Torque de Aperto em Estojos de Flanges Industriais
Cálculo, fator K e tabelas ASME B16.5 — procedimento conforme ASME PCC-1
O correto aperto dos estojos é um dos fatores mais críticos para a vedação de uma junta flangeada. Estudos de campo mostram que a grande maioria dos vazamentos em flanges industriais ocorre por erros na instalação — aperto insuficiente, falta de lubrificação ou sequência incorreta. Este artigo apresenta a metodologia de cálculo do torque de aperto para estojos em flanges ASME B16.5, as tabelas de referência e o procedimento de instalação conforme a norma ASME PCC-1.
Para torque em parafusos estruturais gerais (Grau 2, 5, 8, UNC/UNF), veja Torque de Aperto em Fixadores.
Por que o Cálculo de Torque em Flanges é Diferente
Em parafusos estruturais, o torque parte da resistência mecânica do fixador (prova de carga). Em flanges industriais, o ponto de partida é o projeto da junta: a tensão de instalação do estojo precisa ser suficiente para esmagar e vedar a junta, resistir à força de separação dos flanges pela pressão interna e manter carga residual após o relaxamento.
A norma ASME PCC-1-2013 é a referência para instalação de juntas em tubulações e vasos de pressão. Ela define procedimentos de cálculo, lubrificação, sequência de aperto e qualificação de montadores.
Fórmula de Cálculo do Torque
O torque de aperto dos estojos é calculado pela equação:
T = Torque de aperto (kgf·m ou N·m)
k = Fator de aperto (adimensional)
Fp = Força de aperto do estojo (kgf ou N)
d = Diâmetro nominal do estojo (m)
A força de aperto Fp é obtida multiplicando a área resistiva do estojo pela tensão de instalação definida no cálculo da junta (ASME Seção VIII ou ASME PCC-1):
Ab = Área da raiz da rosca do estojo (pol² ou mm²)
Sbsel = Tensão de instalação selecionada (psi ou MPa)
Exemplo prático
Estojo de 1⅛" com tensão de instalação de 63.450 psi:
- Área da raiz (Tabela 1): Ab = 0,7276 pol²
- Fp = 0,7276 × 63.450 = 46.166 lbf = 20.940 kgf
- Com k = 0,20: T = 0,20 × 20.940 × (1,125 × 0,0254) = 120 kgf·m
Fator de Aperto k — Papel da Lubrificação
O fator k expressa a eficiência da conversão de torque em força de aperto. Estudos mostram que até 80% do torque pode ser perdido em estojos corroídos e sem lubrificação.
| Condição do Estojo | Fator k | Referência |
|---|---|---|
| Aço liga lubrificado (uso geral) | 0,20 | ASME PCC-1-2013 |
| Revestido com PTFE | 0,15 | ASME PCC-1-2013 |
| Lubrificante à base de MoS₂ | 0,15 | ASME PCC-1-2013 |
| Aço liga seco, sem lubrificação | 0,20 a 0,30 | Referência de campo |
| Corroído, sem lubrificação | acima de 0,30 | Referência de campo |
Áreas Resistivas dos Estojos — Imperial e Métrico
Para calcular a força de aperto Fp = Ab × Sbsel, utilize a área da raiz do estojo. A área de tensão serve para verificação da tensão nominal aplicada. Rosca 8UN para diâmetros ≥ 1" polegada.
Estojos imperiais (½" a 4") e métricos (M14 a M100) — área da raiz e área de tensão:
Tabelas de Torque — Flanges ASME B16.5 Classes 150 a 600 psi
Valores calculados para estojos ASTM A193 B7 lubrificados, fator k = 0,20 (ASME PCC-1-2013), com arruelas temperadas ASTM F436. Juntas de papelão hidráulico, Tealon ou espirais Metalflex 913/913M, salvo indicação na aba da classe 400.
Torque de aperto por NPS e diâmetro de estojo — Classes 150, 300, 400 e 600 psi:
Dimensional de Estojos ASME B16.5 — Comprimento, Quantidade e Chave
Além do torque, o técnico de montagem precisa saber o diâmetro, comprimento (RF ou RTJ), abertura de chave e quantidade de estojos por conjunto de flange. Esses dados estão na tabela dimensional conforme ASME B16.5, disponível abaixo por classe de pressão.
Tabela dimensional completa de estojos ASME B16.5 — diâmetro, comprimento RF/RTJ, abertura de chave e quantidade por flange:
Classes de pressão (psi): 150 · 300 · 400 · 600 · 900 · 1500 · 2500 — NPS ½" a 24"
Ferramentas para Aplicação do Aperto
| Ferramenta | Indicação | Observações |
|---|---|---|
| Torquímetro manual | Estojos de pequeno diâmetro | Fácil manuseio e boa precisão. Calibrar periodicamente. |
| Torquímetro hidráulico | Médio e grande diâmetro | Método mais usado para alto torque. Exige operador treinado. |
| Torquímetro pneumático | Produção em série | Mais rápido que o hidráulico. Não confundir com parafusadeiras pneumáticas comuns. |
| Tensionador hidráulico | Grande diâmetro e alta pressão | Estira o estojo sem girar a porca, eliminando a incerteza do atrito. Permite fechamento paralelo. |
Procedimento de Instalação — Método Cruzado (ASME PCC-1)
O método de aperto cruzado em múltiplos passes garante distribuição uniforme de carga e evita empenamento dos flanges.
Antes de iniciar
- Confirme que a junta é do tipo e material corretos
- Verifique alinhamento dos flanges: centralização ≤ 1,5 mm, paralelismo ≤ 0,8 mm, alinhamento de furos ≤ 3 mm
- Aplique lubrificante em abundância na rosca e nas superfícies de apoio de porcas e arruelas — sem contaminar a junta
- Numere os estojos com "marca-tudo" seguindo a sequência cruzada
Sequência de aperto
- Passe 0 — Manual: aperte todas as porcas à mão em sequência cruzada. Estojos devem ultrapassar as porcas em pelo menos 2 fios. Força máxima: 10% do torque final.
- Passe 1 — 30% do torque final em sequência numerada. Verifique paralelismo.
- Passe 2 — 70% do torque final em sequência numerada. Verifique paralelismo.
- Passe 3 — 100% do torque final em sequência numerada. Verifique paralelismo.
- Passe 4 — 100% em sequência circular até todas as porcas pararem de girar.
Para o procedimento completo — incluindo limpeza, inspeção da face do flange, tolerâncias de alinhamento e diagrama interativo da sequência cruzada para 4, 8, 12 e 16 estojos — consulte o artigo Procedimento de Instalação de Juntas em Flanges.
Relaxamento e Reaperto na Partida
Após a instalação, a força de aperto se reduz gradualmente pelo relaxamento. As principais causas são:
- Deformação plástica da junta ao preencher irregularidades dos flanges
- Acomodação da rosca (perda de 5 a 10% da tensão inicial)
- Alta temperatura — creep do material dos estojos
- Vibração — pode causar perda total do aperto
- Ciclo térmico — dilatações e contrações acumulativas em partidas e paradas
A ASME PCC-1-2013 recomenda reaperto na partida: quando a temperatura dos flanges atingir entre 150 °C e 230 °C, ou dentro de 24 horas após a partida se a temperatura for abaixo de 150 °C.
O checklist completo de campo — incluindo os critérios de reaperto na partida e pós-instalação — está disponível no artigo Procedimento de Instalação de Juntas em Flanges.
Principais Causas de Vazamento em Flanges
- Aperto insuficiente — torque sem controle, falta de lubrificação ou estojos inadequados
- Aperto excessivo — esmaga ou extruda a junta, especialmente em flanges de pequeno diâmetro
- Falta de lubrificação — até 80% do torque pode ser consumido pelo atrito, resultando em pré-carga muito abaixo do calculado
- Junta descentralizada — esmagamento concentrado em um lado deixa o outro sem vedação
- Acabamento inadequado do flange — rugosidade fora do especificado ou defeitos radiais
- Comprimento de estojo insuficiente — deve ultrapassar a porca em pelo menos 2 fios após o aperto final
- Número incorreto de estojos — menos estojos que o especificado para o flange
Referências
- Veiga, J. C. — Juntas Industriais, 8ª ed., Teadit, 2019
- ASME PCC-1-2013 — Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly
- ASME B16.5 — Pipe Flanges and Flanged Fittings
- ASTM A193 / A194 — Materiais para estojos e porcas de alta resistência
- ASTM F436 — Arruelas estruturais de aço temperado
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