetro do círculo do parafuso, o número e o diâmetro dos furos dos parafusos, o diâmetro externo do flange, a espessura do flange e o diâmetro do furo. Compreender cada um desses parâmetros e como eles interagem é essencial para a identificação precisa do flange em campo ou durante o projeto de engenharia.

Tamanho nominal do tubo: o ponto de partida para identificação do flange

O tamanho nominal do tubo (NPS) é a primeira e mais fundamental dimensão usada para descrever um flange de aço carbono. É importante compreender que NPS é uma designação padronizada e não corresponde diretamente a nenhuma medição física no próprio flange. Para tamanhos de tubos de 14 polegadas e superiores, o NPS é igual ao diâmetro externo do tubo em polegadas, mas para tamanhos abaixo de 14 polegadas, o NPS é apenas uma referência nominal.

Para determinar o NPS de um flange de aço carbono quando nenhuma documentação estiver disponível, o método mais confiável é medir o diâmetro externo do flange e depois cruzar essa medição com uma tabela de dimensões de flange padrão. Cada combinação de NPS e classe de pressão produz um diâmetro externo específico, portanto, combinar o valor medido com a tabela confirmará o tamanho nominal. Por exemplo, um flange NPS 4 Classe 150 tem um diâmetro externo de 9,00 polegadas, enquanto um flange NPS 4 Classe 300 mede 10,75 polegadas — demonstrando que a classe de pressão afeta significativamente o tamanho físico do flange, mesmo com o mesmo tamanho nominal de tubo.

Como medir com precisão as dimensões do flange principal

Quando os flanges já estão instalados ou removidos da documentação, a medição física é a única maneira confiável de saber o tamanho do flange. Use um paquímetro calibrado ou um micrômetro externo para precisão. As seguintes medições devem ser feitas sistematicamente:

Diâmetro Externo (DE)

Meça em toda a face do flange, de uma borda externa até a borda externa oposta, passando pelo centro. Este é o diâmetro externo do flange. Registre esse valor em polegadas ou milímetros e compare-o com sua tabela padrão de referência. Essa medição única, combinada com a contagem de furos descrita abaixo, costuma ser suficiente para restringir o NPS e a classe a uma ou duas possibilidades.

Diâmetro do círculo do parafuso (BCD)

O diâmetro do círculo do parafuso é o diâmetro do círculo imaginário que passa pelo centro de cada furo do parafuso. Para medi-lo, meça do centro de um furo de parafuso até o centro do furo de parafuso diretamente oposto. Se os furos não forem diretamente opostos — o que ocorre com números ímpares de furos para parafusos — meça do centro de um furo até o ponto médio entre dois furos adjacentes no flange e aplique uma correção geométrica. O BCD é um identificador altamente confiável quando combinado com a contagem e o diâmetro dos furos dos parafusos.

Contagem e diâmetro de furos de parafuso

Conte o número total de furos para parafusos ao redor da face do flange. Cada combinação de NPS e classe de pressão possui um número específico de furos para parafusos. Em seguida, meça o diâmetro de um único furo de parafuso usando pinças internas. Esses dois valores juntos restringem significativamente a identificação. Por exemplo, um flange NPS 6 Classe 150 tem oito furos para parafusos de 0,88 polegadas de diâmetro, enquanto um NPS 6 Classe 300 tem doze furos para parafusos de 0,88 polegadas de diâmetro – mesmo diâmetro de furo, mas contagem diferente, distinguindo claramente os dois.

Diâmetro do furo

O furo é a abertura interna através da qual o tubo se conecta. Meça o diâmetro interno do furo na face do flange. Esta dimensão ajuda a confirmar a compatibilidade da programação da tubulação. Um flange com pescoço soldado de aço carbono, por exemplo, terá um furo que corresponde ao diâmetro interno do tubo de conexão, que varia de acordo com a programação (espessura da parede). Isto é particularmente importante para flanges com pescoço de solda, onde o furo deve corresponder exatamente ao tubo para garantir uma solda nivelada e sem vazamentos.

Tabela de referência de dimensões de flange de aço carbono

A tabela a seguir fornece as principais dimensões para flanges de aço carbono comuns de acordo com ASME B16.5 Classe 150, que é a classe de pressão mais frequentemente encontrada em tubulações industriais em geral:

Classe de pressão: por que altera o tamanho físico do flange

Os flanges de aço carbono sob ASME B16.5 são fabricados em sete classes de pressão: 150, 300, 600, 900, 1500 e 2500. A classe de pressão não está estampada em um local visível em cada flange, portanto, saber como ela afeta as dimensões é fundamental para a identificação quando as marcações estão desgastadas ou ausentes.

À medida que a classe de pressão aumenta, o flange torna-se fisicamente maior e mais pesado no mesmo NPS. O diâmetro externo aumenta, a espessura do flange aumenta e o número de furos para parafusos também pode aumentar para distribuir as maiores forças de fixação necessárias. Por exemplo, um flange NPS 4 Classe 150 pesa aproximadamente 7,5 libras, enquanto um flange NPS 4 Classe 2500 do mesmo material de aço carbono pesa mais de 50 libras. Se você estiver trabalhando com um flange não identificado e ele parecer excepcionalmente grosso ou pesado para seu diâmetro interno, uma classe de pressão mais alta deve ser suspeitada e confirmada por medição cuidadosa em tabelas de dimensões específicas da classe.

Tipos de faces de flange e seu impacto no dimensionamento

Além dos parâmetros dimensionais, o tipo de face de um flange de aço carbono é um fator crítico de compatibilidade. Os tipos de rosto mais comuns são:

• Face elevada (RF): O tipo mais comum, apresentando uma área circular elevada ao redor do furo onde a gaxeta assenta. A face elevada tem uma altura específica (1/16 polegada para Classe 150 e 300; 1/4 polegada para Classe 600 e superior) que deve ser considerada nas dimensões da tubulação face a face.
• Face plana (FF): Toda a face do flange está nivelada, sem nenhuma seção elevada. Usado no acoplamento com flanges de ferro fundido ou ferro dúctil para evitar rachaduras devido a cargas irregulares. As dimensões do furo do parafuso e do diâmetro externo permanecem iguais às de RF para o mesmo NPS e classe.
• Junta tipo anel (RTJ): Apresenta uma ranhura usinada na face que aceita uma junta de anel metálico. Utilizado em serviços de alta pressão e alta temperatura. As dimensões da ranhura devem corresponder precisamente às do anel de vedação para garantir uma vedação.
• Língua e ranhura (T&G): Os flanges correspondentes têm uma face com um anel elevado (língua) e a outra com uma depressão correspondente (ranhura). Eles sempre devem ser emparelhados e não podem combinar com flanges de face plana ou elevada.

Ao identificar um flange para fins de substituição ou acoplamento, sempre inspecione visualmente o tipo de face antes de solicitar uma substituição. A instalação de um flange de face elevada contra uma face plana ou sistema RTJ sem adaptação resultará em falha de vedação, independentemente da precisão das outras dimensões.

Leitura de marcações de flange e carimbos térmicos

A maioria dos flanges de aço carbono fabricados de acordo com os padrões ASME apresentam marcações estampadas ou em relevo na borda externa ou na face do cubo do flange. Aprender a ler essas marcações é a maneira mais rápida de saber o tamanho do flange sem medição física. Uma sequência de marcação típica segue este formato:

• Grau de material: Para flanges de aço carbono, as designações comuns incluem A105 (para serviço em alta temperatura) e A350 LF2 (para serviço em baixa temperatura). Isso aparece primeiro na sequência de marcação.
• Classe de Pressão: Marcado como "CL150", "300#" ou notação semelhante, dependendo da convenção do fabricante.
• NPS: O tamanho nominal do tubo, normalmente fornecido como um número simples, como "4" ou "6".
• Padrão: Referência ao padrão vigente, como "B16.5" ou "ASME B16.47 Série A."
• Número de calor: Um código de rastreabilidade que liga o flange ao seu relatório de teste de material (MTR), importante para vasos de pressão e aplicações de serviços críticos.

Se as marcações estiverem parcialmente obscurecidas por pintura, corrosão ou danos mecânicos, limpe a superfície do flange com uma escova de aço ou solvente antes de tentar ler os selos. Nos casos em que as marcações são completamente ilegíveis, a medição dimensional completa combinada com a verificação do material através de testes de dureza ou PMI (identificação positiva do material) é o procedimento apropriado.

Erros comuns ao identificar tamanhos de flanges de aço carbono

Até mesmo engenheiros de tubulação e pessoal de manutenção experientes cometem erros ao identificar tamanhos de flanges sob pressão de tempo. Os erros mais frequentes incluem assumir que o diâmetro do furo é igual ao NPS, o que é incorreto para tamanhos de tubos abaixo de 14 polegadas. Outro erro comum é combinar flanges apenas pelo diâmetro externo, sem verificar a classe de pressão – dois flanges podem ter o mesmo diâmetro externo, mas pertencem a classes de pressão diferentes com diâmetros de círculo de parafuso diferentes, tornando-os incompatíveis. Medir o diâmetro do furo do parafuso em vez do tamanho do parafuso também é uma fonte de confusão: os furos dos parafusos são sempre ligeiramente maiores que o diâmetro do parafuso para permitir o alinhamento, portanto, um furo de 0,88 polegadas aceita um parafuso de 3/4 de polegada, não um parafuso de 7/8 de polegada. Confirmar a especificação real do parafuso do padrão, e não apenas o diâmetro do furo, garante que os fixadores corretos sejam usados ​​durante a remontagem.