Seleção e Dimensionamento de Conexões Hidráulicas
Aprenda como realizar a seleção e o dimensionamento de conexões hidráulicas
Por Gustavo Marinho, CFPHS | 10 de Outubro de 2020
Após alguns bons anos trabalhando com sistemas hidráulicos, muitas vezes acredito já ter visto todos os estilos de conexões hidráulicas possíveis, mas sempre fico surpreso ao ver configurações novas e diferentes. Os tempos de apenas JIC e NPT deram lugar a BSPP, DIN, JIS, ORFS, GAZ e muitos mais. Os OEMs e fabricantes de conexões estão constantemente encontrando novas maneiras de nos confundir com diferentes roscas e novas maneiras de vedá-las.
Sumário
A criação de conexões confiáveis e sem vazamentos deve sempre ser o objetivo principal de qualquer sistema hidráulico. Existem muitos tipos e estilos diferentes de conexões e acessórios para escolher. Independentemente do estilo de ajuste que você decidir, há vários fatores a serem considerados ao fazer a seleção adequada.
Neste artigo teremos como objetivo discutir e estressar melhor os seguintes tópicos:
• Seleção do tipo de rosca de conexão correto para sua aplicação
• Dimensionando a conexão correta para seus requisitos de vazão
• Compreender o efeito das conexões e adaptadores na eficiência
Seleção do tipo de rosca de conexão
Utilizar o acrônimo STAMP – Size, Temperature, Application, Media e Pressure é provavelmente o melhor lugar para começar, muito embora mesmo seja bastante utilizado para seleção de mangueiras. Afinal, selecionar as conexões e tubos adequados para uma determinada situação é uma parte importante do projeto do sistema e o STAMP é uma ferramenta fácil para orientá-lo nesse processo.
Size:
O diâmetro externo (OD) do tubo e a espessura da parede devem ser considerados com base no estilo de conexão. Com a maioria dos tipos de conexão, existem limitações em relação à espessura da parede do tubo. A conexão tipo alargamento, por exemplo, terá uma limitação máxima da parede do tubo. Por outro lado, as conexões do tipo mordida sem flange de 24 ° tenderiam a ter uma limitação na espessura mínima da parede do tubo. A seleção adequada do diâmetro externo do tubo e da espessura da parede depende de outros fatores, como; pressão do sistema, taxa de fluxo e ambiente de serviço.
Temperatura:
A faixa de temperatura operacional para conexões de tubos depende do tipo de material, revestimento e tipo de vedação, se aplicável. Normalmente, os retentores O-ring adicionam confiabilidade sem vazamentos às conexões de encaixe, mas dependendo da temperatura de sua aplicação, pode ser necessário um vedante de metal com metal. Agora existem vedações de metal disponíveis para conexões do tipo de vedação de face de anel O e também para O-rings SAE pórticos. A tabela a seguir contém faixas de temperatura para os materiais de conexão e vedações mais comuns.
Aplicação:
O ambiente do sistema também influencia o design e a seleção de todos os tipos de acessórios. Os revestimentos de proteção geralmente são aplicados a acessórios de aço para estender sua vida útil em ambientes corrosivos. O acabamento mais comum para acessórios de aço é o zinco galvanizado. O zinco corroerá sacrificialmente, protegendo o metal de base de aço da ferrugem normal devido à presença de oxigênio, umidade e gases ácidos. Para ambientes altamente corrosivos, o aço inoxidável ou o material de latão podem ser uma opção viável. Além disso, o revestimento especial para conexões de aço, como zinco-níquel, pode ser mais tolerante a fertilizantes, sal e algumas aplicações de detergentes.
Meios de comunicação:
O tipo de fluido sendo transportado ou em contato imediato com as conexões é outro fator importante que deve ser considerado ao selecionar a conexão e o material de vedação. A Tabela de compatibilidade de fluidos abaixo (do fabricnte Parker) pode ser usada como um guia. Click aqui para donwload da tabela.Fluid Compatibility Chart
Pressão:
Os sistemas hidráulicos podem ser classificados como dinâmicos ou estáticos. Os sistemas estáticos estão livres de picos de pressão, choques e vibrações e não excedem 30.000 ciclos de operação. Por causa disso, os sistemas estáticos normalmente podem operar em um fator de design 3: 1.
Os sistemas dinâmicos são muito mais comuns e geralmente considerados como capazes de resistir a um mínimo de 1 milhão de ciclos operacionais sem falha. A classificação de pressão dinâmica da conexão deve ser igual ou superior à pressão do sistema. As conexões do tubo são normalmente avaliadas com base em um fator de design 4: 1. O fator de projeto é geralmente aplicado como uma proporção da resistência final do material em relação à classificação de pressão dinâmica da conexão. O fator de design 4: 1 aplica-se a condições operacionais “normais”, com choques mecânicos e hidráulicos moderados.
Para condições operacionais mais severas, um fator de projeto mais alto deve ser levado em consideração ou um “Fator de redução” deve ser aplicado diretamente à classificação de pressão dinâmica da conexão. A tabela a seguir exibe o “Fator de redução” para três diferentes condições de severidade de serviço: Normal, Grave e Perigoso.
Exemplo de redução da pressão dinâmica declarada de uma conexão:
Classificação de pressão dinâmica da conexão = 5000 psi
Gravidade do serviço: B (choque hidráulico grave e tensão mecânica)
Fator de design para gravidade “B” de serviço = 6: 1
Fator de redução para fator de design de 6 = 0,67
Pressão reduzida = 5000 psi X 0,67 = 3350 psi
Cuidado: Aplicações nas quais falhas podem resultar em morte, ferimentos pessoais ou danos à propriedade devem ter um fator de design mais alto aplicado.
Dentre as mais diversas opções de conexões disponiveis no mercado, podemos destacar e melhor enfatizar as seguintes:
JIC 37 ‘Flares: A conexão Joint Industrial Conference (JIC) é o estilo de conexão hidráulica mais comum. Consiste em roscas paralelas e um cone de 37 ‘na extremidade da conexão que se conecta a um tubo alargado ou conexão de mangueira.
O-Ring Face Seals: as conexões de vedação de face de anel de vedação têm superfícies de vedação planas que contêm uma vedação embutida, que se encaixa em tubos flangeados ou conexões de mangueira. As superfícies de vedação planas reduzem o risco de torque excessivo e a vedação capturada evita vazamentos.
Compressão em polegadas (Inch Compression): O encaixe de compressão em polegadas é um encaixe do tipo mordida para tubos hidráulicos e existem ligações de mangueira muito limitadas para este estilo. Esta conexão pode ser montada em tubulação rígida hidráulica no campo com o mínimo de ferramentas necessárias.
Conexões NPT: as roscas para tubos NPT são suas tradicionais conexões de rosca cônica e têm sido usadas por 100 anos. Eles estão disponíveis em ferro preto de baixa pressão e latão e aço de alta pressão e inoxidável. Este estilo de conexão é usado em sistemas pneumáticos e de processo e sistemas hidráulicos de baixa pressão.
DIN Metric 24 ‘Bite Type: Este é o estilo de conexão hidráulica mais comum na Europa. Como tal, existe uma linha completa de acessórios para mangueiras para este estilo e podem ser usados com tubos de tamanho métrico. As versões mais recentes deste estilo de conexão incorporam uma vedação elastomérica capturada na superfície de contato, proporcionando melhor vedação e reutilização.
Conexão BSPP: Normas técnicas British Standard Pipe (BSP) para roscas de parafuso que foram adotadas internacionalmente para interconectar e vedar tubos e conexões, combinando uma rosca externa (macho) com uma rosca interna (fêmea). Foi adotado como padrão em encanamentos e conexões de tubos, exceto na América do Norte, onde NPT e roscas relacionadas são usados.
Após termos dado esse detalhamento sobre as conexões, agora a pergunta que fica é a seguinte.
Qual tipo de conexão é o melhor?
Não use conexões NPT para aplicações de hidráulica industrial. As únicas aplicações ainda comum em sistema hidráulica para esse tipo que conexão são em conexões “passa painel – bulkhead fittings” e linhas de retorno ou dreno.
Utilize apenas conexões de roscas paralelas, especialmente aquelas com vedações macias.
A vedação positiva ocorre com um O-ring com suporte, ou seja, sem vazamentos
Roscas cônicas vedam através da deformação da rosca macho e fêmea. A vedação não positiva sempre fornece o potencial de vazamento.
Qual conexão é BSPT e qual é NPT?
Consulte o gráfico para identificar a forma e o tamanho da rosca.
Dimensionando a conexão correta para seus requisitos de vazão
Como já sabemos, uma conexão hidráulica incompatível é uma maneira segura de causar vazamentos de fluido e falhas no sistema. Mesmo que uma conexão ter o tamanho certo e aparentemente se prenda à metade correspondente do componente, ela pode (e provavelmente irá) falhar se não for do tamanho certo. Todas as conexões devem ser dimensionadas adequadamente para não criar queda de pressão, o que reduz a energia disponível para realizar o trabalho.
A boa notícia é que garantir que a conexão hidráulica correta seja usada como substituição é uma ciência que os distribuidores de conexões hidráulicas estudaram e aperfeiçoaram. Tudo se resume a comprimento, diâmetro, bitola e ângulo.
Quando o fluido de uma determinada força e velocidade encontra resistência, a energia é reduzida.
A queda de pressão é baseada no diâmetro e comprimento da restrição.
Imagem com demonstracao de queda de pressão em curvas e conexões.
A queda de pressão máxima permitida das conexões depende de onde estão as conexões no circuito.
Uma ferramenta muito útil para definição do tamanho adequado da conexão de acordo com o tipo de linha no circuito é o Namográfico.
Exemplo de linha imaginária criada para executar a leitura do tamanho adequado da conexão hidráulica á ser utilizada no circuito.
A queda de pressão através dos cotovelos e tês deve fatorar o diâmetro, a taxa de fluxo, o raio de curvatura, o acabamento da superfície e o número de Reynolds.
Diâmetro e taxa de fluxo. Taxa de fluxo da linha de retorno de 1 ”.
Raio e acabamento superficial.
Número de Reynolds (qualidade do fluxo).
Compreender o efeito das conexões e adaptadores na eficiência
• • Substitua o ninho de ratos por manifolds, sempre que possível.
• • Utilize tubulação hidráulica em vez de conexões, acessórios e joelhos.
• Evite conexões que criam fluxo turbulento. Use conexões com ID (diâmetro interno) contínuo.
• Sempre utilize “quick connectors” com dimensionado para uma vazão superior a do tamanho da tubulação. Esse tipo de acessório cria contrapressão de forma intrínseca ao funciona do mesmo e assim sendo, caso seja adotado um “quick connector” do mesmo tamanho da tubulação, ele irá aumentar a resistência interna do circuito, criando assim contrapressão e diminuindo a eficiência energética.
Dicas de Design
• • Use apenas tecnologia de vedação suave para conexões permanentes.
• Use acessórios flared / JIC para conexões removíveis ou “quick connecors” superdimensionados.
• Preste atenção à qualidade das conexões, e escolha aquelas com a menor queda de pressão.
• Use o mínimo de conexões possível.
