AUTORES : KEVIN OMAR PACHECO HERRERA JUAN SEBASTIÁN ROJAS VELÁSTEGUI

1. DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICACARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICATEMA: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA RECIPIENTES A PRESIÓN” AUTORES: KEVIN OMAR PACHECO HERRERA JUAN SEBASTIÁN ROJAS VELÁSTEGUI

2. CONTENIDO

3. 1. INTRODUCCIÓN

6. OBJETIVO GENERAL • Diseñar y construir un banco de pruebas para el análisis de esfuerzos y deformaciones en recipientes a presión mediante el método de prueba de presión

7. OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Construir un recipiente a presión cilíndrico con una cabeza semiesférica y otra toriesférica en cada extremo, el cual contará con la instrumentación y las conexiones necesarias para la ejecución de la prueba de presión. • Diseñar y construir el banco de pruebas para la realización de la prueba de presión al recipiente antes mencionado. • Obtener los valores de deformaciones y esfuerzos presentes en el recipiente a presión al ser sometido a una presión de prueba, mediante el uso de galgas extensiométricas y rosetas de deformación • Analizar mediante elementos finitos los esfuerzos presentes en el recipiente a la presión de prueba, compararlos con los datos teóricos obtenidos y con los datos experimentales dados por las galgas extensiométricas y rosetas de deformación. • Desarrollar un procedimiento guía para la realización de prácticas de laboratorio, con el objetivo de medir esfuerzos y deformaciones en distintas geometrías de un recipiente a presión (cabeza semiesférica, toriesférica).

8. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO

9. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS TEORÍA DE LAS MEMBRANAS

10. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Elemento diferencial general del cascarón Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

11. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Elemento diferencial general del cascarón Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

12. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Elemento diferencial simplificado del cascarón Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

13. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Descomposición de las fuerzas longitudinal y circunferencial Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

14. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Descomposición de las fuerzas longitudinal y circunferencial Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

15. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Sabiendo que y sustituyendo en la ecuación anterior, obtenemos: Descomposición de las fuerzas longitudinal y circunferencial Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

16. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Los esfuerzos normales y , toman el nombre de esfuerzo circunferencial y longitudinal respectivamente, estos esfuerzos expresados por unidad de longitud, se expresan de la siguiente manera: sentido circunferencial sentido longitudinal Descomposición de las fuerzas longitudinal y circunferencial Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

17. TEORÍA DE CASCARONES AXISIMÉTRICOS Análisis de la sección A1 B1 C1 Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

18. Cilindro simple con fondos-presión interior uniforme • Condiciones de frontera • Radio longitudinal y • Radio circunferencial Cilindro simple con fondos-presión interior uniforme Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

19. Esfera simple-presión interior uniforme • Condiciones de frontera Esfera simple-presión interior uniforme Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

20. Toroide-presión interior uniforme • Condiciones de frontera Toroide-presión interior uniforme Fuente: (Pisarenko, Yákovlev, & Matvéev, 1989)

21. Relación de Poisson: Estados de deformación biaxial

22. Relación de Poisson: Estados de deformación biaxial

23. Transformación de deformación plana Aplicando la identidad: = = Ya que las deformaciones son pequeñas, se aproxima: =  Estado de deformación plana

24. Transformación de deformación plana Al sustituir el resultado anterior e ignorando los productos de las deformaciones se obtiene:  Estado de deformación plana

25. Transformación de deformación plana: Roseta de deformación

26. Extensómetros metálicos: Galgas extensiométricas

27. Extensómetros metálicos: Rosetas de deformación Extensómetros: uniaxial, biaxial, triaxial Fuente: (Forero Casallas, s.f.)

28. Extensómetros metálicos: Rosetas de deformación Rosetas de deformación utilizadas

29. 3. DISEÑO

30. Diseño del recipiente a presión

31. Selección del material Acero inoxidable 304

32. Selección del material

33. Acero Inoxidable 304 Valor del esfuerzo a la fluencia del acero inoxidable 304 ASME Boiler and Pressure Vessel Code II Part D. Fuente: ASME,2010

34. Acero Inoxidable 304 Valor del esfuerzo a la fluencia del acero inoxidable 304 ASME Boiler and Pressure Vessel Code II Part D. Fuente: ASME,2010

35. Limitaciones de conformado Espesor=3mm Diámetro=420mm Dimensiones máximas= (1000x500)mm

36. Soldadura de los componentes • Electrodo de Tungsteno 2% torio • Argón como gas inerte TIPO 3 Uniones circunferenciales, no más de 5/8 pulg de espesor y no mas de 24 pulg de diámetro externo

37. Soldadura de los componentes Es tan fuerte como la más delgada de los materiales unidos • Unión se hace correctamente La unión será más fuerte que el metal original Mott, R. L. (2004). Diseño de elementos de máquinas. México: Pearson Education

38. Soldadura de los componentes

39. Soldadura de los componentes • Evitar la fusión del electrodo de tungsteno: • Electrodo negativo • Gas de protección inerte tal como el argón

40. Soldadura de los componentes • Soldadura de aceros inoxidables: • 16-21% Cr • 10-15% Ni • 0-3% Mo • Tipos 316, 316L, 317L, 316 Ti

41. Soldadura de los componentes

42. Selección de bomba hidráulica

43. Determinación de la presión de operación Tanto el esfuerzo circunferencial como el longitudinal, tomarán este valor 205 MPa Garantizar la integridad de las personas y del equipo de prueba

44. MAWP: Máxima presión de trabajo permitida Cabeza semiesférica Cuerpo cilíndrico Cabeza toriesférica

45. Determinación de la presión de operación 1,38 Mpa 200 PSI 1,94 Mpa 280,95 PSI Presión de Prueba FS=1.4

46. Selección de bomba hidráulica • Cambios: • Contenedor, acero inoxidable 304 • Válvula en acero inoxidable 304/1000WOG

47. 4. CONSTRUCCIÓN

48. Recipiente a presión: Sistema de válvulas • Accesorios roscados NPT • Acero inoxidable 304/1000 WOG

49. Recipiente a presión: Conformado • CUERPO CILÍNDRICO • Baroladora • Acero inoxidable 304 • Dimensiones: (1320x600x3)mm • Espesor t = 2,91 mm • Diámetro exterior = 420 mm

50. Recipiente a presión: Conformado • CABEZA TORIESFÉRICA • Molde • Acero inoxidable 304 • Dimensiones: • Espesor t = 2,5 mm • b= 160 mm • a= 75 mm • 32°