Diseño de Recipientes a Presión. Clase 5B. Cargas por Viento

Summary

El script proporcionado es una lección avanzada sobre la ingeniería de estructuras, específicamente el análisis de esfuerzos en un recipiente a presión debido a la carga de viento. Se discuten conceptos complejos como los esfuerzos causados por el momento flector, la presión y el peso del recipiente, y cómo estos afectan la sección transversal de un cilindro. El instructor aborda la importancia de la dirección de las cargas y el sistema de referencia en el análisis de esfuerzos. Se derivan ecuaciones para calcular los esfuerzos y se examinan diferentes casos críticos, incluyendo el recipiente lleno, parcialmente lleno y vacío. Se utiliza un ejemplo detallado para ilustrar el proceso de cálculo, considerando factores como la corrosión y el peso acumulado. El análisis culmina con la determinación del espesor de pared óptimo para soportar las cargas aplicadas. La lección es técnica y requiere un sólido entendimiento de la mecánica de sólidos y la ingeniería de estructuras.

Takeaways

• 📚 Se aborda el tema de las cargas por viento en estructuras, específicamente cómo se derivan las ecuaciones de esfuerzos causados por estas cargas.
• 🎓 Se estudia la interacción entre los esfuerzos generados por la carga de viento y otros factores, como el peso del recipiente y la presión del fluido dentro del mismo.
• 📐 Se realiza un análisis detallado de los estados de esfuerzos en la sección transversal de un recipiente a presión, considerando el efecto de la carga de viento y otros esfuerzos.
• 📈 Se discuten los diferentes casos críticos en el diseño estructural, como el recipiente lleno, el recipiente vacío y la superposición de esfuerzos en diferentes condiciones.
• 🔍 Se destaca la importancia de la observación del sistema de referencia y la dirección de las cargas para entender adecuadamente los esfuerzos en la estructura.
• 🧮 Se presentan fórmulas y cálculos para determinar el esfuerzo longitudinal, circunferencial y radial, así como el esfuerzo de corte en secciones específicas del recipiente.
• 📉 Se ilustra la diferencia entre los esfuerzos principales y cómo se pueden encontrar mediante el uso del círculo de Mohr, que representa el estado de esfuerzos en un punto dado.
• 🛠️ Se realiza un análisis de los esfuerzos en diferentes secciones del recipiente, desde la base hasta la parte superior, teniendo en cuenta la variación de los esfuerzos a lo largo de la altura.
• 📊 Se utiliza un ejemplo práctico para demostrar cómo se aplican los cálculos teóricos en un recipiente a presión, incluyendo el cálculo del espesor de pared necesario para soportar las cargas.
• ⚖️ Se tiene en cuenta factores adicionales como la corrosión y su impacto en el diseño estructural, mostrando cómo se incorpora esta tolerancia en las ecuaciones de diseño.
• 🔢 Se presentan cálculos detallados utilizando hojas de cálculo de Excel para llegar a conclusiones prácticas y precisas sobre el diseño del recipiente a presión.

Q & A

¿Qué es el tema 5b y qué parte del tema de cargas de viento se aborda en esta clase?

El tema 5b se refiere a la carga por viento y en esta clase se aborda la segunda parte del tema, específicamente la derivación de las ecuaciones de los esfuerzos causados por la carga de viento.

¿Cuál es el objetivo final al calcular las cargas de viento?

El objetivo final al calcular las cargas de viento no es solo conocer las cargas sino también calcular los esfuerzos y estados de esfuerzos para compararlos con un valor admisible.

¿Cómo varía la intensidad de la carga de viento con la altura?

La intensidad de la carga de viento puede variar con la altura, aunque en el ejemplo se menciona que la carga de viento es constante, implica que la misma puede cambiar dependiendo de la altura.

¿Qué es un 'cubito diferencial' y cómo se relaciona con el estudio de los esfuerzos en una sección transversal?

Un 'cubito diferencial' es una porción muy pequeña de un material que se está analizando. Se utiliza para estudiar lo que le sucede a un volumen pequeño de un recipiente en una sección transversal, lo que ayuda a entender los esfuerzos en ese punto específico.

¿Cuáles son los esfuerzos en la dirección Z en un cubito azul dentro de un recipiente a presión?

Los esfuerzos en la dirección Z en un cubito azul incluyen el esfuerzo causado por el momento flector debido a las cargas de viento, el esfuerzo generado por el peso del propio recipiente, y el esfuerzo debido a la presión del fluido dentro del tanque.

¿Cómo se define el esfuerzo circunferencial debido a la presión en un recipiente cilíndrico?

El esfuerzo circunferencial debido a la presión en un recipiente cilíndrico se define como 'p*d/2t', donde 'p' es la presión, 'd' es el diámetro y 't' es el espesor de la pared del recipiente.

¿Cuáles son los tres posibles casos críticos que se estudian para un recipiente a presión?

Los tres posibles casos críticos son: 1) El caso de un recipiente lleno, donde se verifica que la sumatoria de los esfuerzos longitudinales sea menor o igual que el esfuerzo admisible del material. 2) El caso de los esfuerzos circunferenciales, donde se asegura que el esfuerzo circunferencial debido a la presión sea menor o igual que el admisible. 3) El caso de un recipiente vacío, donde se evalúa la superposición de los esfuerzos por flexión y por peso.

¿Cómo se considera la corrosión en los cálculos del espesor de pared de un recipiente a presión?

Se introduce una tolerancia por corrosión en las ecuaciones de cálculo del espesor de pared. Esto implica disminuir el diámetro efectivo utilizado en los cálculos y sumar el espesor por corrosión al espesor de pared para garantizar la integridad del recipiente a lo largo de su vida útil.

¿Cómo se calcula el peso acumulado en un segmento de un recipiente a presión compuesto por elementos cílíndricos?

El peso acumulado se calcula sumando el peso de cada elemento clínidrico individual desde el tope del recipiente hasta el segmento que se está evaluando en ese momento. Además, se incluye el peso propio del segmento en la suma.

¿Por qué el esfuerzo de corte es considerado despreciable en comparación con los esfuerzos de flexión o las otras cargas?

El esfuerzo de corte generalmente es mucho menor en magnitud que los esfuerzos de flexión u otras cargas, llegando a ser solo el 0.15% del esfuerzo por flexión. Por lo tanto, en el análisis de los esfuerzos, se puede despreciar su contribución a menudo.

¿Cómo se aborda el diseño de un recipiente a presión con varios diámetros en el análisis de cargas de viento?

Cuando un recipiente a presión tiene varios diámetros, es necesario calcular las cargas de viento para cada sección con un diámetro diferente, considerando que el factor de forma y otros factores pueden variar dependiendo del diámetro. Esto puede implicar diferentes coeficientes para diferentes secciones del recipiente.