Diseño y economia

Título: Recipientes a presión, diseño y economía.
Autores: Ing. Eusebio V. Ibarra Hernández
Ing. Marlene Dupin Fonseca
Dr. Idalberto de la C. Mendoza Díaz.
Ing. Tomas Alonso Madrazo
Centro de Estudios de Química Aplicada. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.

Resumen: En el artículo, partiendo de un estudio de distribución de tensiones, seplantean algunas recomendaciones para el diseño de recipientes sometidos a presión. Se expone una relación numérica donde se vinculan el espesor requerido para un elemento tipo placa (tapas circulares planas), y el necesario en uno tipo bóveda (cuerpo cilíndrico). Además se abordan por separado, consideraciones de cómo reducir, en la propia etapa de proyecto, el espesor necesario para las tapaselípticas, y las toriesféricas, (elementos tipo bóvedas) manteniendo invariables los parámetros geométricos y de trabajo.

Summary: Taking as start point a stresses distribution study, some recommendations are given in this article about the pressure vessel design. A numerical rate is exposed where the required thickness for both type of elements, the plate or flat type (flat circular head) andshell type (cylindrical shell) are entailed. Furthermore the main considerations to reduce, from the design stage, the required thickness for elliptical and torispherical heads maintaining invariable the geometrical and work parameters are separately discussed.

Palabras Claves: Recipiente a presión, diseño, tensiones, bóvedas, placas.
Key Words: pressure vessels, design, tensions, vaults,plates.

Introducción: Constituyen los recipientes a presión uno de los elemento más comunes que Ud. puede encontrar en el proceso de producción de azúcar. La bibliografía especializada los define como aparatos cerrados capaces de resistir un diferencial de presión entre sus partes interiores y exteriores 4. La incidencia del fluido sobre la superficie no solo provoca altas presiones si no quefrecuentemente implica, además: calor, inflamabilidad, nocividad, etc. Todo esto conlleva a la necesidad de garantizar una óptima seguridad durante su puesta en explotación, lo cual implica que desde la propia etapa de proyecto tenga que seleccionarse “adecuadamente” las formas y parámetros de sus diferentes partes.

Además del incremento en las presiones y de las condiciones adversas durante sufuncionamiento, el actual desarrollo en la industria ha implicado un aumento en la cantidad y dimensiones de estos recipientes, obligando a valorar alternativas de diseño que permitan garantizar aparatos relativamente ligeros.

ANÁLISIS DE LAS TENSIONES EN PLACAS O BÓVEDAS.
Las formas geométricas básicas involucradas en los recipientes sometidos a presión, a pesar de la complejidad en apariencia quepueda presentar el aparato, pueden ser divididas en dos grupos: los elementos tipo placa (tipo 1) y las bóvedas (tipo 2). Ver figura 1. Las tensiones en cada una de estas formas geométricas se comportan de manera distinta bajo las mismas condiciones de presión, temperatura y dimensiones, es por ello que su estudio comparativo puede ser utilizado como herramienta de trabajo cuando se requiere de undiseño adecuado.
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Fig. 1. Formas geométricas básicas en un recipiente a presión.

Tensiones en elementos tipo placa.
Entre los elementos tipo placa empleados en la fabricación de recipiente se encuentran las placas rectangulares (para presiones no significativas) y las circulares planas. La Figura. 2 muestra una tapa circular plana apoyada libremente por su contorno y sometida a unapresión unilateral (p). Bajo la presión, la cara cargada se pone cóncava mientras que en la cara opuesta se desarrollan tensiones de tracción.
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Figura. 2. Distribución de tensiones en elementeo tipo placa.

Las tensiones, a través del espesor de la placa, varían desde la tracción en la cara convexa hasta la compresión en la cara cóncava. La teoría clásica de la flexión en placas está...