Diseño de Recipientes a Presión. Clase 6B. Cargas por Sismo

Summary

El script proporcionado es una transcripción de una clase sobre el cálculo de cargas sísmicas en recipientes a presión de diferentes diámetros. El profesor explica en detalle cómo se calcula la fuerza de corte en la base del recipiente utilizando una metodología distinta a la del maguey, que incluye factores como el peso normal de operación, el factor de zona sísmica (Z), el coeficiente de estructura (K) y el coeficiente de flexibilidad (C). Seguidamente, se aborda el cálculo del periodo fundamental de vibración y su importancia en el coeficiente de flexibilidad. El profesor también profundiza en la distribución triangular de las cargas sísmicas y cómo se reparten estas cargas en las distintas secciones del recipiente. Además, se discuten los momentos y fuerzas actuantes en cada sección y cómo se calculan. Finalmente, se realiza un análisis de los esfuerzos en diferentes casos de carga, como el recipiente lleno y vacío, y se muestra cómo se determinan los espesores de pared necesarios para que el recipiente resista las cargas de sismo, asegurando así su integridad y seguridad.

Takeaways

• 📚 Se aborda el cálculo de cargas por sismo en recipientes a presión, utilizando una metodología distinta a la del maquey.
• 🌟 La fuerza de corte en la base del recipiente se calcula con una ecuación que incluye el peso normal de operación, el factor de zona de sismo y un coeficiente de estructura.
• 📏 El coeficiente de estructura (K) generalmente se toma como 2 para recipientes cilíndricos, pero puede variar entre 0,67 y 3 dependiendo de la estructura.
• ⏲️ El coeficiente de flexibilidad (C) depende del período fundamental de vibración del recipiente y se calcula con una fórmula específica.
• 📉 Para períodos de vibración menores que 0,12 segundos, el factor C se toma usualmente como 0,1, ya que no se requiere una gran precisión en su cálculo.
• 📊 Se utiliza una distribución triangular de cargas sísmicas para repartir la fuerza por efecto del sismo en las distintas secciones del recipiente.
• 📐 El recipiente se divide en secciones para determinar la distribución de cargas y momentos, considerando que el peso de cada sección es concentrado en su centro de gravedad.
• 🔢 Los datos para el cálculo incluyen el peso completo del recipiente, la altura, el diámetro y la ubicación de las secciones, así como el factor de zona de sismo (Z) y el coeficiente de flexibilidad (C).
• 📉 Se calcula la fuerza de corte en la base y la fuerza en el tope del recipiente, lo que permite determinar la distribución de cargas sísmicas triangular.
• 🧮 Los momentos en cada sección se calculan considerando los momentos flectores y las fuerzas de corte en las secciones inferiores.
• 🔩 Se lleva a cabo un análisis detallado de las deflexiones y esfuerzos en cada sección del recipiente, teniendo en cuenta las cargas, los momentos flectores y las rotaciones.

Q & A

¿Cuál es la ecuación utilizada para calcular la fuerza de corte en la base del recipiente?

La ecuación para calcular la fuerza de corte en la base del recipiente es Z * W * K * C, donde Z es el factor de zona de terremoto, W es el peso normal de operación del recipiente, K es el coeficiente de estructura y C es el coeficiente de flexibilidad.

¿Cómo se determina el factor de zona de terremoto (Z)?

El factor de zona de terremoto (Z) es un coeficiente numérico que depende de la zona sísmica. Generalmente, se encuentra en mapas de zonificación sísmica y puede variar según la región. Por ejemplo, para la zona 1, Z podría ser 0.25, para la zona 2, Z podría ser 0.50, y para la zona 3, Z podría ser 1.

¿Cómo se calcula el coeficiente de flexibilidad (C)?

El coeficiente de flexibilidad (C) se calcula con la ecuación C = 1 / √(T^2), donde T es el periodo fundamental de vibración del recipiente en segundos en la dirección bajo consideración. Para períodos T menores que 0.12 segundos, el factor C usualmente se toma como 0.1.

¿Qué es la distribución triangular de las cargas sísmicas y cómo se relaciona con la fuerza de corte en la base del recipiente?

La distribución triangular de las cargas sísmicas es una forma de repartir la fuerza debido al sismo de manera triangular en las distintas secciones del recipiente. La fuerza en el tope del recipiente (ft) en este caso vale 0.04 * B * (H/D)^2 y debe ser menor que 0.15 * b, donde b es la fuerza de corte en la base del recipiente.

¿Cómo se calculan las cargas sísmicas y los momentos actuantes sobre un recipiente a presión vertical tipo columna con dos diámetros diferentes?

Para calcular las cargas sísmicas y los momentos actuantes sobre un recipiente de esta naturaleza, se divide el recipiente en varias secciones, no más de 10, y se calcula la fuerza de corte y el momento en cada sección. Luego, se utiliza la distribución triangular de cargas para repartir la fuerza en cada sección y se calculan los momentos con respecto a la base.

¿Cómo se determina el peso acumulado de cada sección del recipiente?

El peso acumulado de cada sección se determina asumiendo que el peso de cada sección (W) está concentrado en su centro de gravedad. Estos pesos se reparten en las distintas secciones del recipiente para efectos de cálculo.

¿Qué es la altura del recipiente (H) y cómo se relaciona con la fuerza en el tope del recipiente?

La altura del recipiente (H) es la medida desde la base hasta el centroide de la sección en la que se encuentra el recipiente. La fuerza en el tope del recipiente (ft) está relacionada con la altura del recipiente a través de la ecuación ft = 0.04 * B * (H/D)^2, donde B es el diámetro del recipiente en esa altura y D es el diámetro planeado del recipiente.

¿Cómo se calcula el periodo fundamental de vibración (T) del recipiente?

El periodo fundamental de vibración (T) del recipiente se calcula utilizando la ecuación T = 2π√(I/(W*g*H^2)), donde I es la inercia de la sección, W es el peso de la sección, g es la aceleración debido a la gravedad y H es la altura de la sección.

¿Qué es la inercia de la sección y cómo se calcula?

La inercia de la sección es una medida de la capacidad de un objeto para resistir el cambio en su estado de rotación. Se calcula con la ecuación I = π * D^4 * t / 64, donde D es el diámetro del recipiente y t es el espesor de la pared del recipiente.

¿Cómo se determinan los esfuerzos admisibles para el diseño del recipiente?

Los esfuerzos admisibles se determinan por el material con el que está hecho el recipiente, las condiciones de diseño, como la temperatura y la presión, y por factores de seguridad. Estos valores suelen ser proporcionados en las especificaciones del diseño o se pueden calcular utilizando ecuaciones y tablas de ingeniería.

¿Qué ocurre si los esfuerzos calculados para el recipiente superan los esfuerzos admisibles?

Si los esfuerzos calculados superan los esfuerzos admisibles, es necesario ajustar el diseño del recipiente. Esto puede implicar aumentar el espesor de las paredes, modificar la geometría del recipiente o cambiar el material para asegurar que el recipiente pueda resistir las cargas previstas sin fallar.