The Basics of Compression Fittings

Introduction to Compression Fittings

Ajustes de compressão são um dos métodos mais comuns e versáteis de ligação de tubos de metal ou plástico duro. Particularmente úteis pelas suas capacidades extremas de temperatura e pressão, e pela sua compatibilidade com fluidos agressivos, os acessórios de compressão podem ser vistos em sistemas que variam desde linhas de gás em refinarias, até à canalização debaixo do seu lava-loiça.

Ajustes de compressão miniatura encontram-se em aplicações que vão desde a cromatografia e instrumentos de detecção de bombas, a dispositivos médicos e impressão a jacto de tinta. Quer se trate do aquecedor de água em sua casa ou de um tubo de transporte de produtos químicos perigosos, todas as aplicações de juntas de compressão têm várias características em comum: requerem uma montagem fácil, longa duração, e absolutamente sem fugas.

Conjuntos de juntas de compressão variam na concepção de fabricante para fabricante, mas são todos compostos pelos mesmos três elementos básicos: uma porca ou parafuso de compressão, uma ou mais férulas, e um corpo de junta de compressão. O princípio de funcionamento de cada componente também permanece mais ou menos o mesmo entre desenhos: a tubagem é inserida na extremidade da junta, e a porca/porca é apertada, forçando a(s) virola(s) no corpo da junta. medida que a(s) virola(s) se move(m) axialmente para dentro do corpo de encaixe, a forma angular do corpo comprime radialmente a extremidade da virola sobre o diâmetro exterior da tubagem. É esta compressão radial que cria a vedação estanque entre a junta, a ponteira e a tubagem, e dá o seu nome à junta de compressão.

O sucesso das juntas de compressão numa determinada aplicação pode depender de vários factores. Os principais entre estes são a concepção da junta e da anilha, a selecção da tubagem, e o procedimento de instalação.

Ferrules

A anilha é o componente primário de vedação de um conjunto de junta de compressão, e podem ser encontrados numa grande variedade de materiais que vão desde o aço inoxidável até à grafite. A maioria das férulas no mercado, no entanto, são fabricadas a partir de metais. As férulas metálicas são atractivas porque são estáveis numa vasta gama de temperaturas, e podem suportar cargas compressivas sem relaxar. Tipicamente, os vedantes metal-metal são considerados propensos a fugas (por exemplo, as roscas de tubos metálicos são frequentemente reforçadas com fita adesiva para tubos). No entanto, as férulas são especificamente concebidas para criar uma vedação ideal tanto contra a tubagem como contra o corpo de encaixe. Alguns dos factores chave do desenho da anilha de vedação incluem:

Ferrule Shape

A forma da anilha e o ângulo de acoplamento do corpo de encaixe são factores críticos na fiabilidade de um selo de compressão. Ambos os componentes devem ser afilados de forma a permitir que a ponteira comprima adequadamente à medida que a porca é apertada, mantendo o alinhamento axial com a tubagem. Além disso, os ângulos relativos da ponteira e do corpo de encaixe determinarão quanto movimento linear é convertido em compressão radial, e que nível de contacto (“contacto de linha” ou “contacto de superfície”) é feito com a tubagem. Uma compressão uniforme, de “contacto de linha” em torno de toda a circunferência da virola, criará a vedação mais fiável. Para este fim, é também importante que a ponteira tenha uma aresta afiada para a frente.

Um pedaço vs. Duas peças de moldeira

Ferramentas de compressão mais básicas contêm uma única ponteira. Os modelos com uma única ponteira minimizam o número total de componentes, e funcionam de forma fiável quando fabricados a partir de materiais mais macios (plástico ou latão, por exemplo). No entanto, com materiais mais duros como o aço, o torque é muitas vezes transferido da porca de compressão para a ponteira à medida que a porca é apertada. A rotação resultante pode fazer com que a ponteira comprima assimetricamente, ou se desloque ao longo do tempo devido ao torque residual. Nos aços inoxidáveis, a rotação da virola pode também produzir irritação e causar fugas permanentes. A adição de uma anilha traseira de rotação livre pode desacoplar a porca da anilha dianteira, impedindo a transferência do torque.

Férulas assimétricas vs. Simétricas

Férulas de uma peça estão frequentemente disponíveis como assimétricas ou simétricas. Ambas as versões são simétricas radialmente a fim de selar uniformemente em torno do OD da tubagem. Em vez disso, a simetria/asimetria refere-se à orientação no que diz respeito à porca.

Uma virola assimétrica tem forma de cone, e só pode ser colocada no corpo de encaixe numa direcção (geralmente com a ponta do cone virada para o corpo de encaixe). As virolas simétricas parecem dois cones costas com costas, e podem ser colocadas no corpo de encaixe em qualquer direcção. Isto aumenta a facilidade de montagem em aplicações onde muitos acessórios são utilizados, e o tempo de montagem é crítico.

O lado negativo das férulas simétricas, é que são mais susceptíveis de se deslocarem para fora do eixo em relação à tubagem, criando ligeiras fugas. Isto é especialmente verdade quando usado em conjunto com tubos de plástico duro. Por este motivo, as férulas assimétricas são geralmente preferidas para aplicações de alta tecnologia. As férulas assimétricas também permitem desenhos de duas peças de virola, como descrito acima.

Tubagem

Ajustes de compressão são mais comummente utilizados com tubos duros porque a parede do tubo deve ser suficientemente rígida para resistir às forças de compressão aplicadas pela virola. As escolhas comuns incluem tubos metálicos (tais como aço inoxidável ou cobre) e tubos de plástico rígido (tais como PEEK, nylon, Teflon®, Kynar®, ou polietileno).

O uso de tubos mais macios (tais como poliuretano ou vinil) não é normalmente recomendado com acessórios de estilo de compressão porque a parede do tubo é susceptível de colapsar, ou afastar-se da virola. Isto nega o poder de retenção da virola, e pode também impedir que a virola faça uma vedação estanque em torno do diâmetro total da tubagem. Se houver um problema particular de desenho (por exemplo, um raio de curvatura apertado) que exija uma tubagem mais macia, é importante reforçar a parede da tubagem. Alguns fabricantes oferecem inserções de tubagem para este fim. A inserção da tubagem, geralmente feita de metal, é pressionada na tubagem macia, e suporta a parede da tubagem para que esta não caia à medida que a ponteira é comprimida.

As características físicas e químicas de vários materiais de tubos devem ser tidas em consideração na escolha da melhor tubagem para uma dada aplicação. É boa prática procurar apoio técnico de um fornecedor de tubagem quando se trabalha num novo desenho. Os factores-chave incluem: extremos de pressão e temperatura, condições ambientais, condições de vibração, compatibilidade de fluidos, e raio mínimo de curvatura. Para além destas considerações gerais, há vários factores mais específicos a considerar no que diz respeito a conjuntos de encaixe de compressão, tais como:

Teflon (PTFE) Tubagem

TFE a tubagem é uma escolha popular de material para tubagem porque é resistente à maioria dos produtos químicos, manuseia relativamente alta pressão, é de baixa emissão de gases, e é mais flexível do que a tubagem metálica. Um factor chave de concepção quando se utiliza este tipo de tubagem é a sua tendência para “fluxo frio”, ou deformação a partir de uma carga compressiva. Isto pode causar fugas ao longo do tempo, à medida que a parede da tubagem começa a afastar-se (fluxo frio) da virola. O problema do fluxo frio é exacerbado quando a tubagem é exposta a temperaturas elevadas, e pode ocorrer mesmo quando os acessórios estão devidamente instalados e inicialmente sem fugas.

Uma solução para este problema comum é a incorporação de um selo redundante, tal como um anel o-ring interno, no corpo do acessório. Este elemento de vedação secundário faz uma vedação radial contra o diâmetro exterior da tubagem, independente da vedação criada pela ponteira. Esta é uma abordagem de concepção de “cinto e suspensórios”, mas provou ser altamente eficaz na resolução do problema das fugas de fluxo frio.

Tubo metálico

A forma como o tubo metálico é produzido pode ter um efeito significativo no seu desempenho com acessórios de compressão. A tubagem deve ser lisa e livre de rugosidades ou linhas de extrusão que possam criar um caminho de fuga para além da ponteira. Além disso, os tubos que foram armazenados em bobinas podem frequentemente ter um diâmetro assimétrico, impedindo mesmo a compressão. Enquanto uma junta elastomérica pode deformar-se para corresponder a estas ligeiras variações, a junta metal-metal de uma junta de compressão é menos tolerante. É também importante que a extremidade de cada secção seja cortada de forma quadrada, para permitir que a tubagem se situe simetricamente no corpo da junta.

Instalação

Instruções de instalação das juntas de compressão variam dependendo do fabricante e do desenho específico da junta. Deve-se ter o cuidado de seguir os procedimentos de montagem recomendados pelo fabricante. No entanto, existem vários elementos comuns ao procedimento de instalação para quase todas as juntas de compressão:

Distância vs. Torque

Tipicamente o procedimento para apertar uma junta de compressão é especificado utilizando a rotação da porca como métrica de chave, em vez do torque. As porcas de compressão são roscadas, o que significa que o número de rotações da porca está directamente correlacionado com a compressão linear da anilha, com base no passo da rosca. O torque, por outro lado, pode variar muito, dependendo do material de encaixe e da virola, lubrificação, grau de gripagem (para encaixes inoxidáveis), e outros factores.

Mais apertado não é “Melhor”
Muitas vezes ao montar encaixes, os montadores e engenheiros assumem que “mais apertado é melhor”. Isto não se aplica aos acessórios de compressão. Tal como descrito na secção “Ferrules” acima, a vedação ideal é criada por um contacto de linha entre a ferrugem e a tubagem. Um aperto insuficiente da porca de compressão não deformará a ponteira o suficiente para criar este contacto, mas um aperto excessivo deformará demasiado a ponteira, criando um contacto de superfície. Um contacto de superfície enfraquece a vedação e resulta frequentemente em fugas

Desmontagem e Re-montagem
A facilidade de montagem e desmontagem é uma das razões pelas quais os acessórios de compressão são tão amplamente utilizados. A desmontagem consiste simplesmente em soltar a porca de compressão ou o parafuso. A remontagem pode ser realizada de forma semelhante à montagem inicial, embora tipicamente sejam necessárias menos voltas da porca, uma vez que a ponteira já está enfiada na tubagem. É importante notar, contudo, que os acessórios de compressão só podem ser desmontados e remontados algumas vezes antes da substituição das anilhas e/ou do corpo do acessório, para assegurar uma vedação estanque.

p>Misturas e Componentes de Ligação
Even se os componentes de dois fabricantes diferentes parecerem semelhantes externamente, muitas vezes diferirão em dimensões internas chave, tais como a anilha cónica, o comprimento da anilha, o tamanho e o passo da rosca. Misturar e combinar componentes de diferentes fabricantes, portanto, pode fornecer resultados variáveis na melhor das hipóteses, e não é normalmente recomendado.

Aplicações

Ajustes de compressão são frequentemente seleccionados por razões que vão além da simples selagem sem fugas e da facilidade de utilização. Em muitas aplicações, pressões e temperaturas elevadas requerem o uso de tubos duros, o que é incompatível com muitos outros tipos de acessórios. Noutras aplicações, tais como instrumentos de laboratório, as preocupações com a contaminação tornam a esterilidade e as baixas propriedades de out-gassing dos tubos de aço inoxidável e dos acessórios de compressão atraentes. Existem também aplicações mais especializadas; os acessórios de compressão modificados podem ser a forma perfeita de adicionar um termopar a um sistema pressurizado de modo a obter mais dados de processo.

p>algumas considerações específicas da aplicação incluem:p>Aplicações de alta pressão
Os acessórios de compressão são a escolha perfeita para aplicações de alta pressão. Em combinação com um material de tubagem de alta pressão como o aço, os grandes acessórios de compressão podem frequentemente ser utilizados a pressões superiores a 10.000 psig. As pressões nominais diminuem no reino das miniaturas devido a dimensões mais compactas, mas os acessórios de compressão em aço inoxidável da Beswick, por exemplo, ainda são classificados para 3.000 – 5.000 psig, dependendo do modelo. Isto é mais do que suficiente para ser utilizado em aplicações com CO2 engarrafado a alta pressão, em células de combustível de hidrogénio, em aplicações aeroespaciais, e mais.

A chave para utilizar acessórios de compressão a alta pressão, especialmente com gases, é a integridade da junta de ferrolho. Enquanto que designs mais básicos (uma peça de virola ou virola sem tratamento térmico, por exemplo) podem ser suficientes a pressões mais baixas, as aplicações de alta pressão requerem componentes robustos que criem um selo mais fiável.

Aplicações de alta pureza
Muitas aplicações em indústrias como médicas, semicondutoras, e instrumentação, requerem que todos os componentes sejam tão inertes e livres de contaminação quanto possível. Os acessórios de compressão facilitam muito estas aplicações. A utilização de tubos feitos de aço inoxidável ou plástico inerte (PTFE, por exemplo), permite aos engenheiros evitar contaminantes gerados por materiais de tubos com elevado teor de gases de escape. Além disso, as porcas de compressão e as férulas são frequentemente todas metálicas, e podem ser autoclavadas, limpas, ou esterilizadas mais facilmente do que os acessórios contendo plásticos ou elastómeros internos.

Um factor a ter em conta nestas aplicações de alta pureza é a gripagem. A gripagem nos acessórios de compressão pode ocorrer entre os fios da porca e do corpo, ou entre o corpo e a ponteira. A gripagem é tipicamente mais prevalente quando os acessórios foram submetidos a uma limpeza extrema, o que remove todos os óleos residuais. Os casos ligeiros de gripagem podem aparecer como pequenas raspas ou entalhes, enquanto os casos mais graves podem deixar os componentes presos uns aos outros, ou retirar as roscas de um corpo de encaixe.

É crucial nestas aplicações que sejam utilizadas férulas concebidas para resistir à gripagem. Também pode ser útil a utilização de um lubrificante volátil como o álcool isopropílico, para lubrificar temporariamente as superfícies de acoplamento enquanto a porca de compressão é apertada. O álcool lubrificará as superfícies de aço inoxidável durante a montagem, e depois evaporará completamente, não deixando resíduos ou contaminantes para trás.

Conclusão

Ajuntas de compressão são amplamente utilizadas em várias indústrias, e podem ser uma vantagem em quase todas as concepções de potência de fluidos. Entre as suas muitas vantagens encontram-se a capacidade de ligação a tubos metálicos e de plástico duro, altas classificações de pressão e temperatura, resistência à corrosão e facilidade de ligação. Embora também existam muitos desafios associados aos acessórios de compressão, existem “truques do ofício” que podem ajudar a assegurar um design bem sucedido. Não há duas aplicações exactamente iguais! Para saber mais sobre acessórios de compressão, ou para determinar se os acessórios de compressão são a escolha certa para o seu projecto, contacte um Engenheiro de Aplicações Beswick.