Parafuso em U e Abraçadeira de Tubo: Dimensionamento, Caminho da Carga e O que Incluir no Desenho

Um parafuso em U custa menos do que o frete para transportá-lo. Essa é a raiz da maioria dos problemas que ele causa.

Parece uma haste torta com duas porcas. Nada sugere engenharia. Então, é comprada como uma arruela. Pelo tamanho. Pela aparência. Pelo que foi usado no último projeto.

Então, os sulcos do tubo ficam onde a braçadeira estava encaixada. Ou a braçadeira afrouxa depois de uma temporada. Ou uma das pernas da mangueira racha na base da rosca, em uma linha que funcionou por dois anos sem problemas.

Este guia trata da especificação de um conjunto de parafuso em U e braçadeira para tubos para evitar que isso aconteça. Ele aborda as dimensões que realmente importam, o caminho de carga ao qual a peça pertence, os motivos pelos quais essas peças trincam, revestimentos resistentes às intempéries e a questão do aperto que ninguém anota.

O processo termina com os campos de desenho que tornam duas cotações comparáveis. Preencha-os e você estará comparando o mesmo produto. Deixe-os em branco e você estará comparando os preços de dois produtos diferentes.

Uma dica que vale a pena lembrar: a braçadeira mais barata é aquela que permite que o tubo se mova silenciosamente por dois anos.

Quatro partes, uma palavra de catálogo

"Braçadeira de tubo" abrange pelo menos quatro produtos com funções diferentes. Os compradores usam a expressão para todos eles. Os fornecedores cotam aquele que estiver mais próximo da porta.

Um parafuso em U simples é uma haste curvada com duas extremidades roscadas. Ele puxa o tubo contra um suporte. Um parafuso em U revestido de borracha é a mesma peça com um revestimento colado ou encaixado sobre a sela, de modo que o aço nunca entra em contato com o revestimento do tubo. Uma braçadeira de sela é um assento moldado com uma tira ou uma placa superior. Uma braçadeira de riser suporta tubos verticais prendendo-os abaixo de um flange ou colar de solda, e não está realmente segurando o tubo contra uma superfície.

Esses quatro não compartilham um caminho de carga, um modo de falha ou um preço. Escolher entre eles é a primeira decisão real na especificação e vem antes do tamanho.

Leia a terceira coluna novamente. Um parafuso em U serve para fixar o tubo, não para restringi-lo. Ele impede que o tubo se desprenda do suporte e oferece certa resistência ao deslizamento por atrito. Ele não ancora a tubulação contra a expansão térmica. Se o desenho exigir um ponto fixo, a peça é outra.

Essa distinção se perde na linguagem dos catálogos. Um comprador que procura um parafuso em U e uma braçadeira para fixar uma tubulação energizada muitas vezes precisa de uma sapata de ancoragem, um guia ou uma braçadeira de elevação. O parafuso em U acaba sendo instalado mesmo assim, porque foi o primeiro a chegar. E depois a culpa recai sobre ele.

Um pedido de parafusos em U e abraçadeiras de tubos que começa com um tipo geralmente termina bem. Um que começa com um tamanho geralmente não termina bem.

O diâmetro externo do tubo é a única dimensão em que a braçadeira entra em contato.

DN50 não é um tamanho que você possa usar para encomendar um parafuso em U. É uma etiqueta. Um número redondo escolhido por conveniência. A braçadeira entra em contato com a superfície externa e precisa ser construída em torno dessa superfície.

Portanto, a primeira informação a ser fornecida em qualquer consulta é o diâmetro externo medido. Não a dimensão nominal. Não a especificação. Não "2 polegadas".

Use uma fita métrica ou um paquímetro para medir o diâmetro do tubo. Se o tubo for grande, enrole uma tira de papel ao redor dele, marque a sobreposição, estenda a tira e divida o valor por pi. Esse truque permite medir com precisão de frações de milímetro sem precisar de uma fita métrica, e funciona mesmo em tubos já isolados.

Para aço e ferro fundido nodular, os valores DN e NPS coincidem de forma bastante previsível. DN50 e NPS 2 resultam em 60,3 mm. DN100 e NPS 4 resultam em 114,3 mm. A espessura da parede varia com a classe de diâmetro (schedule) e não altera o diâmetro externo.

É nesse último ponto que o tubo de parede fina se comprime. Uma tubulação DN50 de bitola grossa tem uma parede rígida. A mesma tubulação DN50 de bitola fina tem uma parede que um instalador determinado pode ovalizar com uma chave inglesa. A braçadeira não percebe a diferença. O tubo, sim.

Outros materiais quebram completamente o padrão. Tubos de polietileno são frequentemente rotulados pelo diâmetro externo em milímetros, portanto, um tubo de PE DN50 pode medir cerca de 50 mm. Tubos de cobre são rotulados por um tamanho nominal que não corresponde mais ao seu diâmetro externo nos tamanhos maiores. Tubos de aço inoxidável podem ser vendidos com um diâmetro externo ISO que não corresponde a nada na tabela de tubos de aço.

Por isso, "parafuso em U DN50" é uma frase que deveria encerrar uma conversa. Ela se refere a um diâmetro interno. A braçadeira precisa de uma circunferência.

A última coluna indica uma faixa inicial, não uma regra. As dimensões determinantes são a largura interna e o diâmetro da perna, e essas informações podem ser obtidas de uma norma ou do seu desenho.

A norma DIN 3570 é a referência utilizada pela maioria dos catálogos europeus de parafusos em U. Ela define a largura interna, a altura interna, o comprimento da rosca e o diâmetro da haste em relação ao diâmetro externo do tubo. Se um fornecedor mencionar "DIN 3570 para 60,3 mm", é preciso verificar o produto. Se mencionar "parafuso em U de 2 polegadas", é hora de conversar com um fornecedor.

O comprimento da linha e o comprimento da perna são decisões separadas.

Dois números são constantemente confundidos. O comprimento da perna indica o quanto a haste dobrada se estende. O comprimento da rosca indica a porção dessa perna que contém a rosca.

Você precisa de rosca suficiente para a porca, a arruela, a espessura do suporte e alguns milímetros de sobra. Não mais do que isso. Rosca em excesso é onde a corrosão começa e onde a haste fica mais frágil.

Comece a montagem da pilha de trás para frente, a partir da estrutura. Espessura da flange ou do canal de suporte. Arruela. Porca. Arruela de pressão, se o desenho exigir. Esse total, mais duas ou três roscas expostas, é o mínimo necessário. Em seguida, compare o valor com o comprimento da aba fornecido no catálogo.

A maioria das falhas em campo do tipo "não encaixa" não se deve à largura. Elas se devem a uma perna que é 10 mm mais curta porque ninguém adicionou a profundidade do canal à pilha.

O outro extremo é igualmente comum. Uma perna de 200 mm comprada para uma pilha de 60 mm deixa 140 mm de rosca expostos às intempéries. Essa rosca cria um entalhe de fadiga, um ponto de corrosão e um risco de enroscamento. Além disso, parece um erro, porque de fato é.

Uma rosca curta e bem escolhida mantém a porca próxima ao suporte e minimiza a flexão da perna. Não custa nada. Basta que esteja no desenho.

Parafusos em U galvanizados e abraçadeiras para tubos em diversos tamanhos. A largura interna, o comprimento da haste e o comprimento da rosca são três números separados, sendo que apenas um deles indica o tamanho do tubo.

O caminho da carga vai do tubo até a estrutura.

Desenhe o caminho da carga antes de escolher uma braçadeira. Ele começa na parede do tubo e termina no ponto onde o aço está fixado.

Parede do tubo. Revestimento ou sela. Pernas com parafusos em U. Porcas de apoio no suporte. Aço de suporte. E então a estrutura atrás.

Cada um desses pontos representa uma falha que pode ser facilmente superada. Um revestimento que se desloca. Uma perna que se apoia na borda de um furo em vez de uma superfície plana. Um suporte que nunca foi projetado para suportar uma carga pontual.

Duas direções de carga são importantes. A carga descendente é a gravidade mais o peso da linha, que é transmitido pela braçadeira para o suporte através do contato e do atrito. A carga lateral é o movimento, a vibração, o golpe de aríete e o vento em instalações externas.

O parafuso em U lida bem com o primeiro caso, mas mal com o segundo. Sua fixação no tubo vem do atrito entre dois pontos de contato da linha e a superfície do tubo. Dois pontos de contato da linha formam uma área pequena. Altere a superfície e a fixação muda.

Um tubo pintado e um tubo sem pintura não se comportam da mesma maneira na mesma braçadeira. A tinta é uma camada de baixo atrito que também sofre deformação por fluência. Uma braçadeira apertada sobre a tinta perde a pré-carga à medida que a película se torna mais fina.

Quando o suporte é de concreto em vez de aço, o caminho continua até uma fixação. Uma âncora de concreto embutida ou perfurada entra em ação nesse ponto, e suas próprias regras se aplicam. Distância da borda, profundidade de embutimento e limpeza do furo determinam se a braçadeira suportará a carga para a qual foi dimensionada. Um parafuso em U perfeitamente fixado em uma âncora solta é uma braçadeira solta com boa documentação.

O movimento da tubulação merece um tópico à parte. Uma tubulação que transporta água quente se expande. Uma tubulação que transporta água gelada se contrai. Se a braçadeira puder deslizar, a tubulação se desloca ao longo do suporte, desgastando ambas as superfícies. Se não puder deslizar, o movimento se propaga pela parede da tubulação ou pelo suporte.

A norma MSS SP-58 abrange suportes e fixadores de tubos como uma família de produtos, incluindo materiais e fabricação. É a referência adequada para os componentes de suporte em torno da braçadeira. Ela não substitui uma análise de tensões do projeto, e nenhum fornecedor deve afirmar o contrário.

Uma tubulação fixada a um suporte de aço. A carga se distribui pela parede do tubo, revestimento interno, pernas, porcas e suporte. Qualquer folga nessa cadeia é o ponto de partida para o movimento.

Os parafusos em U racham na raiz da rosca, não na curva.

Todos esperam que a dobra falhe. Mas isso quase nunca acontece. A dobra tem mais material e um raio generoso. A raiz da rosca tem a menor seção da peça e uma mudança brusca na geometria exatamente onde a tensão se concentra.

Três coisas convergem nesse ponto. A raiz da rosca é um entalhe. A primeira rosca engatada suporta mais carga do que as seguintes. E a haste está em flexão, não em pura tensão, porque as duas hastes são puxadas uma em direção à outra e o tubo exerce uma força contrária.

Adicione vibração e você terá uma máquina que causa fadiga, funcionando sempre que a bomba é acionada.

A falha geralmente começa na parte interna da haste, na primeira ou segunda rosca engatada, e se propaga ao redor da seção ao longo de meses. A superfície da fratura apresenta uma região lisa e uma rugosa. A região lisa corresponde à parte que se expandiu lentamente. A região rugosa corresponde à última volta da porca.

O que altera as probabilidades não é glamoroso. Enrole a rosca em vez de cortá-la, pois enrolar mantém a fibra da rosca alinhada ao contorno e deixa a superfície em compressão. Mantenha a porca próxima ao suporte, para que o vão sem travamento permaneça curto. Aperte ambas as pernas uniformemente. Use uma arruela que não fique côncava.

A classe de aço é importante, mas não substitui a geometria. A norma ASTM A307 abrange um tipo de parafuso de aço carbono de uso geral, amplamente utilizado para fixação rotineira. A norma ASTM A193 abrange parafusos de alta resistência e para altas temperaturas, sendo o tipo B7 o mais reconhecido pelos compradores. A norma ASTM A563 abrange porcas e suas classes, que é a parte da montagem que muitas vezes é esquecida.

Aqui cabe um aviso. Um parafuso em U mais resistente não resolve o problema de uma braçadeira que está sendo puxada para dentro de um tubo flexível. Ele apenas transfere o dano da haste para o tubo.

Revestimento: leia a rosca, não a caixa.

A galvanização a quente, conforme as normas ISO 10684 ou ASTM F2329, cria uma camada de zinco-ferro espessa, resistente e que dificulta o contato com uma porca. O revestimento não é uniforme, acumulando-se nas bordas e cantos. Em uma rosca, a crista absorve mais zinco do que a base.

É por isso que os parafusos em U galvanizados normalmente são enviados com porcas sobredimensionadas ou com uma rosca ligeiramente menor do que a necessária antes da aplicação do revestimento. O conjunto precisa girar livremente após a galvanização. Um comprador que especifica "galvanizado a quente" sem saber disso receberá, um dia, uma braçadeira cujas porcas não rosqueiam.

Passe a unha ao longo da rosca de uma amostra. Uma camada irregular indica uma montagem rígida. Uma camada fina em uma peça exposta à costa indica o problema oposto.

Para uso externo e em áreas costeiras, a escolha geralmente se resume entre galvanização a quente, zinco em flocos e aço inoxidável. A galvanização a quente oferece a maior quantidade de zinco pelo menor custo e a maior durabilidade em seções espessas. O zinco em flocos proporciona uma camada fina e uniforme que mantém as roscas funcionais. O aço inoxidável elimina a questão do revestimento, mas introduz o problema de gripagem, onde a porca e o parafuso travam durante a montagem.

O aço inoxidável também gera um par galvânico. Um parafuso em U de aço inoxidável em um suporte galvanizado, em condições de umidade, faz com que o suporte se torne o ânodo. A braçadeira resiste. O suporte não.

A espessura do revestimento também altera o desempenho da chave dinamométrica, pois uma rosca galvanizada a seco apresenta um atrito diferente de uma rosca revestida. A explicação completa encontra-se em nossa nota sobre fixadores galvanizados a quente , e aplica-se a grampos da mesma forma que a parafusos estruturais.

Selim com forro de borracha ou sem forro.

O revestimento desempenha quatro funções, e os compradores geralmente consideram apenas uma delas.

Protege o revestimento do tubo. Distribui o contato ao longo de um arco em vez de duas linhas. Amortece a vibração. E separa dois metais diferentes, o que impede a formação de uma célula galvânica no ponto de contato.

Além disso, introduz um material que sofre deformação plástica. Revestimentos de borracha e elastômero se comprimem sob carga e continuam se comprimindo por semanas. Uma braçadeira apertada corretamente na segunda-feira apresenta folga em três semanas, e as porcas não se moveram. O revestimento, sim.

Esse comportamento não é uma falha. É o motivo pelo qual uma braçadeira revestida geralmente precisa de um reaperto após a entrada em operação da tubulação. Inclua essa etapa nas instruções de instalação, ou o local da obra detectará o problema como um vazamento ou ruído.

A escolha do material importa mais do que a maioria das especificações admite. O EPDM lida bem com as intempéries e a água quente. O nitrilo lida bem com o óleo. O neoprene fica entre os dois. Nenhum deles, porém, suporta bem a combinação de calor, óleo e ambientes externos por muito tempo.

A próxima questão é se a manta é colada ou solta. Uma manta colada não pode ser perdida na obra. Uma manta solta é mais fácil de substituir e também mais fácil de instalar incorretamente.

Em tubos de parede fina, a escolha se torna crucial. Em uma estrutura leve, um simples parafuso em U, quando apertado com força, deformará o tubo antes de se fixar. Um revestimento interno distribui essa carga e oferece uma margem de segurança. Ele não aumenta a espessura da parede e nenhum revestimento interno resolve o problema de uma braçadeira que esteja simplesmente apertada demais.

Aperto: força de aperto contra deformação do tubo

E aqui está a parte desconfortável. Um parafuso em U não possui um valor de pré-carga definido como um parafuso estrutural. O que ele tem é um tubo para comprimir, e o tubo é o elemento mais flexível na junta.

Portanto, o aperto é uma questão de equilíbrio. A força de aperto deve ser suficiente para impedir que o tubo se mova, mas não o bastante para deformá-lo. É aqui que a escolha do parafuso em U e da braçadeira deixa de ser mera formalidade e se torna visível na obra.

O método é mais importante que a quantidade. Aperte as duas porcas manualmente até que a braçadeira se encaixe. Em seguida, aperte em pequenos incrementos, alternando as pernas, observando o espaço fechar uniformemente. Uma braçadeira apertada primeiro de um lado se desloca do centro, e o tubo acaba tensionado em apenas uma linha em vez de duas.

Use uma chave dinamométrica em ambas as pernas, não uma chave de catraca e não dependa do bom senso. Uma chave dinamométrica para em um valor predefinido. Esse valor deve ser fornecido pelo fabricante da braçadeira, pelo fabricante do tubo ou pela especificação do projeto, e deve constar no desenho como uma nota de instalação, e não como uma mera suposição.

Ao apertar o tubo, preste atenção não na chave. Um tubo redondo que começa a ficar oval já ultrapassou o limite. Um tubo interno que se projeta para fora da braçadeira foi comprimido em excesso. Qualquer uma dessas situações indica que você deve parar.

A condição da rosca altera o torque aplicado. Uma rosca seca, galvanizada a quente, absorve mais energia por atrito, reduzindo a força de aperto. Uma rosca lubrificada proporciona maior força de aperto com a mesma configuração, o que ocorre exatamente quando um tubo é danificado por um operador cuidadoso que segue uma tabela incorreta. Essa relação é abordada no artigo sobre torque e força de aperto de parafusos e se aplica tanto a uma haste curvada quanto a um parafuso estrutural.

Apertando um parafuso em U com uma chave dinamométrica, com o revestimento visível sob a braçadeira. Ambas as pernas, pequenos incrementos, e uma olhada no tubo entre as passagens.

Os campos de desenho que tornam duas cotações comparáveis.

Um desenho de uma braçadeira contendo apenas a dimensão do tubo gera orçamentos que não podem ser comparados. Um fornecedor precifica um parafuso em U sem revestimento. Outro precifica um conjunto revestido com ferragens galvanizadas. Ambos estão "corretos" em relação ao desenho.

Preencha os campos abaixo e a ambiguidade desaparece. Leva dez minutos e evita uma infinidade de discussões.

Uma amostra vale mais do que um parágrafo. Peça uma braçadeira exatamente do tamanho e revestimento especificados antes do início da produção. Meça a largura interna com um paquímetro. Rosqueie uma porca manualmente. Coloque-a em um pedaço do tubo real. Essa verificação de cinco minutos detecta mais do que um certificado.

Nosso próprio modelo de solicitação de cotação (RFQ) segue a mesma lógica para fixadores em geral e funciona sem alterações para grampos: como escrever uma RFQ personalizada para fixadores .

Perguntas frequentes de compradores sobre parafusos em U e braçadeiras

Posso encomendar um parafuso em U apenas pelo tamanho DN?

Não. DN é uma indicação do diâmetro nominal, não uma dimensão que você possa usar na construção. A braçadeira entra em contato com a superfície externa, então o diâmetro externo é o único valor que importa. Meça o tubo e informe esse valor na sua consulta.

Como faço para medir o diâmetro de um tubo no local?

Use um paquímetro no tubo sem isolamento ou enrole uma tira de papel ao redor dele, marque a sobreposição e divida o comprimento plano por pi. Remova o isolamento em um ponto, em vez de estimar através dele.

Por que as porcas do meu parafuso em U não encaixam?

Geralmente, a espessura do revestimento na rosca, ou uma rosca que nunca foi sobre-rosqueada após a galvanização a quente, também podem causar problemas. Detritos de jateamento também podem causar o mesmo dano. Verifique uma amostra manualmente antes do envio, não depois da chegada.

Devo usar uma braçadeira revestida de borracha ou uma sem revestimento?

Use um revestimento quando o tubo for revestido, de plástico, de parede fina ou sujeito a vibrações. Use aço liso em tubos de parede grossa sem revestimento, onde uma ampla área de apoio não seja necessária. As braçadeiras revestidas afrouxam com o tempo, portanto, planeje um reaperto após o comissionamento.

Qual o aperto ideal de um parafuso em U?

O suficiente para impedir o movimento, mas não o suficiente para alterar a forma do tubo. Aperte ambas as pernas em pequenos incrementos com uma chave dinamométrica, usando um valor previamente combinado para aquela braçadeira e tubo. Observe se o tubo está ovalizado enquanto trabalha.

Galvanizado ou inoxidável para uso costeiro?

A galvanização a quente, conforme as normas ISO 10684 ou ASTM F2329, é a opção usual para abraçadeiras de aço carbono em ambientes externos. O aço inoxidável tem maior durabilidade em contato com a maresia, mas pode emperrar durante a montagem e causar um acoplamento galvânico em suportes galvanizados. Certifique-se de que a abraçadeira seja adequada à superfície em contato com ela.

Qual a diferença entre um parafuso em U e uma braçadeira de sela?

Um parafuso em U fixa o tubo em dois pontos de contato e utiliza o atrito para obter qualquer aderência axial. Uma braçadeira de sela sustenta o tubo em um assento moldado com uma área de apoio definida. A segunda opção é mais adequada para tubulações isoladas e de grande diâmetro.

As perguntas se repetem porque os erros se repetem. Um conjunto de parafuso em U e braçadeira de tubo falha por motivos banais. Diâmetro errado. Haste curta. Revestimento muito espesso para a porca. Revestimento interno que se comprimiu após o comissionamento. Uma braçadeira puxou uma das hastes para baixo até que o tubo ficasse oval.

Nenhum desses é um problema material. Todos eles são problemas de informação.

As peças são simples, e é exatamente por isso que ninguém as especifica. O pedido é feito com um tamanho, o fornecedor estima o resto e o site dá um jeito. Geralmente, funciona, pelo menos por um tempo.

Dez campos em um desenho definem a maior parte das informações. Diâmetro externo. Parede. Tipo. Rosca e comprimento da perna. Classe. Revestimento com sua respectiva norma. Material do revestimento interno. Torque de instalação. Ambiente. Evidência.

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