Anilhas Belleville
para flanges

Prevenção de fugas em uniões de flange sujeitas a ciclos térmicos, vibração ou relaxamento da junta.

Anilha Belleville para flange — vista 3/4 mostrando geometria troncocónica
Gama térmica
−240 °C → +650 °C
Materiais
17-7 PH · Inconel 718 · H-13
Aconselhamento
Equipa técnica própria desde 1974
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O que é uma anilha Belleville para flange

Uma anilha Belleville para flange —também designada mola de prato de pressão, disc spring ou coned-disc washer— é um componente elástico cónico instalado sob a porca ou cabeça do perno numa união de flange para manter uma carga axial constante na junta.

Ao contrário das anilhas planas, a sua geometria troncocónica armazena energia elástica que compensa a perda de pré-carga produzida por:

  • Relaxamento do perno (creep / stress relaxation) à temperatura de serviço.
  • Expansão térmica diferencial entre flange, perno e junta — diferentes coeficientes de dilatação.
  • Assentamento (embedment) e fluência do material da junta de vedação.
  • Vibrações e cargas dinâmicas que tendem a desapertar a ligação.

Estas anilhas não se ajustam a um diâmetro standard DIN 2093 fixo: são dimensionadas especificamente para o diâmetro do perno e a carga de fecho requerida em flanges segundo as normas ASME B16.5, DIN EN 1092-1 ou outros sistemas. A função técnica é conhecida como live loading do conjunto de flange.

FOTO + ESQUEMA · montagem em flange com Belleville sob cada porcaanilhas Belleville → marcadas a vermelho
Flange com perno passante e anilhas Belleville sob cabeça e porca — montagem real + detalhe técnico
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Mecanismos de falha · quando se justifica

A instalação de anilhas Belleville em flanges justifica-se quando a união está exposta a algum dos seguintes cenários. A anilha atua como reserva de carga: quando a junta ou o perno perdem comprimento efetivo, a anilha expande-se e restitui a força de aperto.

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Colapso térmico · thermal shock

Flange, perno e junta têm coeficientes de dilatação diferentes. Num ciclo térmico, alguma peça perde contacto efetivo e a união descola momentaneamente: surge a fuga. A anilha Belleville, pré-comprimida, expande-se e restitui a força de aperto em cada instante do ciclo.

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Colapso mecânico

O contacto 100 % rígido provoca dois modos opostos: perda de carga por assentamento da junta, ou valores excessivos que partem pernos ou juntas. A elasticidade da Belleville absorve estas tensões e mantém a força dentro da gama operacional.

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Relaxamento do perno · creep

À temperatura de serviço, o perno perde comprimento efetivo por relaxamento de tensões. A anilha —que estava pré-comprimida— recupera a sua altura livre e compensa essa perda sem necessidade de reaperto manual.

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Ligações elétricas · efeito Joule

Em ligações de flange elétricas, o aquecimento por efeito Joule gera dilatação cíclica entre peças de material diferente. A Belleville mantém a pré-carga contínua e evita os pontos quentes que surgem quando a ligação não consegue dissipar o calor gerado.

↘ Configuração habitual: par de anilhas Belleville sob cada porca do terminal elétrico, normalmente em 17-7 PH ou Inconel 718 consoante a temperatura de serviço.

FOTO · ligação elétrica de flange · corteanilhas a vermelho
Ligação elétrica de flange — corte com terminais e Belleville sob cada porca
Terminais ligados por flange passante. As Belleville absorvem a dilatação cíclica por efeito Joule e mantêm a pressão de contacto entre superfícies.
— Resumo funcional

As Belleville absorvem elasticamente as tensões que produziriam fuga (descolamento) ou rotura (sobrecarga), mantendo a pré-carga dentro da gama operacional durante todo o ciclo de serviço.

03

Materiais · três ligas para três gamas

A Surisa fabrica as anilhas Belleville para flange em três materiais que cobrem a quase totalidade das aplicações industriais. A seleção depende da temperatura de serviço, da atmosfera de trabalho (corrosão) e da frequência do ciclo térmico.

17-7 PH

AISI 631 · 1.4568
até ~315 °C
Corrosão Boa (semiaustenítico de precipitação) Mecânica Elevada relação resistência / peso. Conserva propriedades elásticas a temperatura moderada e comportamento estável em criogenia. Aplicação Flanges na indústria química, ligações elétricas, ambientes corrosivos moderados, equipamentos criogénicos até −240 °C.

Inconel 718

NiCr19NbMo · 2.4668
até ~650 °C
Corrosão Excelente · oxidação e ataque químico severo Mecânica Resistência à fluência (creep) e à fadiga térmica graças à precipitação γ″ (Ni₃Nb). Mantém o limite elástico a alta T°. Aplicação Petroquímica de alta temperatura, geração de vapor, turbinas, escapes, fábricas químicas com fluidos agressivos.

H-13

X40CrMoV5-1 · 1.2344
até ~540 °C
Corrosão Limitada · não inoxidável Mecânica Aço hot-work de base Cr 5 %. Dureza retida a temperaturas elevadas. Excelente comportamento à fadiga térmica. Aplicação Flanges em linhas de processo a alta temperatura sem agentes corrosivos. Aplicações com ciclo térmico intenso.

As gamas são orientativas para projeto preliminar. A temperatura de serviço admissível depende também da carga, da frequência do ciclo térmico e da atmosfera.

Vamos falar do seu projeto?

Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.

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Gama térmica · -240 °C → +650 °C

Os três materiais sobrepõem-se na gama central de serviço convencional. A diferença crítica está nos extremos: criogenia em baixo, fluência a alta temperatura em cima.

O Inconel 718 é o único material apto para serviço contínuo acima dos 550 °C graças à sua precipitação γ″. O 17-7 PH é a escolha por defeito quando há corrosão moderada ou trabalho criogénico. O H-13 cobre o intermédio em aplicações não corrosivas onde o ciclo térmico é intenso.

Para o limite superior da gama por material, recomendamos validação com cálculo específico de relaxamento à temperatura de serviço real.

FIG · gamas de temperatura de serviço por material
Gráfico de gamas de temperatura de serviço — 17-7 PH, Inconel 718 e H-13 Barras horizontais que mostram a gama operacional de cada material: 17-7 PH de −240 °C a +315 °C, Inconel 718 de −240 °C a +650 °C, H-13 de −40 °C a +540 °C. -240 -100 0 +100 +200 +315 +400 +540 +650 °C · temperatura de servicio 17-7 PH -240° +315° Inconel 718 -240° +650° H-13 -40° +540° CRIOGENIA SERVICIO CONVENCIONAL ALTA T° / SUPERALEACIÓN
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Aplicações · setores onde são críticas

As Belleville para flange são o standard quando a fuga da junta tem consequências críticas (segurança, paragem de fábrica, ineficiência elétrica) e o ambiente torna inevitável a perda da pré-carga inicial.

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Petroquímica e refinação

Flanges ANSI · linhas de processo

Flanges em linhas de processo a alta pressão e temperatura. Combinação habitual: junta espirometálica + Belleville Inconel 718 em pernos críticos.

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Geração de energia

Vapor · ciclo combinado

Permutadores de calor, turbinas e condutas de vapor sobreaquecido onde o ciclo térmico é contínuo e a falha da junta tem impacto crítico.

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Indústria química

Ambientes corrosivos

Fábricas com fluidos agressivos onde é obrigatoriamente exigido material inoxidável ou liga de níquel. 17-7 PH para corrosão moderada, Inconel 718 para ambientes severos.

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Ligações elétricas de potência

Subestações · transformadores

Ligações de flange em quadros industriais, transformadores e subestações. A Belleville absorve a dilatação cíclica por efeito Joule e evita pontos quentes.

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Criogenia

GNL · separação de ar · H₂ líquido

Equipamentos até −240 °C onde o inox 17-7 PH e o Inconel 718 mantêm comportamento elástico estável. Crítico em fábricas de GNL e hidrogénio líquido.

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Válvulas e juntas industriais

Vedação dinâmica · fecho por flange

Fechos de flange de válvulas com haste, onde a fuga é função direta da manutenção da pré-carga sobre o conjunto da junta.

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Como determinar o binário de aperto

O binário de aperto numa união de flange com Belleville não é um valor de catálogo: depende de vários fatores acoplados que devem ser avaliados em conjunto.

Os fatores principais são: diâmetro e classe do perno, coeficiente de atrito rosca-porca (função do lubrificante e revestimento), carga de fecho requerida pela junta e curva carga-deflexão da anilha selecionada. A configuração do empilhamento modifica esta última de forma significativa.

O procedimento habitual é: (1) definir a carga de fecho necessária sobre a junta, (2) selecionar a anilha Belleville cuja curva F-s entregue essa carga dentro da sua zona de trabalho elástico, (3) calcular o binário do perno necessário para alcançar a pré-carga total com o coeficiente de atrito real.
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Preguntas frecuentes

01 Qual é a diferença entre uma anilha Belleville DIN 6796 e uma anilha Belleville para flange?

As DIN 6796 são anilhas elásticas de bloqueio normalizadas para parafusaria estrutural, concebidas para evitar o desaperto de uniões aparafusadas e trabalhar quase a plano. As Belleville para flange são molas de prato de pressão concebidas para manter uma pré-carga elástica significativa durante toda a vida da união, com curva carga-deflexão calculada para compensar o relaxamento térmico e mecânico. As primeiras são um elemento de segurança antidesaperto; as segundas são um elemento ativo de manutenção de carga (live loading).

02 Até que temperatura posso usar uma anilha Belleville para flange?

Depende do material. O aço inoxidável 17-7 PH mantém propriedades elásticas estáveis até cerca de 315 °C. O Inconel 718 é a opção para serviço contínuo até cerca de 650 °C graças à sua resistência à fluência. O H-13 tool steel cobre a gama intermédia em aplicações não corrosivas até ~540 °C. Abaixo de zero, o 17-7 PH e o Inconel 718 mantêm comportamento estável até −240 °C. Para serviço no limite da gama térmica recomendamos validação com cálculo específico.

03 Posso substituir uma junta espirometálica por anilhas Belleville num flange?

Não: são elementos complementares, não alternativos. A junta continua a ser o elemento de vedação primário. As anilhas Belleville montam-se sob a porca do perno para manter a pré-carga sobre essa junta quando o sistema sofre ciclos térmicos, vibração ou relaxamento. A instalação combinada (junta espirometálica + anilhas Belleville nos pernos) é habitual em flanges críticos de petroquímica e geração de energia.

04 Como se calcula quantas anilhas Belleville preciso por perno e em que orientação?

Determinam-se a partir de três dados: carga de fecho requerida sobre a junta, deflexão máxima esperada por dilatações e relaxamento, e curva carga-deflexão do modelo selecionado. Empilhando em paralelo somam-se cargas; em série alternada somam-se deflexões. A Surisa dispõe de programa de cálculo e de engenheiros que dimensionam o empilhamento consoante o flange e as condições de serviço específicas; envie os dados da união (norma do flange, perno, temperatura, junta) e devolvemos-lhe a configuração recomendada.

05 As anilhas Belleville desapertam ou apertam o perno?

Nenhuma das duas coisas por si mesmas: mantêm a carga axial constante. Quando o perno relaxa por temperatura ou o conjunto assenta, a anilha —que estava pré-comprimida— expande-se recuperando comprimento e restaurando a carga. Não atuam como freio antirrotação (ao contrário das anilhas dentadas), mas, ao manter a carga de aperto, evitam que o perno entre na zona de perda de atrito onde poderia desapertar-se.

06 A Surisa fabrica medidas especiais ou só catálogo?

Trabalhamos com catálogo standard para serviço rápido (24 h em península, 48 h na Europa) e fabricamos medidas especiais à medida para flanges não standard, materiais específicos ou requisitos de certificação. A Surisa fabrica desde 1974 e dispõe de stock nos três materiais principais para responder a urgências industriais.

07 Porque é que estas anilhas não constam da DIN 2093?

A DIN 2093 normaliza diâmetros e cargas para molas de prato de uso geral. As Belleville para flange são dimensionadas especificamente para o diâmetro do perno e a carga de fecho requerida pela junta segundo ANSI B16.5, DIN EN 1092-1 ou outros sistemas — por isso não caem automaticamente num Ø DIN 2093 fixo, embora partilhem o princípio geométrico da norma DIN 2092.

Vamos falar do seu projeto?

Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.