Blog sobre Comparando las cabezas de los vasos de presión torisféricos y planos hemisféricos elípticos

Los recipientes de presión cumplen funciones esenciales en las industrias química, petrolera y farmacéutica.Las cabezas deben soportar la presión interna mientras se integran con las cáscaras cilíndricas para formar límites de presión completos.La selección de la cabeza influye profundamente en la seguridad de los buques, la complejidad de fabricación y la economía operativa.

Nuestro análisis se centra en un recipiente cilíndrico construido de acero SA-516 grado 70 de 0,5 pulgadas de espesor, con un diámetro exterior de 48 pulgadas y un diámetro interno de 47 pulgadas.000 psi a 100 °FEn el caso de las soldaduras totalmente radiografiadas y sin corrosón, los cálculos ASME VIII-1 establecen una presión de diseño de 420 psi.

* Incluye una brida recta de 1,5 pulgadas

La geometría radial simple del diseño hemisférico logra una distribución óptima de la tensión, requiriendo solo un grosor de 0,2474 pulgadas – la mitad del grosor de la pared del cilindro.Si bien es eficiente en materia para aplicaciones de alta presión, estas cabezas suelen requerir una construcción soldada de varias piezas, aumentando la complejidad de fabricación.

• Ventajas:Utilización superior del material (45% más ligero que el cilindro); distribución uniforme de la tensión; ideal para tanques de almacenamiento esféricos.
• Las limitaciones:Costos de fabricación significativos; requisitos de altura sustanciales.
• Aplicaciones:Sistemas de alta presión; recipientes de gran diámetro; proyectos sensibles a los materiales.

El diseño semielíptico común 2:1 (profundidad = 1/4 de diámetro) ofrece un compromiso práctico entre el rendimiento y la fabricabilidad.estas cabezas pueden ser formadas de placas simples, lo que los hace económicamente favorables para aplicaciones de baja presión.

• Ventajas:Fabricación simplificada; perfil de altura moderada; rentable para presiones estándar.
• Las limitaciones:Concentraciones de tensión más altas que en los hemisferios; el grosor se aproxima a los requisitos cilíndricos.
• Aplicaciones:Los buques de presión media/baja; las instalaciones de altura limitada; los proyectos sensibles al presupuesto.

Con un radio de corona de 48 pulgadas y un radio de nudillos de 2.973 pulgadas, las cabezas torisféricas alcanzan una altura mínima (10.29 pulgadas) pero requieren un grosor de 0.8901 pulgadas ∼78% más grueso que el cilindro.Las concentraciones de estrés a menudo requieren un tratamiento térmico posterior a la formación.

• Ventajas:Profile de altura mínima; adecuado para presiones moderadas.
• Las limitaciones:Concentraciones de esfuerzo severas; fabricación compleja; restricciones de colocación de las boquillas.
• Aplicaciones:Instalaciones con espacio limitado; sistemas de presión moderada.

Confiando enteramente en la resistencia a la flexión, las cabezas planas exigen un espesor extremo (3.912 pulgadas) al tiempo que proporcionan superficies internas planas.Los ingenieros a menudo emplean soluciones alternativas como placas finas reforzadas o revestimientos de hormigón para reducir el peso.

• Ventajas:Construcción simple; superficies interiores planas.
• Las limitaciones:Peso excesivo (3,8 × masa del cilindro); altas concentraciones de tensión.
• Aplicaciones:Procesos especiales que requieren superficies planas; sistemas de baja presión.

Las fórmulas ASME VIII-1 para componentes cilíndricos y hemisféricos producen tensiones de Tresca cercanas al límite de diseño de 20.000 psi.060 psi) que permanecen dentro de las franquicias VIII-2En particular, los cálculos de von Mises dan un 12% menos de tensiones en cilindros pero valores equivalentes en hemisferios.

Tanto los diseños semielípticos como los torisféricos demuestran mayores tensiones de transición, con cabezas torisféricas que con frecuencia exceden los límites VIII-2 cerca de las boquillas.Los análisis de cabeza plana revelan tensiones centrales a la mitad de las permitidas 30,000 psi límite de flexión, indicando reglas de diseño conservadoras.

La selección óptima de la cabeza equilibra los requisitos de presión, las limitaciones espaciales, las capacidades de fabricación y los factores económicos.Las cabezas hemisféricas sobresalen en escenarios de alta presión a pesar de los problemas de fabricaciónLas cabezas torisféricas sirven para instalaciones sensibles a la altura, mientras que las cabezas planas siguen siendo soluciones especializadas.A medida que avanza el análisis de elementos finitos, los diseñadores obtienen oportunidades para optimizar los perfiles de espesor manteniendo los márgenes de seguridad.