Diseño de recipientes a presión: 17 hechos que debe saber

by

Tensiones primarias y secundarias en recipientes a presión | Análisis de tensión de recipientes a presión | Procedimiento de diseño de recipientes a presión:


El primer paso en el diseño de un recipiente es el propósito de la aplicación y las especificaciones que funcionan con las características del recipiente. El medio ambiente y la naturaleza de los líquidos y gases son otros factores importantes.
Los parámetros implican en el diseño:

  • La temperatura y la presión (máxima seguridad).
  • Factor de seguridad.
  • La capacidad de contener el volumen.
  • Tolerancia de corrosión
  • Temperatura de diseño.


Vaso esférico:


M=\\frac{3}{2}PV\\frac{\\rho }{\\sigma }
dónde,
M = masa, (kg)
P = diferencia de presión (la presión manométrica), (Pa)
V = volumen,
\\rho = La densidad del material del recipiente, (kg / m3)
\\sigma = La tensión de trabajo máxima que puede tolerar el material. (Pensilvania)

Vaso cilíndrico con extremos hemisféricos:


M=2\\pi R^{2}(R+W)P\\frac{\\rho }{\\sigma }
dónde,
R = radio
W = ancho del cilindro medio
ancho total = (W + 2R)
Estrés en recipientes a presión de paredes delgadas:
\\sigma _{\\Theta }=\\sigma largo=\\frac{Pr}{2t}
tensión en el eje longitudinal

p es la presión manométrica interna,
r es el radio interior de la esfera,
El espesor de la pared de la esfera se denota por t.

Ecuaciones de recipientes a presión para estrés | Ecuaciones de recipientes a presión | Fórmula de recipiente a presión | recipiente de presión de tensión longitudinal:

\\sigma _{\\Theta }=\\frac{Pr}{t}
\\sigma largo=\\frac{Pr}{2t}
sigma = tensión en la dirección longitudinal, p es la presión manométrica interna y sigma = tensión en la dirección longitudinal
r es el radio interior de la esfera,
El espesor de la pared de la esfera se denota por t.

diseño de recipientes a presión
diseño de recipientes a presión
Crédito de la imagen: cdang, Embalse cylindrique sous pression contrainte, CC BY-SA 3.0

Diseño mecánico de recipientes a presión | Diseño de recipientes a presión | cálculos de recipientes a presión | cómo diseñar un recipiente a presión | dimensiones del recipiente a presión

crear un esquema del diseño:
Diseñe y cree los requisitos del recipiente utilizando las dimensiones.
Incluya dimensiones como forma, diámetro, longitud, presión, temperatura y material de construcción.
Descubra la resistencia mecánica:
Descubra los cálculos mecánicos utilizando el software.
El software proporciona dibujos en 2D o 3D:
dibujo de diseño del recipiente a presión:

Estándares de diseño:
El propósito de la aplicación del recipiente.
Presión y temperatura de funcionamiento
Materiales para la fabricación
Tipo de cabeza de recipiente
Orientación: horizontal o vertical
Dimensiones
Aberturas y conexiones
Requisitos de calefacción y refrigeración.
Acabado de la superficie
Factores externos
Las tensiones de diseño se ajustan utilizando factores de seguridad aplicados a las propiedades del material, que incluyen:
Fuerza de producción (temperatura de diseño)
Resistencia máxima a la tracción (temperatura ambiente)
Resistencia a la fluencia (temperatura de diseño)

Diseño de junta para recipiente a presión:

Una junta está diseñada de tal manera que las bridas deben poder crear la cantidad específica de carga de compresión en la superficie del recipiente. Creó un sello sin presión. La junta debe fijarse a las superficies de la brida y comprimirse para reducir los huecos y espacios internos.


Diseño de un recipiente a presión no circular:

Debido a la geometría de la forma cilíndrica, la mayoría de las bridas de los recipientes a presión y las tuberías tienen una sección transversal circular. Sin embargo, hay algunos recipientes a presión o conductos a presión donde se requiere una forma rectangular o no circular, ya sea por razones de espacio o de proceso.


Diseño de recipientes a presión de agua:

examen HIDROSTATICO
Diseño de recipientes a presión de agua
Crédito de la imagen: Pedro Southwood, Examen HIDROSTATICO, CC BY-SA 4.0


Prueba hidrostática usa agua para la prueba.
Es un método que comprende sistemas de tuberías, cilindros de gas, calderas y recipientes a presión. Estos componentes se prueban para comprobar la resistencia y cualquier tipo de fuga del sistema.
Las pruebas hidráulicas son bastante necesarias para la reparación y sustitución del equipo que funcionará en las condiciones deseadas.
La prueba hidrostática es el tipo de prueba de presión que puede funcionar utilizando agua y llenando los componentes con agua que elimina el aire contenido dentro del sistema. y presuriza el sistema con hasta 1.5 veces la presión de diseño.

Cómo calcular la carga estática en un recipiente a presión:


Diseño de tapa de extremo de recipiente a presión (cabezas):
La presión de diseño del recipiente incluye:
Altura estática = Presión resultante del peso del líquido
Actuando sobre la presión interna.
Una altura de líquido más alta da como resultado una presión más alta.
La presión estática del fluido es independiente de la forma, masa total o área de superficie del líquido.
presión = peso / área = mg / A

Diseño de faldón de recipiente a presión:


Generalmente se proporciona soporte de faldón a las columnas altas.
La orientación vertical del contenedor se apoya en el soporte de faldón en recipientes a presión. El beneficio de usar soportes de faldón es que reduce la cantidad de tensión en los soportes.
El faldón es una columna de carcasa cilíndrica con un diámetro igual o mayor que el diámetro exterior del recipiente.
La falda está soldada al fondo de la embarcación y se asienta sobre la placa de apoyo.
La placa de apoyo se encuentra en la parte superior del sistema de cimentación de hormigón.

Diseño de soporte de faldón de recipiente a presión:

  1. El peso muerto del buque.
  2. El peso operativo de la embarcación.
  3. Cargas laterales
  4. Carga de viento
  5. Carga sísmica

Los faldones son los soportes que se utilizan en los recipientes a presión verticales. No toman carga de la presión del fluido dentro del contenedor.
El peso del recipiente y el fluido en el interior y las cargas ambientales en conjunto se consideran para el diseño del soporte del faldón.
Los faldones dan el diseño menos costoso para el soporte de los recipientes a presión más altos.
W + Fw + Ew = Carga total.

Diseño de un recipiente a presión con camisa:

Un recipiente con camisa es un recipiente diseñado para controlar la temperatura de su contenido rodeando el recipiente con una "camisa" de enfriamiento o calentamiento a través de la cual circula un fluido de enfriamiento o calentamiento.
Una chaqueta es una cavidad exterior que proporciona una consistencia de intercambio de calor entre el fluido que se mueve en su interior y las paredes del recipiente.
Los recipientes a presión compuestos sin revestimiento (CPV), también conocidos como tanques de tipo 5 (tipo V) en algunos sectores, son los recipientes a presión compuestos más eficientes (presión de rotura x volumen / peso).

Diseño de recipiente de presión de vacío:

El diseño del recipiente de presión de vacío utiliza una presión de diseño que está de acuerdo con el vacío total del estado del recipiente en el que la presión interna es vacío y la presión externa se convierte en 100 kpa, que es la presión atmosférica.


Cálculos de fatiga de recipientes a presión:

Primero se determina la vida de fatiga del material. La fatiga del material se determina probando muchas muestras para verificar la falla del material.
En cada nivel de tensión, debería poder calcularse el número de ciclos. Las muestras de prueba son barras redondas altamente pulidas que son tan idénticas como las puede hacer la fabricación. Una barra de prueba se gira con una carga aplicada de modo que una fibra en la superficie de la barra esté en tensión y luego en compresión a medida que la barra gira, lo que da como resultado una inversión de tensión completa como se muestra.

Hay varios ciclos de estrés, cada uno con una magnitud de estrés y un número de ciclos diferentes. El daño por fatiga de cada ciclo de estrés se suma, por lo que se debe calcular el efecto total de todos los ciclos de estrés. La regla de Miner:

Formas de recipientes a presión:


Aunque los recipientes a presión pueden tener potencialmente cualquier forma, la mayoría están formados por porciones de esferas, cilindros y conos.
Un diseño popular es un cilindro con tapas de extremo llamadas cabezas. Las formas de cabeza más frecuentes son hemisféricas o cóncavas.

Diseño de un soporte vertical para recipientes a presión:


Tienen una mejor distribución de la presión, lo que los hace más seguros.
Utilizan menos energía porque la gravedad permite que su contenido fluya con facilidad y sin esfuerzo.
Requieren menos espacio en el suelo para su habitación.

Método de compensación de área en recipiente a presión:


El refuerzo de la boquilla es el método de compensación del área.
Este método se utiliza cuando hay una abertura en la sección de corte del recipiente a presión.

Se quita un área del caparazón y la cabeza. El área eliminada debe ser igual al área agregada y debe reforzarse en una cantidad igual de área cerca de la abertura.


análisis de recipientes a presión compuestos:


El objetivo del análisis del sistema de recipientes a presión compuestos es que debería aumentar la capacidad de almacenamiento del sistema al nivel específico. Por lo tanto, utilizando el recipiente de acero, se debe realizar un análisis detallado del diseño del recipiente de acuerdo con las tensiones multiaxiales que resultan del sistema de diseño del tanque en la región de transición del cilindro y la culata.

Espesor mínimo de pared para recipiente a presión:


1/16 de pulgada es el espesor mínimo de pared que se utiliza para los recipientes a presión.
fórmula del volumen del recipiente a presión:

dónde,
V = volumen,
r = radio de la superficie interna
a = área del recipiente
I = momento de inercia.

Tensiones principales del recipiente a presión:


Hay dos tensiones principales en el recipiente a presión.
Tensión del aro
tensión longitudinal
Esto muestra que la tensión a lo largo de la superficie del recipiente debe tener un resultado que equilibre la presión interna.

Preguntas frecuentes / notas breves:


¿Cuál es el propósito de un recipiente a presión?


Los gases y líquidos se mantienen a altas presiones dentro de recipientes a presión.
Los recipientes a presión se utilizan en calderas, depósitos, cilindros neumáticos de alta presión y usos industriales, entre otros.


¿Cómo funcionan los recipientes a presión?


Funciona a mayor presión o presiones crecientes. Alcanza la presión que hace que la función de aplicación funcione de manera que contenga los gases o los líquidos en los tanques de almacenamiento.
Proporciona la presión a través de las válvulas o a través del transferencia de calor.


¿Cuáles son los tipos de recipientes a presión?

Los tipos de recipientes a presión dependen del diseño de los recipientes para la funcionalidad de las aplicaciones en las industrias. Principalmente, los recipientes a presión se pueden dividir en tipos de acuerdo con su propósito para las aplicaciones. Según los factores anteriores, principalmente los recipientes a presión tienen tres tipos:


Recipientes de almacenamiento:

Estos tanques son principalmente útiles para aplicaciones industriales. Estos se utilizan normalmente de forma horizontal o vertical. Almacena líquidos y gases como aceite, cloro y gases naturales. Puede estar disponible en cualquier rango de tamaño. Está disponible en formas variables como cilíndrica o esférica por sus formas verticales u horizontales. El material utilizado para la fabricación del tipo de producto es acero al carbono considerando el ambiente externo.
Estos recipientes necesitan una construcción cuidadosa ya que las sustancias internas pueden ser malas sin un mantenimiento adecuado.
Recipientes de proceso:

Los recipientes de proceso se diseñan según los requisitos de la aplicación durante la construcción para alcanzar las especificaciones requeridas. Se pueden realizar varios procesos en recipientes a presión.
Los recipientes a presión se pueden utilizar junto con otros productos según la aplicación. Por lo tanto, el material de fabricación requerido para dichos componentes de recipientes puede ser de un material único o de múltiples materiales diferentes.
Esta presión requiere los siguientes factores importantes:
Diseño adecuado
Selección adecuada de material en función de las propiedades que alcance los requisitos de la aplicación.
Construcción cuidadosa y adecuada según especificación.


¿Cuál es la distinción entre un autoclave y un recipiente a presión?


Un autoclave es un tipo de recipiente a presión.
La principal diferencia entre ambos es que los autoclaves son el tipo de recipientes a presión que utilizan alta presión y altas temperaturas, el cuerpo debe ser capaz de soportar temperaturas y presiones tan altas.

El diseño de recipientes a presión es un tema muy amplio, continuaremos publicando un artículo sobre Recipientes a presión. Para más artículos, haga clic aquí.