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Flange: definizione, tipi, materiali, classificazione

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Ogni progetto industriale o progetto di ingegneria implica una varietà di materiali e parti. I sistemi di tubazioni, ad esempio, richiedono flange o raccordi al loro interno per consentire una maggiore fluidità ed evitare fughe.

È importante decidere quali saranno i tipi di flange più adatti. Esistono flange in plastica molto resistenti, spesso utilizzate per fissare cavi e impianti elettrici.

Tuttavia, quelle utilizzate per i sistemi di tubazioni sono flange forgiate, realizzate in metalli diversi.

Detto questo, nel presente post vi forniamo tutte le informazioni necessarie sulle flange, tra cui cosa sono, a cosa servono, quali sono i loro tipi e molto altro ancora.

Cosa sono le flange?

Le flange sono elementi di unione utilizzati nelle tubazioni e nella caldareria; sono a forma di anello, disco o collarino e vengono collocate su una tubo per collegarlo ad altri tubi, valvole, ecc., nonché per bloccare una sezione delle tubature.

Le flange consentono anche di separare facilmente le connessioni tra i tubi in determinati momenti.

Spesso le flange vengono avvitate o saldate alle estremità dei tubi e connesse con dei bulloni, con anche una guarnizione tra le due flange per sigillarle completamente e impedire la fuoriuscita di fluidi o gas dall’interno, o la penetrazione di qualsiasi elemento esterno.

Grazie alle loro ampie funzioni e impieghi, le flange sono utilizzate in una vasta gamma di  settori industriali ed edilizi.

In base a quanto detto, si può concludere che le flange rappresentano una parte essenziale per la  connessione dei sistemi interni nelle operazioni che coinvolgono impianti di tubi, valvole e pompe.

Composizione generale delle flange

Le flange sono composte da:

  1.  L’ala: È la piastra circolare in cui si trovano i fori e i perni di unione.
  2. Collo: È la frazione che si collega al tubo; va sottolineato che non tutte le flange lo possiedono.
  3. Diametro dei perni: Si riferisce alla dimensione dei fori attraverso i quali passano i perni di unione.
  4. Il lato: A seconda del modello, si possono trovare diversi tipi di lati nelle flange; le più comuni sono il lato rialzato o RF, il lato piatto o FF e la guarnizione del tipo ad anello o RTJ.

Applicazioni delle flange forgiate

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Le flange forgiate sono realizzate con diversi di materiali che offrono resistenza alle diverse condizioni ambientali e di stress a cui saranno sottoposte.

Grazie alla loro resistenza e capacità di carico, queste flange sono utilizzate in diversi settorisia in ambienti interni che esterni. Si trovano comunemente nei componenti utilizzati nelle centrali solari, nell’industria petrolchimica, nella medicina, nell’industria alimentare, nel trattamento delle acque reflue e in molti altri ancora.

Utilizzo delle flange a seconda della temperatura

Esistono alcune specifiche nelle norme UNE-EN, ISO, ASME, AVK, tra le altre, relative alle dimensioni appropriate in base alla temperatura a cui saranno sottoposte, che devono essere prese in considerazione.

Le flange in acciaio al carbonio sono adatte all’uso in ambienti a temperatura moderata.

Per temperature più estreme, si devono utilizzare flange in acciai legati in grado di resistere a tali condizioni più estreme, sia in termini di temperatura che di pressione.

Se le flange devono essere a contatto con liquidi o gas corrosivi, ad esempio, si consiglia di utilizzare flange in leghe metalliche come nichel, cromo e molibdeno.

Tipi di flange

Flange per accoppiamento e saldatura

Queste flange sono ideali per le applicazioni a bassa pressione; grazie al loro design con  diametro interno leggermente più largo del diametro esterno del tubo, possono essere facilmente fatte scorrere dall’estremità lungo tutto il tubo fino al punto in cui verranno saldate, mantenendo la regolazione corretta lungo tutto il percorso.

La saldatura consente di fissare le flange nella parte alta e in quella bassa della stessa. Inoltre, sono facili da usare e da installare e sono molto economiche.

Flange per incastro e saldatura

Le flange a incastro e saldatura sono spesso utilizzate per tubi di piccole dimensioni in ambienti ad alta pressione.

Per fissare queste flange, i tubi vengono inseriti fino a quando entrano in contatto con la sede o la presa per poterli saldare con la parte superiore verso l’esterno. In tal modo, l’interno del tubo può essere mantenuto liscio per agevolare la circolazione del gas o del fluido.

Flange con collare da saldare all’estremità

Si tratta di flange che vengono fissate saldando il tubo al suo collare, il che consente di trasferire le sollecitazioni dalla flangia al tubo, riducendo la concentrazione delle sollecitazioni alla sua base.

La caratteristica principale di questo tipo di flange è un lungo collo conico ideale per le applicazioni ad alta pressione.

Il diametro interno della flangia deve essere lavorato a macchina per adattarsi al diametro interno dei tubi.

Il centro conico delle flange del collare trasferisce la pressione al tubo, agendo da rinforzo e fornendo la forza necessaria per equilibrare l’inclinazione laterale.

Flange di copertura

Queste flange hanno la capacità di scorrere ruotando attorno ai tubi; spesso sono utilizzate con collari per tubi e consentono un facile allineamento, nonché un perfetto accoppiamento con perni.

Dopo la saldatura del collare sul tubo, la flangia continua a ruotare senza ostacoli. Tuttavia, questo non influisce sull’allineamento dei dadi.

Queste flange sono utilizzate in sistemi o applicazioni che richiedono frequenti smontaggi, e anche quando i tubi sono realizzati con materiali molto duri.

Di solito sono in acciaio e il loro diametro interno è lavorato per adattarsi al collare.

Flange filettate

Questo tipo di flangia può essere utilizzato solo su tubi filettati e si può assemblare senza saldatura.

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In genere si usano con tubi di piccolo diametro e a bassa pressione.

Flange piene

Le flange piene sono piastre rotonde senza foro centrale utilizzate alle estremità di tubi, serbatoi a pressione o valvole per sigillare la loro parte finale; sono adatte a qualsiasi dimensione di tubo standard.

Si utilizzano anche per controllare la pressione di liquidi o gas in tubi o serbatoi e, inoltre, consentono un facile accesso all’interno delle tubature nel caso sia necessario un intervento. Si utilizzano preferibilmente per applicazioni ad alta pressione.

Tipi di sedi di guarnizioni di flange

Sedi di guarnizioni piatte

Le flange con sede di guarnizione piatte hanno una superficie di contatto sullo stesso piano del lato in cui si trovano i dadi.

Tenere conto del fatto che le flange con sede di guarnizione piatte non si accoppiano in nessun punto, come invece accade nel caso delle flange con lato della guarnizione rialzato.

Sedi di guarnizioni rialzate

Le flange con sede di guarnizione rialzate sono quelle spesso utilizzate nelle fabbriche di trattamento e, inoltre, sono facilmente identificabili.

Si chiamano così perché la superficie di contatto è rialzata rispetto al lato su cui si trovano i dadi.

Queste flange consentono di utilizzare un  numero elevato di guarnizioni diverse. La funzione di queste flange è quella di concentrare una pressione elevata su una piccola superficie di contatto, aumentando la capacità della guarnizione di contenere il fluido.

Guarnizioni tipo RTJ

Le guarnizioni RTJ si usano, in genere, a pressioni elevate (Classe 600 o superiore e/o a temperature elevate, superiori a 427°C).

Sono dotate di scanalature lavorate in cui si trova una guarnizione metallica. La guarnizione metallica viene compressa quando si stringono i dadi, così la guarnizione metallica viene compressa tra le due flange, deformandosi e creando un contatto diretto tra i metalli.

Le flange di tipo RTJ possono avere un lato rialzata con una scanalatura lavorata, tuttavia questo lato non ha alcun impatto sulla capacità di tenuta dell’insieme.

Flange del tipo a fessura e linguetta

Questo tipo di flangia offre lati che richiedono l’accoppiamento. Un lato è dotato di una fessura lavorata nella zona della guarnizione, l’altro lato ha una linguetta che si innesta nella fessura dell’altro lato.

Di solito si trovano sui cappucci delle valvole e sui coperchi delle pompe.

Le flange del tipo a fessura e linguetta offrono il vantaggio di auto-allinearsi per formare un serbatoio per i fluidi appiccicosi. Inoltre, l’asse di carico rimane allineato grazie alla guarnizione bisellata.

È importante notare che in nessun caso le flange del tipo RTJ e T&G devono essere fissate insieme, poiché la superficie di contatto non corrisponde, né esiste una guarnizione con una forma che corrisponda ad un tipo di flangia su lati diversi.

Come leggere l’identificazione delle flange

Le flange in acciaio al carbonio e inox sono marcate in conformità ai requisiti della norma ASME B 16.5; si noti che questo è lo standard di flangia più diffuso a livello mondiale.

Questa norma comprende sia le flange forgiate che quelle fuse, e identifica i materiali, la marcatura, le dimensioni, le pressioni di esercizio, le tolleranze e i test per le flange.

Descrive, inoltre, tutti i tipi di dimensioni delle flange, da 1/2″ a 24″ le loro classi di pressione da 150, 300, 400, 600, 900 e 1500; e da 1/2″ a 12″ in 2500 libbre.

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Si può affermare che le caratteristiche fondamentali che rientrano nell’identificazione delle flange sono:

  • Logo del produttore.
  • Norma utilizzata per la loro costruzione.
  • Materiale designato secondo ASTM, nonché il loro trattamento termico.
  • Diametro nominale e intervallo di pressione della flangia.
  • Il suo tipo di lato.
  • Numero di identificazione da parte del produttore.
  • Per flange W.N. oW. Si indica lo spessore nominale del tubo a cui si deve saldare.

Tabella di riferimento DIN, ANSI e JIS

Gli indicatori PN (Norma DIN o Deutsches Institut für Normung), Libbre LB o classe (Norma ANSI o American National Standards Institute) e K’s (norma JIS o norme industriali giapponesi) indicano il livello di pressione nominale per le valvole, tubi e accessori delle stesse.

In ogni sistema si possono riscontrare differenze in base alla temperatura utilizzata come riferimento, nonché il materiale di cui è fatta la flangia; ad esempio, nel DIN corrisponde a 120ºC, ma nell’ANSI corrisponde a 425,5ºC.

Nel caso dei sistemi europei come DIN, EN, BS, ISO, nonché nello standard cinese GB, si utilizza il termine PN. Si tratta di un intervallo di pressione basato sull’unità bar: PN2.5, PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320 e PN400.

Nel sistema americano, invece, si usa il termine Class, che spesso si esprime come class150, 150LB o 150#, che rappresenta l’intervallo di pressione della valvola o del tubo. Questo valore è il risultato del calcolo della pressione di unione di un determinato metallo e la temperatura, in conformità alla norma ANSI B16.34.

In Giappone si utilizza l’unità di K quando si devono indicare i livelli di pressione. Si noti che non esiste una stretta corrispondenza tra il grado di pressione e la pressione nominale a causa della sua diversa temperatura di riferimento.

La tabella qui sotto mostra le conversioni approssimative tra ciascuno di questi sistemi, tuttavia va notato che, non trattandosi di valori, non è possibile ottenere una conversione esatta.

Va citato che nell’ultima colonna di questa tabella, si fa riferimento all’equivalenza espressa in Megapascal (Mpa), che è l’unità di pressione del Sistema Internazionale di Unità.

DIN (PN) ANSI (LB) JIS (K) Mpa
20 150 10 2
50 300 20 5
64 400 30 6.8
100 600 40 11
800 13
150 900 63 15
250 1500 100 26
2000 33.7
420 2500 42

Con tutte le informazioni di cui sopra, avrete una visione ampia e completa in merito alle flange, alle loro caratteristiche e ai loro utilizzi, a seconda della temperatura e de pressione dell’ambiente in cui vengono applicate.

Infine, desideriamo informarvi che Couth offre un servizio di marcatura industriale, che viene utilizzato sulle flange per la loro identificazione. Per ulteriori informazioni, non esitate a contattarci.