Em processos industriais, fluidos são transportados de um ponto a outro no sistema por meio de tubulações.
A palavra fluido, que se refere a uma matéria líquida ou gasosa, tem seus estados físicos variando de acordo com o valor das variáveis, como temperatura e pressão.
Consequentemente, espera-se que tubulações de caldeiras, trocadores de calor e dutos de grandes dimensões sofram constantemente com variações de temperatura, pressão e cargas mecânicas, o que pode gerar deformações indesejadas.
É nesse contexto que a dilatação térmica pode vir a ser um problema, que devem ser utilizados apetrechos como as juntas de expansão, componentes projetados para absorver deslocamentos e compensar dilatações térmicas.
Vamos entender um pouco melhor sobre esses dispositivos fundamentais em sistemas que utilizam fluido em seus processos?
O que são juntas de expansão
Para resolver diversos problemas na estrutura de transporte de fluido relacionados à montagem da tubulação, seja por movimentos, vibrações e dilatações indesejáveis, foi criada a junta de expansão.
Este elemento se trata de um dispositivo mecânico formado por um elemento flexível (normalmente um fole metálico, de borracha ou de materiais compostos) que permite que a junta se deforme de maneira controlada, compensando deslocamentos axiais (no sentido do comprimento da tubulação), laterais (desvios para os lados) e angulares (rotação entre conexões).
Quando as juntas de expansão são recomendadas?
Inegavelmente, as juntas de expansão exercem um papel fundamental na integridade de sistemas que envolvem condução de fluido ou gases em diferentes condições de operação.
Isso ocorre porque ocorre a transferência de calor do fluido para o material que o envolve, principalmente por meio da convecção.
Essa transferência de calor leva então à dilatação das tubulações, que por sua vez saem das posições pré configuradas.
Em outras palavras, isso pode promover deslocamentos axiais, laterais e angulares em trechos das tubulações, fazendo com que forças sejam geradas em tubulações e conexões, implicando em vibrações, rupturas, trincas ou desalinhamentos.
Por isso, as juntas de expansão são comumente encontradas/aplicadas entre pontos de fixação de tubulações.
Mas, para entender melhor sobre as recomendações de aplicação das juntas de expansão, destrinchamos cada detalhe que exige o seu uso.
1. Compensação de dilatação térmica
Como foi dito, um dos motivos mais comuns para a instalação de juntas de expansão é a variação de temperatura em tubulações e equipamentos.
Como se sabe, materiais submetidos a aquecimento ou resfriamento podem sofrer dilatação e contração térmica, gerando esforços internos significativos que interferem na posição ideal do sistema.
Então, em uma tubulação metálica de 100 metros, uma variação de apenas 100 °C pode gerar um aumento de vários centímetros em seu comprimento — calcule teoricamente utilizando uma barra de aço inox para avaliar.
As tensões mecânicas elevadas nos suportes e conexões aumentam o risco de falhas. Por isso, sempre que a variação da temperatura do fluido for relevante, considere utilizar juntas de expansão para estabilizar o sistema.
2. Absorção de vibrações mecânicas e choques hidráulicos
As tubulações podem sofrer vibrações em condições normais. Afinal de contas, bombas, compressores, motores acoplados e o choque do fluido nas curvas e outras conexões, bem como em válvulas que restringem a do fluido, podem provocar tal ocorrência.
Neste caso, as juntas de expansão atuam como um elemento amortecedor, reduzindo a propagação dessas vibrações para as demais partes da instalação.
Desta forma, você obtém a proteção de flanges dos esforços dinâmicos, redução de ruído estrutural e maior durabilidade dos equipamentos conectados.
Outro caso é o golpe de ariete ou variações de pressão busca, que ocorre em válvulas de fechamento rápido. Embora não substituam válvulas redutoras de golpe, as juntas de expansão são boas auxiliadas na absorção de parte da energia dos choques.
3. Correção de desalinhamentos
Na prática, é comum que o processo de montagem de tubulações apresenta pequenos desalinhamentos entre trechos ou conexões.
Ainda que os tubos utilizados sejam de boa qualidade, as soldas entre trechos implicam em perda de concentricidade, entre diversos outros fatores tornam os posicionamentos coerentes com as condições reais e não as ideais.
Nesse cenário, as juntas de expansão podem compensar desvios angulares ou laterais, facilitando o ajuste entre componentes e reduzindo tensões indevidas.
Mas, tenha atenção e não se acomode! As juntas de expansão não devem substituir uma instalação bem projetada, mas são recomendadas quando for necessário corrigir tolerâncias geométricas inevitáveis.
4. Redução de esforços em suportes e estruturas
Em diversas representações teóricas, as tubulações são apresentadas “flutuando” em diagramas, mas é claro que isso não ocorre na prática.
As tubulações são fixadas em suportes, estruturas metálicas ou concreto, que estão sujeitas a transmitir esforços adicionais quando dilatam ou vibram.
Muitas vezes isso implica em fissuras nas bases, soltura de ancoragens ou até deslocamento da estrutura de apoio.
As juntas de expansão, ao absorver parte desse movimento, diminuem a carga transferida para os suportes. Isso é um feito e tanto, seja para a vida útil da tubulação ou para a infraestrutura de fixação.
Portanto, dê atenção àqueles sistemas extensos, como redes de vapor, ar comprimido ou água gelada, em que os pontos de fixação precisam ser protegidos.
5. Aplicações em altas pressões e temperaturas
Refinarias, usinas termelétricas, plantas químicas, entre outras que têm exigências extremas para tubulações de processos industriais — avalie a temperatura e a pressão do fluido em determinados pontos do sistema.
Muitas vezes, as variáveis são monitoradas a partir do ponto do sistema em que o fluido deve ter as determinadas condições para atender às exigências do processo, mas se esquece do resto — que pode comprometer todo o seu processo.
Nesses casos, a variação térmica e os esforços de operação são tão intensos que tornam obrigatória a presença de juntas de expansão.
Além disso, nesses ambientes, as juntas precisam ser dimensionadas e fabricadas com materiais específicos, como ligas metálicas especiais ou compósitos resistentes à corrosão, para suportar as condições severas de operação.
6. Compensação em sistemas de grandes dimensões
Não se engane achando que em projetos de longa extensão a variação da dilatação de uma tubulação vai ser pouca comparada à imensidão do sistema.
Em redes de distribuição de água, óleo ou vapor, as juntas de expansão tornam-se essenciais para setorizar e controlar os deslocamentos ao longo do sistema.
Sem esses dispositivos, a tubulação poderia sofrer deformações acumuladas que comprometem sua funcionalidade.
Em geral, recomenda-se instalar juntas a cada determinado trecho, de acordo com cálculos de dilatação e movimentação previstos no projeto. Para facilitar a sua vida, dedique a simulação mecânica a softwares que consideram a vazão e a transferência de calor em fluidos.
7. Facilitação de manutenção e montagem
Outro ponto relevante é a praticidade que as juntas de expansão proporcionam durante paradas de manutenção. Ao absorver movimentos e tolerâncias, elas permitem desmontagens mais rápidas e reduzem o risco de danificar flanges e conexões durante a instalação.
Conclusão
Nota-se que as juntas de expansão são recomendadas em diversas situações, mas todas elas têm um objetivo em comum: proteger o sistema contra deslocamentos indesejados, vibrações e esforços excessivos.
Portanto, tubulações submetidas a variações térmicas, em linhas de bombeamento com risco de choques hidráulicos ou em ambientes de alta agressividade, devem recorrer a esses dispositivos para garantir a segurança da operação.
