Desafios de Vedação e Soluções de Juntas para Bocas de Homem e Bocas de Visita de Vasos

Aberturas flangeadas — bocas de homem e bocas de visita — são pontos de acesso comuns em vasos de pressão, frequentemente usando flanges padrão tipo ASME aparafusados como conexões de tubulação. Tampas internas ficam dentro do vaso e são puxadas de volta contra uma junta e um flange externo, criando dinâmicas de vedação únicas que diferem de juntas flangeadas convencionais.

Superfícies de flange típicas raramente são perfeitas, e a tampa deve ser maior que a abertura para fornecer folga para inserção. Consequentemente, juntas ovais ou obround são empregadas para que a tampa possa ser rotacionada lateralmente durante a instalação. Juntas ovais oferecem curvatura contínua para forte suporte de anel, enquanto juntas obround contêm um segmento reto que reduz resistência radial. Estas juntas são fabricadas segundo especificações OEM em uma ampla gama de tamanhos, sempre dimensionadas a partir do diâmetro interno (DI). Ambos eixos maior e menor são especificados, junto com largura do flange e, se presente, a largura de qualquer anel interno.

Figura 1. O parafuso de prisioneiro único nesta tampa de boca de homem aplica força compressiva baixa e desigual, ilustrando o desafio de vedação.

Tampas internas tipicamente apresentam um ou dois prisioneiros soldados ao centro da tampa (veja Figura 1). Estes parafusos passam por um jugo que transpõe a abertura, puxando a tampa contra a junta. Como o espaçamento dos parafusos é limitado e os parafusos estão posicionados longe da junta, a força compressiva resultante é frequentemente baixa e desigual.

Em um vaso, a pressão interna age oposto a uma flange aparafusada convencional: em vez de puxar as flanges para longe, ela pressiona a flange contra a junta, criando carga compressiva adicional que pode exceder a contribuição dos parafusos (Figura 2). No entanto, esta carga dinâmica raramente atinge o nível recomendado para vedação confiável.

Figura 2. A pressão interna pode superar a força do parafuso, auxiliando o assentamento da junta.

Seleção de Junta para Níveis de Pressão

Escolher a junta certa é crítica porque a pressão interna influencia diretamente a resistência de vedação necessária. Sistemas de baixa pressão (≤999 psi) beneficiam-se de juntas mais macias e deformáveis que podem acomodar irregularidades menores de superfície. Vasos de alta pressão (>1.000 psi) exigem vedantes rígidos de alta densidade como juntas reforçadas com metal, que, embora mais desafiadores para vedar, fornecem a resistência necessária e resistência à extrusão.

Juntas são tipicamente expressas como largura interna × comprimento interno × largura da superfície da junta, ex.: uma junta listada como 12" × 16" × 1" × 1/8" tem dimensões internas de 12" × 16", largura de flange de 1" e espessura de 1/8".

Tipos de Juntas Recomendados

Juntas Espiraladas
Adequadas para aplicações <1.000 psi e ≥1.000 psi. Feitas de tiras finas de metal enroladas e preenchidas com material complacente, vêm em duas formas: apenas enrolamento e enrolamento com anel de compressão interno. Para sistemas <1.000 psi, um grau de enchimento mais grosso é usado para aumentar maciez; para pressões maiores, enchimento mais fino fornece maior densidade e capacidade de carga. Em ciclagem de alta pressão, um anel interno de metal sólido pode ser incorporado.

Juntas de Núcleo Metálico Corrugado com Face de Grafite
Ideais para pressões internas abaixo de 1.000 psi e larguras de flange ≥0,5" (Figura 3). Estas juntas apresentam núcleo metálico corrugado e superfície de folha de grafite, entregando excelente vedação contra flanges imperfeitos. Para larguras de flange <0,5", consulte o fornecedor para especificações apropriadas.

Figura 3. Juntas de núcleo metálico corrugado com face de grafite são recomendadas para bocas de homem com pressões internas menores que 1.000 psig e largura de flange de meia polegada ou maior.

Folhas de grafite flexível podem efetivamente vedar bocas de homem e bocas de visita de caldeiras quando a largura da junta é de pelo menos 0,5" e preferencialmente 0,75" ou mais. Para <0,5" de largura, juntas espiraladas são preferidas devido à carga compressiva desigual.

Juntas Kammprofile
Estes são anéis metálicos com sulcos profundos faceados com grafite expandido, PTFE microcelular ou PTFE expandido. Eles se destacam quando a tensão de assentamento é baixa e a aplicação não pode acomodar grafite flexível ou materiais não metálicos. Também são altamente tolerantes a irregularidades de superfície e excursões extremas de temperatura/pressão (Figura 4).

Figura 4. Juntas Kammprofile vedam flanges imperfeitos e suportam excursões extremas de temperatura e pressão.

Juntas de PTFE de alta compressibilidade, baixo creep — orientadas biaxialmente com estruturas microcelulares ou microbalão — são bem adequadas para serviço químico mas geralmente não recomendadas para aplicações de vapor ou caldeiras. Um gráfico de referência rápida (Figura 5) pode ajudar a combinar tipo de junta a condições de serviço.

Práticas de Instalação

Como a junta fica dentro do vaso, adesivos sensíveis à pressão são ocasionalmente usados. No entanto, estes adesivos podem amolecer ou derreter em altas temperaturas de vapor ou degradar em ambientes químicos, então são geralmente evitados. Juntas não metálicas são instaladas sem adesivo, embora alguns pontos de adesivo de contato em spray possam ser aplicados para manter a junta no lugar durante o aparafusamento. Juntas metálicas frequentemente apresentam abas de retenção que ajudam a segurá-las durante a instalação.

Vedação bem-sucedida depende de selecionar o tipo de junta apropriado, dimensioná-la corretamente para as condições específicas de pressão e flange, e garantir técnica de instalação adequada. Juntas apropriadamente combinadas e instaladas fornecem vedações confiáveis e de longo prazo para bocas de homem e bocas de visita de vasos.