Selecção de Mangueiras

Como já vimos, existe uma grande variedade de mangueiras, que são utilizadas numa igualmente grande variedade de aplicações. Variedade que decorre da grande variedade de fluidos a transportar e do tipo de serviço pretendido, a realizar nas mais variadas condições.

Assim sendo, coloca-se a questão de seleccionar o tipo de mangueira mais adequado, que responda dimensional e tecnicamente aos diversos requisitos, e que possa proporcionar um bom desempenho, oferecendo também, complementarmente, boas condições de segurança e apresente um adequado grau de durabilidade.

Para que a selecção da mangueira se efectue da forma mais correcta possível, vamos listar as diversas variáveis envolvidas para que, depois – e de uma forma bem organizada – se proceda à sua selecção.

Função:

As mangueiras destinam-se ao transporte de produtos, no estado sólido, líquido ou gasoso ou suas misturas (soluções e suspensões).

 

 Método de trabalho:

Sob pressão.

Em vácuo (sucção).

Descarga (por gravidade).

 

Estado dos produtos a transportar:

Sólido.

Líquido.

Gasoso

Misturas, soluções e suspensões dos estados referidos.

 

Natureza dos produtos transportados

É muito variada. Os diversos produtos são normalmente agrupados nos oito seguintes grupos:

 

Tipo de serviço:

Serviço interior.

Serviço exterior.

Serviço misto (interior e exterior).

 

Condições envolventes em serviço:

Condições ambientais em serviço interior:

Proximidade de fontes geradoras de ozono.

Proximidade de fontes de calor (temperatura (mínima, máxima).

 

Condições ambientais em serviço exterior:

Exposição a radiação solar.

Exposição à intempérie.

Proximidade de fontes geradoras de ozono (concentração de ozono, mínima e máxima).

Proximidade de fontes de calor (temperaturas mínima e máxima).

 

Potenciais riscos em serviço:

Acções mecânicas (impactos, tracção, torção, flexão, esmagamento e vibrações).

Acções tribológicas (acções abrasivas).

Acções químicas (derrames, projecções, ataque químico e corrosão).

 

Ambiente e Segurança

Protecção do Ambiente.

Segurança do pessoal.

 

Condições de serviço:

Pressão; variações de pressão; picos de pressão.

Temperatura e variações de temperatura do material transportado. Picos de temperatura.

Regime de serviço: contínuo, intermitente.

 

Exigências do serviço e da instalação:

Flexibilidade  e facilidade de manejo.

Facilidade de dobragem (raio de dobragem).

Facilidade de instalação.

Tipos de conexões.

Restrições de espaço.

 

Normas de mangueiras

Existem variadíssimas normas nacionais e internacionais para os diversos tipos de mangueiras. Nomeadamente as normas ISO, ASTM, EN, SAE, BS, UNI, UNE, DIN, NP, etc. Uma relação de normas ISO pode ser vista neste endereço.

Para um tipo particular de mangueira, deve ser conhecida a norma ou normas aplicáveis, que estabelecem as suas características técnicas, os métodos de ensaio e os protocolos de recepção.

 

Características das mangueiras

Como já referimos, as mangueiras podem operar sob pressão, em vácuo ou em serviços de descarga (muitas vezes à pressão atmosférica). E estes diferentes métodos de operação, originam, como seria de esperar, diferentes requisitos técnicos. Normalmente muitos tipos de mangueiras projectadas para operarem sob pressão, satisfazem igualmente os requisitos para operarem em vácuo. Do mesmo modo, mangueiras utilizadas em serviços de pressão, são utilizadas para serviços de descarga; normalmente são utilizadas mangueiras para serviços de baixa ou média pressão.

Vamos analisar, com algum detalhe, as suas principais características.

 

Resistência à pressão de serviço

Como se referiu, existe uma grande variedade de mangueiras. Uma boa parte desta variedade resulta das diferentes resistências à pressão a que estão submetidas em serviço. Uma classificação muito simples e redutora, utilizada por muitos fabricantes, é a seguinte:

A norma ISO 18752:2014 – Rubber hoses and hose assemblies – Wire or textile-reinforced single-pressure types for hydraulic applications – Specification, estabelece nove classes de resistência à pressão (pressão máxima de serviço) de mangueiras reforçadas com metal ou têxtil, para aplicações hidráulicas, como se mostra no Quadro 1.

Além de pressão máxima de serviço, as mangueiras são caracterizadas pela Pressão de Teste e pela Pressão de Rebentamento. Os valores destas pressões estão relacionados com a Pressão Máxima de Serviço mediante factores que dependem do tipo de mangueira e com o grau de exigência em serviço (Quadro 2).

(a) Recomendações da NAHAD (The Association for Hose & Accessories Distribution) e ARPM (Advanced Risk and Portfolio Management) para os factores de multiplicação para obter os valores da pressão de teste e da pressão de rebentamento.

 Sendo:

De referir que estes factores de multiplicação podem diferir dos valores mostrados no Quadro 2, podendo ser estabelecidos por diferentes normas aplicáveis ou mesmo por acordo entre as partes (Cliente e Fabricante ou Fornecedor).

 

Estabilidade dimensional

Se a construção da mangueira não estiver bem concebida, sob pressão pode apresentar alterações dimensionais. Pode apresentar um aumento do seu diâmetro, com uma simultânea diminuição do seu comprimento; ou pode apresentar uma diminuição do seu diâmetro, com um simultâneo aumento do seu comprimento.

 

Resistência ao vácuo

Em operações de sucção, as mangueiras são concebidas para operar com um valor máximo de vácuo, valor que deve ser, obviamente, respeitado. Este valor é normalmente expresso em mm de coluna de mercúrio ou em -MPa ou -psi.

Por outro lado, em serviço, este tipo de mangueiras não deve ser dobrado com raio de dobragem inferior ao recomendado; devem ser também evitadas acções de esmagamento.

Também pode ocorrer alterações dimensionais ou deformações em mangueiras que operem em serviços de sucção.

 

Dimensões da mangueira

As dimensões mais importantes são o seu diâmetro interior e o seu comprimento total; o diâmetro exterior da mangueira é função da sua estrutura construtiva e depende em certe medida da tecnologia do seu fabricante. No entanto, a selecção de um determinado valor para o diâmetro interior da mangueira apresenta aspectos favoráveis e aspectos desfavoráveis, como pode ser observado na Figura 1.

Figura 1 – Diâmetro interior: aspectos favoráveis e desfavoráveis

 

Do mesmo modo – e apesar de poder estar fora das opções do utilizador – o valor do diâmetro exterior da mangueira apresenta também aspectos favoráveis e aspectos desfavoráveis, como pode ser observado na Figura 2.

Figura 2 – Diâmetro exterior: aspectos favoráveis e desfavoráveis

 

Espessura da parede

A espessura de parede para uma mangueira com um determinado diâmetro interior, resulta afinal do seu tipo de construção. Diâmetro interior e espessura de parede definem  o diâmetro exterior da mangueira.

 

Comprimento da mangueira

A mangueira opera geralmente com diversos tipos de acessórios montados nos seus extremos, para a ligar a vários tipos de sistemas. Nesta situação, o comprimento da mangueira, incluindo os acessórios, é designado comprimento total da mangueira (Figura 3). Além desta medida, podemos definir também o comprimento de corte, que corresponde exactamente ao comprimento de mangueira utilizado e o comprimento útil, que corresponde ao comprimento de mangueira compreendido entre os extremos dos acessórios.

Figura 3 – Comprimento da mangueira

 

Temperatura de serviço

Refere-se à temperatura máxima de serviço para que a mangueira foi concebida. A temperatura dos materiais a transportar não deve, de forma alguma, exceder esse limite máximo. Os elementos de reforço da mangueira podem ser afectados pela temperatura de serviço. Por questões de segurança, o valor da pressão máxima de serviço é normalmente reduzido na medida em que a temperatura aumenta e são função dos materiais transportados.

No Quadro 3 são indicados os factores de correcção normalmente utilizados, para temperaturas compreendidas entre 21 e 260ºC (70 e 500ºF) (Temperature De-Rating Factors).

 

Exemplos de aplicação:

Exemplo 1:

Conclusão: a mangueira pode operar a 14,6 kg/cm² sem qualquer problema.

 

Exemplo 2:

 Conclusão: à temperatura de 65ºC, a mangueira terá de operar a uma pressão máxima de serviço de 25,6 kg/cm².

           

Raio de dobragem

Por merecer uma particular atenção, vamos dizer algo mais sobre esta importante característica das mangueiras. O raio de dobragem tem particular interesse para as operações de montagem de mangueiras em sistemas de dimensões mais reduzidas, onde as mangueiras são por vezes obrigadas a efectuar curvas muito apertadas. E se as características da mangueira não forem adequadas, a mangueira pode dobrar e pode bloquear a passagem do fluido e provocar graves danos ao sistema.

Sobre este tema, ver desenvolvimento nesta página.

O raio de dobragem depende da flexibilidade da mangueira e esta depende, por sua vez, do seu processo construtivo. O fabricante deve indicar os raios de dobragem para as mangueiras de seu fabrico. A partir do conhecimento do seu valor, pode calcular-se o comprimento mínimo de mangueira para descrever um determinado ângulo, sem que a mangueira dobre ou colapse.

Por definição, o raio de dobragem de uma mangueira é o valor mínimo do raio de curvatura que a mangueira pode tomar sem que se dobre os colapse. Note-se que o raio de dobragem é o raio medido no  interior da mangueira (Figura 4).

Figura 4 – Raio de dobragem r

 

Vejamos um exemplo:

Uma mangueira com 76 mm de diâmetro interior e 98 mm de diâmetro exterior (portanto, com 11 mm de espessura de parede), possui um raio de dobragem r=849 mm. Necessita, para efeitos de montagem, de efectuar uma curva de 90º. Calcular o comprimento mínimo (L) de mangueira necessário para efectuar a curva de 90º, sem que a mangueira dobre ou colapse:

L = (Ângulo de dobragem/360) . 2 . π . r

Sendo:

L – Comprimento mínimo de mangueira, mm;

Ângulo de dobragem: o ângulo com que pretendemos dobrar a mangueira;

r = raio de dobragem, mm.

 

Temos então:   (90/360) . 2 . π . 849 = 1333,6 mm ≈ 1334 mm

Temos também de verificar se o espaço disponível é suficiente para poder permitir o desenvolvimento do arco de 90º, com um comprimento de 1334 mm.

A Figura 5 mostra o desenvolvimento que o troço com 1334 mm de mangueira ocupa, no arco de 90º, que pretende ligar os pontos A e B, com um raio interior de 860 mm (num ponto correspondente ao diâmetro interior da mangueira) e um raio exterior de 947 mm, num ponto correspondente ao diâmetro exterior da mangueira (mangueira com 11 mm de parede, como já atrás assinalamos).

Figura 5 – Troço de mangueira, com 1334 mm, que liga os pontos A e B

 

Acções mecânicas

As mangueiras não estão projectadas para resistir a determinados tipos de acções mecânicas, tais como impactos, tracções, torções, flexões, esmagamentos e vibrações. Acções que devem, portanto, ser evitadas em serviço.

 

Fluidos transportados

A borracha do interior da mangueira deve resistir ao fluido transportado, na concentração e à temperatura utilizada. A mesma exigência pode colocar-se em relação à borracha da cobertura (ou revestimento exterior), nomeadamente se existir a possibilidade de contacto com o fluido, em consequência de fugas, derrames ou projecções. Na ausência de ensaios específicos do fluido em causa, nas condições de concentração e temperatura reais, existe sempre a possibilidade de recurso à diversas tabelas de compatibilidade química das mais diversas substâncias com os diversos tipos de elastómeros, nas mais variadas condições, que são disponibilizadas por diversas empresas.

Podem encontrar, neste endereço do meu website, informações sobre este tema.

Recomendo também a consulta de uma Tabela de Compatibilidade Química muito completa, da empresa americana Mykin, Inc., que encontram neste endereço.

 

Condutividade eléctrica

Em muitos tipos de aplicações, e por questões de segurança, as mangueiras devem apresentar características condutoras de electricidade. A criação de correntes estáticas ocorre com frequência, especialmente nas situações em que existe atrito entre o fluido transportado e a parede interior da mangueira, pelo que se torna imperativo a dissipação destas correntes. Isto é conseguido pela utilização de compostos de borracha que apresentem um mínimo de condutividade eléctrica e/ou pela inserção, na estrutura da mangueira, de cabos ou mesmo de um entrançado com fios de cobre, cujas extremidades ficam ligadas aos acessórios metálicos, garantindo-se assim uma continuidade eléctrica do sistema. No caso de a estrutura da mangueira incorporar espirais em aço como elemento de reforço, a continuidade eléctrica pode ficar assegurada por este elemento.

 

Ambiente em serviço

Para prolongar a vida da mangueira em serviço devem ser verificadas, previamente, quais as condições envolventes em que a mangueira vai operar. E pode operar em:

 

Quando a mangueira opera em serviço interior, há que verificar:

Quando  mangueira operar em serviço exterior, há que verificar:

Se a mangueira operar em serviço misto, há que verificar as condições de serviço nos dois meios, de modo a serem consideradas todas as potenciais causas de degradação.

 

Selecção de Mangueiras e o acrônimo STAMPED

Feitas estas variadas considerações sobre mangueiras – suas características principais e condições de serviço – vamos apresentar um processo criterioso de selecção de uma mangueira, processo que foi concebido pela organização  NAHAD (The Association for Hose & Accessories Distribution). O processo consiste na definição de sete características da mangueira, cujas letras iniciais, na língua inglesa, coincidem com o acrônimo STAMPED, como se mostra na Figura 6.

Figura 6 – Acrônimo STAMPED

 

Vamos seguir a sequência da aplicação do método de selecção STAMPED:

 

S – Tamanho (Size)

 

T – Temperatura (Temperature)

 

A – Aplicação (Application)

 

M – Fluido (Media)

 

P – Pressão (Pressure)

 

E – Extremidades (Ends)

 

D – Entrega (Delivery)