PROBLEMAS 3

El apéndice A-12 da las dimensiones del tubo de acero cédula 40 American National Standard. ¿Cuáles de estos tamaños se deben clasificar como de pared gruesa y cuáles se pueden considerar como de pared delgada?

PROBLEMAS 2

Una esfera tiene un diámetro externo dc4(J0 mm y un diámetro interno de 325 mm. Calcule la vanación del esfuerzo radial de adentro hacia afuera en incrementos de 7,5 mm. Use una presión de 10.0 MPa.

PROBLEMAS 1

El diámetro externo de una esfera es de 400 mm y el interno de 325 mm. Calcule la variación del esfuerzo tangencial de adentro hacia afuera en incrementos de 7.5 mm. Use una presión de lO.OMPa.

Recipientes a presión compuestos.

Los materiales compuestos de alta resistencia son adecuados para la fabricación de recipientes a presión. El hecho de que los esfuerzos principales sean tangenciales (anulares) o longitudinales obligan al diseñador de recipientes compuestos a alinear las fibras compuestas en la dirección de los esfuerzos máximos. La envoltura circunferencial de cinta preimpregnada alrededor de cascos de metal o plástico ofrece ahorros significativos de peso en comparación con un diseño únicamente de metal o plástico. 

Para resistí los esfuerzos longitudinales causados por la presión interna junto con otras fuerzas externas algunos tanques se envuelven helicoidalmente además de circunferencialmente. El espesor y la dirección de las capas se pueden adaptar a las cargas específicas esperadas en una aplicación particular. Los materiales seleccionados para recipientes a presión compuestos incluyen fibra de vidrio E/resina epóxica, fibra de vidrio estructural E/resina epóxica y carbono/resina epóxica. 

El costo es una factor de importancia en la especificación del material Los usos principales de los recipientes a presión compuestos incluyen aquellos en los que el peso ligero es un objetivo de diseño importante. El tanque de suministro de aire para los aparatos de respiración autónoma (SCBA) utilizados por los bomberos es un buen ejemplo porque los tanques ligeros permiten una mayor movilidad y menos fatiga. El peso reducido en aviones y naves espaciales permite mayores cargas útiles o un mejor desempeño de tos vehículos aeroespaciales. 

El desarrollo de vehículos terrestres de gas natural comprimido (CNG)requiere la producción de cilindres ligeros para almacenar el combustible CNG. Se están llevando a cabo demostraciones en autobuses, flotillas de vehicculos comerciales y en algunos vehículos de pasajeros. En la referencia 1 se reportan ejemplos de ahorros prácticos de peso. Un depósito de aire comprimido compuesto para vehículos de transpone que pesa 27 libras reemplazó a uno de acero y se ahorraron casi 100 libras Un tanque SCBA de fibra de vidrio estructural/resina epóxica pesa 18 libras comparado con uno de aluminio que pesa 36 libras. Se debe tener cuidado para garantizar que el material compuesto se adhiera bien y se adopte a la geometría de cualquier recipiente. 

Se quiere una atención particular en los extremos abovedados de los cilindros de presión y en la localización de las lumbreras en los costados de una tanque interrumpiria la integridad del devanado de los filamentos Además, la geometría del tanque con frecuencia se adapta para producir esfuerzos gradualemnte variables en las juntas entre las lumnbres cilíndricas y los extremos abovedados dos El espesor de las capas compuestas también se modifica según los esfuerza esperados.

OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA RECIPIENTES A PRESIÓN

Las técnicas de diseño y análisis presentadas basta ahora tuvieron que ver sólo con el análisis del esfuerzo básico decilindros y esferas ideales sin considerar penetraciones y otros cambios de geometría. Desde luego, los recipientes a presión mas prácticos incorporan varias características que hacen que el recipiente se aparte de la forma ideal. Además, con frecuencia se aplican cargas externas que crean esfuerzos que se combinan con el esfuerzo producido por la presión interna. Por ejemplo:

Ejemplo 4

Diseñe un cilindro quo tiene quo sor de titanio envejecido Ti-6A1-4V para almacenar gas natural comprimido a 7500 Ib/plgv El diámetro interno debe ser de 24.00 plg para proporcionar el volumen necesario El esfuerzo de diserto debe ser 11'6 de la ultima del titanio

Ejemplo 3

Un recipiente cilíndrico tiene un diámetro extremo de 400 mm y un diámetro interno de 300mm. Para una presión interna de 20.1 Mpa, calcule el esfuerzo anular, o2 en las superficies interna y externa y en puntos de la pared a intervalos de 10mm. Trace una grafica de O2 con la posición radial en la pared.