Tipos e nomes de roscas de tubagens

Publicado com a permissão da Colder Products Company

Visão geral

Foram desenvolvidos diferentes tipos de roscas para fixação e sistemas hidráulicos. As articulações roscadas de fita/paralelas, plástico-para-metal em circuitos hidráulicos são particularmente preocupantes. Fornece-se uma discussão e recomendações para criar uma noção de diferentes tipos de roscas e como são usadas.

Evolução

No século dezanove eram precisos muitos diferentes tipos de roscas para circuitos hidráulicos e pneumáticos, bem como componentes de fixação. Como resultado, os fabricantes começaram a conceber os seus próprios sistemas de fixação. Isso resultou em problemas de compatibilidade. O engenheiro mecânico inglês e inventor, Sir Joseph Whitworth, concebeu um sistema roscado uniforme 1841 para resolver o problema da incompatibilidade. A forma roscada Whitworth baseia-se num ângulo roscado de 55 graus com raízes redondas e cristas.

Na América, William Sellers estabeleceu o padrão para porcas, parafusos e pinos em 1864 - a National Pipe Tapered Thread (NPT). O seu ângulo roscado de 60 graus, habitualmente usado pelos primeiro relojoeiros americanos, contribuiu para a revolução industrial americana. Estas formas de rosca vieram a ser mais tarde o padrão nacional americano (American National Standard).

A forma da rosca Whitworth foi selecionada como rosca de ligação para tubagens, que foi concebida como auto-vedante ao cortar pelo menos uma das roscas no cone. Ficou conhecida como rosca British Standard Pipe (BSP Taper ou BSP Parallel thread). A rosca Whitworth é agora usada internacionalmente como rosca padrão para tubagens de aço de baixo carbono de juntas.

A ligação mais conhecida e usada, onde a rosca de tubagem viabiliza tanto a junta mecânica como a vedação hidráulica, é a American National Pipe Tapered Thread, ou NPT. NPT tem uma rosca cónica macho e fêmea, que veda com fita PTFE ou composto de união.

As roscas de tubagens usadas em circuitos hidráulicos podem ser divididas em dois tipos:

• a) Roscas de união – são roscas de tubagens para juntas vedadas contra pressão por vedação nas roscas e são roscas cónicas externas e paralelas ou cónicas internas. O efeito de vedação é melhorado usando um composto de junta.
• b) Roscas de fixação – são roscas de tubagens, onde as juntas vedadas contra pressão não são feitas nas roscas. Ambas as roscas são paralelas, e a vedação é por compressão de um material suave na rosca externa, ou uma junta plana.

Tamanhos

Os tamanhos de roscas de tubagens baseiam-se num diâmetro interior (ID) ou na dimensão do fluxo. Por exemplo, “1/2–14 NPT” identifica uma rosca de tubagem com um diâmetro interior nominal de 1/2 polegadas e 14 roscas à polegada, de acordo com o padrão NPT. Se “LH” for adicionado, a tubagem tem uma rosca para a esquerda. As formas mais comuns e globais das roscas de tubagens são:

NPT	American Standard Pipe Taper Thread
NPSC	American Standard Straight Coupling Pipe Thread
NPTR	American Standard Taper Railing Pipe Thread
NPSM	American Standard Straight Mechanical Pipe Thread
NPSL	American Standard Straight Locknut Pipe Thread
NPTF	American Standard Pipe Thread Tapered (Dryseal)
BSPP	British Standard Pipe Thread Parallel
BSPT	British Standard Pipe Thread Tapered

As formas de rosca moldada de injeção plástica são fabricadas de acordo com as normas ANSI B2.1 e SAE J476.

A palavra “cónico” em vários dos nomes acima referidos aponta para a grande diferença entre muitas roscas de tubagens e aquelas que estão parafusos e pinos. Muitas roscas de tubagens têm de fazer não apenas uma junta mecânica, mas também uma vedação hidráulica à prova de fugas. Isso é conseguido pela correspondência da forma da rosca cónica do macho com a forma da rosca cónica fêmea e o uso do vedante da tubagem para preencher qualquer espaço entre as duas roscas, que pudesse causar uma fuga espiral. As bases das roscas não estão num cilindro, mas num cone; elas afuselam. O cone tem 1/16 polegadas numa polegada, que é o mesmo que 3/4 polegadas num pé.

Por causa do cone, uma rosca de tubagem só pode enroscar numa conexão a uma certa distância antes de bloquear. O padrão especifica esta distância como o comprimento do aperto à mão, que é a distância que a rosca da tubagem pode ser enroscada à mão. Também especifica outra distância – a rosca efetiva, este é o comprimento da rosca que veda numa convencional rosca de tubagem mecânica. Para trabalhadores, em vez destas distâncias, é mais conveniente saber quantas voltas devem ser feitas à mão e quantos com uma chave. Uma simples regra de ouro para instalar roscas de tubagens cónicas, tanto metal como plástico, é apertar à mão mais uma ou duas voltas com uma chave. Os valores de instalação do binário podem ser determinados por aplicação, mas por causa das variações envolvidas em juntas de tubagens, tais como materiais diferentes de roscas macho e fêmea, tipo de vedantes usados e variações internas na espessura do produto, não se pode aplicar de forma genérica uma especificação de binário padrão.

Esta tabela mostra as distâncias e o número de voltas no padrão. É permitida uma tolerância de uma volta a mais ou a menos, e na prática as roscas são frequentemente cortadas rotineiramente do que o padrão especifica. Todas as dimensões são em polegadas.

American Standard Taper Pipe External Thread

Tamanho nominal	OD atual	Roscas por polegada	Comprimento do engate (apertado à mão)	Comprimento efetivo da rosca
1/8	0,407	27	0,124 ≈ 3,3 voltas	0,260
1⁄4	0,546	18	0,172 ≈ 3,1 voltas	0,401
3/8	0,681	18	0,184 ≈ 3,3 voltas	0,408
1/2	0,850	14	0,248 ≈ 3,4 voltas	0,534
3/4	1,060	14	0,267 ≈ 3,7 voltas	0,546
1	1,327	11,5	0,313 ≈ 3,6 voltas	0,682

Juntas roscadas cónicas/paralelas

Apesar dos padrões criados para manter encaixes uniformes, as roscas de tubagens cónicas são inexatas e, durante o curso de uso e reparação, as roscas podem ficar danificadas e ter fugas. A área onde a crista e a raiz da rosca se encontram pode formar um caminho de fuga espiral que nenhum aperto vai poder eliminar.

Obtém-se uma junta de aperto de pressão por compressão nas roscas, o que resulta do aperto. Esta compressão e vedação ocorrem nas primeiras poucas voltas da rosca interna. Quando se aperta por chave, o material das roscas, tanto macho como fêmea, deformam uns nos outros. Isso garante um contacto roscado completo, que minimiza fugas espirais. Podem ocorrer variações entre as formas de rosca plástica moldada por injeção e rosca de metal mecânica, devido a diferentes processos de fabrico.

As roscas de tubagens foram originalmente designadas por formas de roscas mecânicas. Com o uso de termoplásticos e moldagem por injeção plástica no fabrico de formas roscadas de tubagens plásticas, o encolhimento do molde e a pia de plástico dificultam juntas sem fugas. Por essa razão, recomenda-se a utilização de um vedante baseada em PTFE em todas as roscas de tubagens plásticas. A forma mais comum de vedante é fita PTFE enrolada 2 a 3 voltas à volta da rosca macho antes da montagem. Os vedantes baseados em PTFE líquido são também usados com sucesso para garantir uma vedação contra a pressão. É sempre importante ter cuidado quando aplicar vedantes para evitar introduzir o material vedante no caminho do fluxo do sistema.

As seguintes secções mostram exemplos de como são usadas roscas diferentes e questões que podem surgir ao tentar criar uma ligação sem fugas.

Quando uma rosca macho cónica BSPT é apertada numa rosca fêmea direta (BSPP), a vedação só pode ser feita na base da porta fêmea com 1 ou 2 roscas. Ver figura 1. A vedação é comprometida pela falta do controlo da forma da rosca nas especificações BSP. A variação em cristas e raízes pode causar uma divergência na rosca e criar uma fuga espiral. O vedante de rosca é preciso para vedar esta combinação.

Usando tanto roscas cónicas macho e fêmea BSPT, a vedação será muito boa, uma vez que combinar o cone da rosca macho e fêmea. Ver figura 2. Isto dá a mais roscas a oportunidade de vedar contra fugas espirais. O controlo de crista e raiz continua a faltar, mas seria mais fácil conseguir uma junta contrapressão com vedante roscado.

Foram introduzidas variações da rosca NPT para superar o problema da fuga espiral e são conhecidas por roscas Dryseal (Ver SAE padrão J476). O mais conhecido é NPTF (F para combustível). Com este design de rosca, há controlos sobre as cristas e raízes tanto de roscas macho como fêmea, para assegurar que as cristas quebrem ou desloca material para dentro da raiz da rosca de acoplamento. O encaixe de interferência entre a crista de uma rosca e a raiz da outra, juntamente com os flancos da rosca correspondentes, vedam contra fugas espirais.

Uma variação da rosca Dryseal é NPSF (National Pipe Straight Fuel). É usada para roscas internas e pode ser enroscada nela uma rosca externa NPTF para obter uma conexão mecânica satisfatória e uma vedação hidráulica. A combinação de uma rosca paralela e cónica não é considerada a mais ideal, mas é amplamente utilizada. Os acoplamentos de desconexão rápida de plástico de alta qualidade normalmente usam roscas NPT.

Outra rosca cónica é British Standard Pipe (BSP) coberta pela British Standard 21. A rosca BSP é normalmente usada para encanamentos de baixa pressão, mas não é recomendada para sistemas hidráulicos de pressão média e alta. Esta forma usa a rosca Whitworth com um ângulo de 55° e um cone 1 em 16. Não pode ser trocado pela rosca americana NPT, apesar de no tamanho 1/2” e 3/4” ambas terem 14 roscas por polegada.

Surgem problemas se enroscar uma forma de rosca macho NPT numa forma de rosca reta fêmea BSP. Os tamanhos 1/16", 1/8", 1/4” e 3/8" têm um passo diferente, o que causa um desalinhamento das roscas. Os ângulos do flanco das roscas são também diferentes entre NPT e BSP. NPT tem uma rosca de 60°, e BSP tem uma rosca 55°.

Os tamanhos 1/2" e 3/4" em NPT e BSP são todos de 14 roscas por polegada, e NPT engata bem BSP.

Apesar destas roscas serem do mesmo passo e engatarem bem, continua a haver divergências em relação à forma da rosca. Sendo os ângulos da rosca e as tolerâncias de crista e raiz diferentes, podem surgir fugas espirais como se pode ver na figura 7. Estas roscas podem ser usadas eficazmente juntas, se for incorporado um vedante de rosca apropriado.

Há muitas preocupações quando os acoplamentos de desconexão rápida de plástico, com as suas correspondentes formas de rosca da tubagem moldada por injeção são encanadas em sistemas hidráulicos de tubagens metálicas. Podem ocorrer fugas e falhas na forma da rosca de plástico, se não se tiver cuidado. Quando se investiga uma falha na junta de tubagem metal para plástico, é preciso considerar dois fatores: o ataque químico e o aperto excessivo.

Pode ocorrer um ataque químico, quando se usam vedantes de rosca impróprios. A vedação da rosca é uma tentativa para bloquear o caminho da fuga espiral, que ocorre quando as cristas e raízes das formas da rosca não coincidem. Devem ser evitados vedantes de rosca anaeróbicos quando vedar formas de rosca de plástico. Estes vedantes contêm químicos, que podem atacar o plástico. É melhor utilizar um vedante de rosca de tubagem à base de PTFE para roscas plásticas.

O aperto excessivo de qualquer rosca de tubagem de plástico terá efeitos adversos sobre a função da junta. A maior diferença entre plásticos e metais é o comportamento de polímeros. As peças de plástico moldado por injeção continuam a deformar, se forem mantidas sob uma carga constante, p. ex. deslizamento. O deslizamento é a extensão continuada ou a deformação de uma peça de plástico sob carga contínua. Normalmente o material plástico em formas de rosca de tubagem de plástico moldada por injeção desliza por ser excessivamente apertado numa porta cónica fêmea. A deformação das funcionalidades internas da peça podem fazer a peça falhar.

Colder Products Company produz formas de rosca e tubagem padrão

Tamanhos NPT (National Pipe Taper):	Tamanhos BSPT (British Standard Pipe Taper):
1/16 – 27NPT
1/8 – 27NPT	1/8 – 28BSPT
1/4 – 18NPT	1/4 – 19BSPT
3/8 – 18NPT	3/8 – 19BSPT
1/2 – 14NPT	1/2 – 14BSPT
3/4 – 14NPT	3/4 – 14BSPT
1 – 11-1/2 NPT