Cálculo de recipientes a presión de pared delgada

1. Diferencia
   entre cilindros de pared gruesa y cilindros de pared
   delgada
2. Deducción
   de las ecuaciones que nos permiten calcular el esfuerzo en el
   aro
4. Caso
   tanques esféricos
5. Bibliografía
6. Resumen

• Son recipientes que contienen a varios fluidos a
  presión (gases o líquidos)
• Los domos de las calderas, las tuberías, los
  separadores de fluidos en la industria petrolera, los tanques
  llamados "salchichas"y los tanque esféricos llamados
  "esferas" en la industria petrolera, son ejemplos de
  recipientes a presión.
• Los recipientes a presión no tienen "válvula
  de presión y vacío", como es el caso de los
  tanques de almacenamiento o atmosféricos que si la
  tienen; en su lugar tienen una válvula de seguridad que
  releva a la atmósfera a una presión de fluido
  dentro del recipiente superior a la atmosférica, dicha
  presión depende de la presión a la que trabaje el
  tanque de acuerdo a normas o a la experiencia, de acuerdo al
  estado que guardan las paredes del recipiente.
• Puesto que la presión dentro del recipiente tiende a
  "inflarlo", aparecen esfuerzos de tensión en las paredes
  del mismo.
• Para el cálculo y diseño de los recipientes a
  presión, y selección de los materiales que se
  utilizarán, tendremos que calcular dichos esfuerzos de
  tensión, que reciben el nombre de: "esfuerzo en el aro",
  que denotaremos por ST1 y "esfuerzo longitudinal",
  que denotaremos por ST2; así como el esfuerzo
  cortante máximo en las paredes del recipiente, que
  denominaremos SS máx.
• Dichos esfuerzos están mostrados en la siguiente
  figura, actuando sobre un prisma elemental localizado en la
  pared del recipiente, los cuales como dijimos están
  causados por la presión "p" dentro del recipiente, la
  cual tiende a inflarlo.

En nuestro estudio encontraremos que el esfuerzo
ST1 o esfuerzo en el aro, tiene una

magnitud del doble del esfuerzo ST2 o esfuerzo
longitudinal.

 p= presión
del fluido, perpendicular a las paredes del recipiente

Si nosotros giráramos el prisma un cierto
ángulo, veríamos que los esfuerzos ST1 y
ST2, disminuyen de su máximo mostrado y
empiezan a aparecer esfuerzos cortantes en las caras del mismo,
hasta tener un valor
máximo:  cuando
el giro del prisma sea de 45º, por lo que
podríamos  decir que la relación de magnitudes
de dichos esfuerzos es: ST1= 2ST2= 2
SSmáx.

El cálculo de
estos esfuerzos nos permitirá ir a las tablas de los
fabricantes de aceros, para seleccionar el más
adecuado

·         Los
nombres de "esfuerzo en el aro" y esfuerzo longitudinal se pueden
concluir de las siguientes figuras

ESFUERZO EN EL ARO (aro rectangular)

PERPENDICULAR AL EJE DELRECIPIENTE

ESFUERZO LONGITUDINAL O A LO LARGO DEL EJE
DELRECIPIENTE

·         Para
la deducción de las ecuaciones que
permiten evaluar estos esfuerzos, utilizaremos las leyes
básicas de la estática,
y la definición de esfuerzo unitario.

Diferencia entre
cilindros de pared gruesa y cilindros de pared
delgada

• Un cilindro es de pared delgada cuando hay una gran
  diferencia entre el espesor de la pared y el diámetro
  del mismo, en un cilindro de pared gruesa no sucede lo
  mismo.
• Por otro lado, la distribución de esfuerzo en el
  espesor de las paredes del cilindro de pared delgada es
  uniforme, mientras que en el cilindro de pared gruesa no sucede
  así. Los cilindros de pared gruesa  son los que
  constituyen los barriles o cañones de las armas de
  fuego. En nuestro caso, veremos el diseño de un cilindro
  de pared delgada.

Deducción
de las ecuaciones que nos permiten calcular el esfuerzo
 en
el aro