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• Obito Yonkou Paytan Billar

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CILINDROS DE PARED DELGADA INTRODUCCIÓN

Podemos definir pared delgada como aquel sólido elástico en el que una de sus dimensiones es mucha menor que las otras dos. En una envolvente no cabe hablar de línea media, pero sí de superficie media, entendiendo como tal, la superficie tomada por los puntos que equidistan de las dos superficies que limitan la envolvente. Cuando la superficie media es un plano, la envolvente recibe el nombre de placa.

En este tema se van a estudiar exclusivamente aquellas envolventes que cumplen las siguientes premisas: • Envolventes de pequeño espesor. La relación entre su radio de curvatura y su espesor es mayor de 10. • Son superficies de revolución (cono, esfera, cilindro, etc.)

A esta categoría pertenecen elementos constructivos tan habituales como cisternas y tanques de agua, cúpulas de edificios o tuberías de conducción de fluidos.

CALDERINES

CUPULAS

DEPOSITOS

TUBERIAS

Objetivos: Objetivo general:  Relacionar el tema de cilindros de pared delgada con la carrera de ing gas y petróleo. Objetivos específicos: 

Investigar acerca de las tuberías a `presión.



Estudiar los tipos de tuberías



Conocer los diseños de las tuberías



Poner en practica el tema mediante la resolución de un ejercicio de

forma analitica

MARCO TEORICO  Los recipientes de pared delgada constituyen una aplicación importante del análisis de esfuerzo plano. Como sus paredes oponen poca resistencia a la flexión, puede suponerse que las fuerzas internas ejercidas sobre una parte de la pared son tangentes a la superficie del recipiente. Considerando recipiente cilíndrico de radio interior y espesor de pared, que contiene un fluido a presión Se van a determinar los esfuerzos ejercidos sobre un pequeño elemento de pared con lados respectivamente paralelos y perpendiculares al eje del cilindro. Debido a la simetría axial del recipiente y de su contenido, no se ejercen esfuerzos cortantes sobre el elemento.  Determinación de esfuerzos longitudinal y transversal:

 σT = esfuerzo transversal ( aumento circunferencial)

 σL = esfuerzo longitudinal (aumento longitudinal)  Donde:  P = presión del cilindro  R = radio exterior del cilindro  T= espesor de la pared del cilindro

Tuberías a Presión:  Tambien denominadas tuberías forzadas, las tuberías de presión tienen como objetivo conducir el agua u otra sustancia desde el punto en el cual se tiene una gran energía potencial, desde el embase en algunos casos, o desde el tramo final del túnel de conducción en otros ,o desde el denominado pozo de presión o cámara de presión, hasta la casa de maquinas, mas precisamente hasta la turbina.  Se presenta una transformación energética en la tubería a presión, se disminuye la energía potencial, se disminuye la energía potencial del agua a

medida que se desciende y al mismo tiempo se aumenta la energía cinetica y de presión. Partes constitutivas de la tubería de presión Apoyos:  Como su nombre lo dice se trata de obras de soporte de la tubería que tienen la función de sostener su peso y permitir su desplazamiento de la misma debido a la dilatación o contraccion por cambios de temperatura o de carga. Anclajes:  Se trata de una obra civil formada por un masizo de concreto reforzado, que se construye en todos los puntos en los cuales se presenta un cambio de pendiente de la tubería. Estructura que restringe el movimiento axial de la tubería y transfiere cargas de tracción al terreno.  Tuberías para Hidrocarburos:  Con la explotación creciente de los yacimientos de hidrocarburos, a finales del siglo XIXe comenzó a transportar el crudo desde los campos petrolíferos hasta los centros refineros, consumo y puertos de embarque, a través de tuberías de gran diámetro y longitud llamadas oleoductos. Desde entonces, este tipo de transporte ha experimentado un notable auge.  Las tuberías recorren grandes distancias en tramos que pueden ser superficiales, subterráneos o submarinos, y en su recorrido incorporan estaciones de distribución, impulsión o bombeo y otras llamadas ventosas, encargadas de eliminar el aire que se puede acumular en el interior del conducto entorpeciendo la circulación del fluido (Ver Anexo B).  Del transporte de crudos se paso al de carburantes refinados, fuel-oíl, gasolina y otros líquidos con densidad y viscosidad adecuadas para ser impulsadas por una tubería. Con la explotación industrial de los yacimientos de gas natural surgió el problema de su transporte, y así se crearon nuevas redes de tuberías a las que se denomino gasoductos. Generalizando para otros posibles productos, el transporte por tubería engloba todos estos medios de transporte.  El petróleo crudo y el gas natural producidos en el país son transportados por ductos. En cambio los productos de petróleo son transportados por ductos, cisternas, carros tanque, camiones y lanchones de carga fluvial.

Conozcamos, brevemente los términos técnicos mas comúnmente utilizados en el transporte de hidrocarburos por ductos en el país.

a) Ducto.- Tubería para el transporte de crudo o gas natural entre dos puntos, ya sea tierra adentro o tierra afuera. b) Ducto de Transmisión.- Red de ductos que distribuye gas natural de una estación

terrestre,

vía

estaciones

de

comprensión,

a

centros

de

almacenamiento o puntos de distribución. c) Oleoducto.- Conducto de grandes dimensiones, provisto de estaciones de bombas situadas de trecho en trecho, que sirve para transportar el petróleo bruto desde los campos petrolíferos hasta las refinerías o puertos, o desde una u otros hasta los centros de consumo de distribución d) Poliductos.- Conducto de tubería de grandes dimensiones, provisto de estaciones de bombas situadas de trecho en trecho, que sirve para transportar refinados de petróleo desde las refinerías hasta los puertos o hasta los centros de consumo y distribución e) Gasoductos.- Tubería de gran diámetro que sirve para transportar el gas natural y a veces el gas de hulla, desde el sitio donde se extrae o produce hasta los centros de distribución, de utilización o de transformación. f) Red Interna de Ductos.- Corresponde al transporte de hidrocarburos como los refinados de petróleo, gas natural y petróleo crudo con destino al mercado interno. g) Red Externa de Ductos.- Se refiere al transporte de hidrocarburos como el petróleo crudo, gas natural y refinado con destino al mercado externo.

EJEMPLO  El depósito de petroleo como se muestra la figura está fabricado a partir de dos casquetes semiesférico de acero S275 de 8 m de diámetro interior y 20 mm de espesor, unidos mediante tornillos. El gas contenido en el depósito está a una presión de 2MPa Se pide:

a) Comprobar que no se alcanza el límite elástico en el depósito. b) Indicar el número necesario de tornillos para garantizar la unión si la resistencia a tracción de los tornillos es 𝑭𝒕, = 176,4 kN.

 La tensión en el depósito es:  𝜎 = 𝑝𝑟/ 2𝑒 = 2 · 106 · 4/ 2 · 20 · 10-3 = 200 MPa  Así pues según von Mises 

𝜎𝑒𝑞 = 𝜎 = 200 MPa < 275 MPa

 b)El carga total que ha de soportar la unión es  𝑃𝑧 = 𝑝𝐴 = 2 • 106 • 𝜋 • 42 = 100,53 MN

 Por lo tanto, el número de tornillos preciso ha de ser mayor de :  𝑛 > 𝑃𝑧/ 𝑅𝑡, = 100,53 • 106/176,4 • 103 = 569,9  Se precisan al menos 570 tornillos para garantizar la unión.

Metodología  El tipo de metodología que se utilizó para la realización de este trabajo fue el método investigativo y practico con la resolución de un ejercicio relacionado con el tema. Resultados  En este proyecto logramos comprobar que no se alcanza el límite elástico en el depósito e indicamos que 570 tornillo el número necesario para garantizar la unión. Recomendaciones  Se recomienda a los estudiantes de la carrera de ingeniería en gas y petróleo, tomar conciencia de lo importante que es el estudio de la materia de resistencia de materiales de acero porque el conocimiento y su aplicación de la misma son amplia en el campo laboral de un ingeniero en gas y petróleo.

BIBLIOGRAFIA

https://es.slideshare.net/nestorrafael77/esfuerzos-en-recipientes-de-paredes-delgadastubulares

http://blogs.ujaen.es/jsampedr/wp-content/uploads/2012/07/Presentaci%C3%B3n-Tema06.pdf

https://ocw.unican.es/pluginfile.php/1101/course/section/1310/cilindros%20y%20esferas% 20de%20pared%20delgada.pdf