En este artículo discutiremos diferentes hechos relacionados con el estrés radial.
La presión interna y la presión externa comprimen radialmente el recipiente a presión, lo que da como resultado tensiones de compresión denominadas tensión radial, la convención de signos de uso común considera las tensiones de compresión como negativas. La tensión radial está representada por σr
Las tres tensiones principales (circunferenciales, axiales y radiales) que actúan sobre un recipiente a presión son mutuamente perpendiculares entre sí. Entre los tres esfuerzos σr actúa en la dirección del radio del cilindro o esfera.
¿Qué es el estrés radial?
Las presiones actúan en diferentes direcciones sobre un objeto cilíndrico o esférico que se denominan tensiones axiales, radiales y tangenciales.
Las tensiones radiales se pueden formular en función de la presión interna y la presión ambiental y los radios interior y exterior de un recipiente a presión. En la superficie interior del cilindro, el σr es igual a la presión interna.
En el exterior, es igual a la presión externa (14 psi o 0.1 MPa). A través del grosor del cilindro, varía casi linealmente entre esos valores. Si consideramos una tubería cilíndrica que transporta fluidos, diferentes tipos de cargas como cargas de peso (peso de la tubería, peso del fluido, etc.), presiones (diseño interno y externo y presiones de operación), cambio de temperatura, cargas ocasionales (fuerza slug, fuerza de sobretensión) crear tensiones en un sistema de tuberías.
Estas cargas intentan deformar la tubería y, debido al efecto de la inercia, la tubería creará alguna fuerza de resistencia interna en forma de tensiones.
¿Qué es la tensión radial en un recipiente a presión?
Las tensiones radiales actúan de manera diferente en un recipiente a presión según el espesor de la pared y la forma del recipiente.
Si la superficie interior de un cilindro experimenta presión, las tensiones máximas se desarrollarán en la superficie interior y si la superficie exterior sufre una fuerza de presión, las tensiones máximas actuarán sobre la superficie exterior.
Los recipientes a presión son recipientes grandes especialmente diseñados para contener líquidos y gases, la presión interior siempre es diferente de la presión exterior, la presión interior de un recipiente a presión generalmente se mantiene en un lado más alto. Los organismos celulares y las arterias de nuestro cuerpo son el ejemplo natural de los recipientes a presión.
Los recipientes a presión que contienen vacío se mantienen a una presión interna más baja que la atmósfera.
En general, para un recipiente a presión podemos suponer que el material utilizado es isotrópico, las deformaciones de las presiones son pequeñas y el espesor de la pared del recipiente es mucho más pequeño que el radio exterior e interior del recipiente. Las latas de aerosol, los tanques de buceo y los grandes contenedores industriales, las calderas, etc. son ejemplos de recipientes a presión.
¿Qué es el estrés radial en tuberías?
La tensión radial en las tuberías se debe a la presión interna dentro de la tubería creada por el fluido o el gas.
La tensión radial actúa en las tuberías en forma de tensión normal y actúa paralelamente al radio de la tubería. El valor permanece dentro del rango de presión de diseño interno y la presión atmosférica actúa sobre la superficie interna y externa respectivamente. los σr que se desarrolla perpendicularmente a la superficie está dada por σr= -p.
En comparación con otras tensiones normales que actúan en las tuberías, el valor de σr es significativamente menor, por esta razón, el esfuerzo longitudinal y el esfuerzo circunferencial solo se consideran para fines de diseño de tuberías. σr generalmente se ignora.
¿Cómo calcular la tensión radial en la tubería?
La tensión radial es una tensión normal presente en la pared de la tubería, actúa en una dirección paralela al radio de la tubería.
σr actúa en las tuberías en forma de tensión normal y actúa paralelamente al radio de la tubería. El valor permanece dentro del rango de presión de diseño interno y la presión atmosférica actúa sobre la superficie interna y externa respectivamente.
Consideremos el σr en una tubería presurizada, la sección transversal de la pared de la tubería se caracteriza por su radio interior y su radio exterior.
σr= -Pint
σr= -Pcon
El signo menos se debe a la naturaleza compresiva de las tensiones.
En una ubicación arbitraria dentro de la pared de la tubería, las fuerzas provocan una compresión que es contrarrestada por el material de la pared de la tubería.
Valor de la estrés compresivo A lo largo del espesor de la pared de la tubería, la expresión para la distribución de tensiones dentro de la pared de la tubería viene dada por el teorema de Lame.
La expresión para
La expresión contiene muchos valores fijos como ro, Ri, Pi, Po solo el radio (r) es solo variable.
En otras palabras
La tensión radial se reduce desde el valor de presión interior al valor de presión exterior.
Máximo σr es simplemente el valor de la presión interna de la tubería
σ rmáx=pint
Fórmula de estrés radial
La tensión normal que actúa hacia o desde el eje central del cilindro se conoce como tensión radial.
Se utiliza un conjunto de ecuaciones conocidas como ecuaciones de Lames para calcular las tensiones que actúan sobre un recipiente a presión. En el caso de una tubería σr varía entre la presión interna y la presión ambiental.
σr=AB/r2
σθ=A+B/r2
Donde A y B son la constante de integración y se pueden resolver aplicando condiciones de contorno.
Y "r" es el radio que puede ser un radio interior o un radio exterior.
Fórmula de tensión radial para cilindro grueso
Un recipiente a presión se considera grueso cuando D/t< 20 donde 'D' es el diámetro del recipiente y 't' es el espesor de la pared.
En el caso de un cilindro grueso, los esfuerzos que actúan son principalmente el Estrés Circunferencial o Radial y el Estrés Radial. Debido a la presión interna que actúa dentro del recipiente, se desarrollan algunas tensiones en la pared interior del recipiente a lo largo del radio del recipiente, lo que se conoce como tensiones radiales.
La ecuación de Lame se utiliza para cuantificar las tensiones que actúan sobre un cilindro grueso. El σr para cilindro grueso en un punto r desde el eje del cilindro se da a continuación
Donde ri= radio interior del cilindro
ro = radio exterior del cilindro
pi= presión absoluta interna
po= presión absoluta exterior
En la superficie interior de la pared del cilindro el σr es máximo y es igual a pi - Po es decir, presión manométrica.
Fórmula de tensión radial para cilindro cónico
El efecto de la tensión radial en el caso de un cilindro delgado no es cero, pero no vale la pena considerar su efecto para el diseño y el análisis.
En el caso de un cilindro delgado, la tensión circunferencial y las tensiones axiales son mucho mayores que σr, por lo tanto, para un cilindro delgado, generalmente se ignora el esfuerzo radial. En el caso de un cilindro grueso σr generado es equivalente a la presión manométrica en la superficie interior del cilindro y cero en la superficie exterior.
Fórmula de estrés radial para esfera
Las tensiones que actúan normales a las paredes de la esfera son tensiones radiales.
El σr actuando sobre la pared exterior de una esfera es cero ya que la pared exterior es una superficie libre.
σr fórmula para una esfera es σr=-pagi/2,para espesor medio t/2
σr=-p, para radio interior
σr=0, para radio exterior
¿Es la tensión radial extensible?
Los esfuerzos radiales son siempre de naturaleza compresiva.
La tensión radial en un recipiente a presión se genera debido a la acción de la presión interna ejercida por el fluido interior y la presión ambiental sobre la superficie exterior. En una ubicación arbitraria dentro de la pared del recipiente a presión, las fuerzas provocan una compresión que es contrarrestada por el material de la pared.
pi y pe comprimir la capa radialmente, generando σr, según la convención de la mecánica continua, estas tensiones son negativas.
El σr en el radio interior y exterior son respectivamente
σri=-pagi
σre=-page
Las tensiones se distribuyen uniformemente a lo largo del espesor de la estructura, la media aritmética de las tensiones dará la tensión radial σr,
σr=(σri+σre) / 2
σr=-(pagi+pe)/2 ecuación (1)
donde pi=0, page= 0,
Eq(1) da
σr=-pagi/2
σr=-page/2
¿Es el estrés radial negativo?
Las tensiones radiales actúan en la dirección radial de un recipiente a presión y, al igual que la tensión tangencial o circunferencial, también lo son.
responsable de la deformación diametral de un recipiente.
En general, la tensión radial es de naturaleza compresiva y actúa entre la superficie interior y exterior de un recipiente cilíndrico y, según la convención de la mecánica continua, las tensiones radiales son negativas.
¿Es la tensión radial una tensión principal?
Sí, la tensión radial es una tensión principal.
La tensión radial es la tensión hacia o desde el eje principal de un recipiente a presión. En el caso de un cilindro grueso, la distribución de esfuerzos es a lo largo del grosor del cilindro. El máximo σr se obtiene en el radio interior del cilindro.
¿Es el esfuerzo radial el esfuerzo cortante?
El esfuerzo cortante τ es el componente del esfuerzo que es coplanario con la sección transversal de un material.
Debido a la expansión por cortante de una estructura, se desarrollan tensiones radiales que actúan en la dirección normal de la interfaz. Como resultado, la resistencia al esfuerzo cortante de la interfaz mejora considerablemente, lo que a su vez mejora en gran medida la capacidad de carga final de la estructura de anclaje.
Esfuerzo cortante clasificado como esfuerzo cortante directo y esfuerzo cortante torsional. A partir de la década de 1960, la estructura de anclaje en forma de refuerzo temporal y permanente se ha utilizado con frecuencia en ingenierías civiles y mineras.
¿Es el estrés radial el estrés normal?
Una tensión radial es una tensión normal coplanaria al eje de simetría pero que actúa perpendicularmente al eje de simetría.
Las tensiones normales siempre actúan en una dirección normal a la cara de la estructura cristalina de un material, existen tanto en la naturaleza de compresión como en la de tracción. Las tensiones radiales son un tipo de tensión normal y de naturaleza compresiva.
Conclusión:
Para concluir el artículo, podemos afirmar que las tensiones actuando en la dirección radial de un recipiente a presión σr tienen gran importancia al igual que los otros dos esfuerzos principales (aro y axial), especialmente en el diseño de un recipiente a presión cilíndrico o esférico de paredes gruesas.
Soy Sangeeta Das. He completado mi Maestría en Ingeniería Mecánica con especialización en Motores IC y Automóviles. Tengo alrededor de diez años de experiencia en la industria y el mundo académico. Mi área de interés incluye motores IC, aerodinámica y mecánica de fluidos. Puedes alcanzarme en
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