Calcule la tensión circular (circunferencial) σh = Pr/t y la tensión longitudinal σyo = Pr/2t en un recipiente o tubería a presión de pared delgada debido a la presión interna. radio y espesor de pared, o resolver el espesor o la presión en su lugar.
Introduzca el presión interna, radio interior, and espesor de pared del recipiente o tubería. La tensión circular es la tensión circunferencial que intenta dividir la pared a lo largo de su longitud; siempre es la mayor de las dos tensiones y gobierna la falla primero.
El gauge pressure de el fluid o gas inside el vessel, en megapascals.
El inside radius de el cylindrical vessel o pipe, en millimeters.
El espesor de el vessel wall, en millimeters. Must ser greater than 0.
Ejemplo predeterminado: presión interna de 5 MPa, radio de 500 mm, pared de 10 mm; un recipiente a presión de acero de tamaño mediano, que brinda σh = 250 MPa.
La tensión longitudinal (axial) se extiende a lo largo del recipiente o tubería: la tensión que debe resistir una costura de soldadura circunferencial (circunferencial). Utiliza la misma presión, radio y espesor de pared ingresados en la pestaña Esfuerzo del aro y siempre es exactamente la mitad de la tensión del aro.
Presión, P—
Radio, r—
Wall espesor, t—
Para cambiar estos valores, vuelva a la pestaña Tensión del aro. Debido a que la tensión circular es siempre la mayor de las dos, la tensión longitudinal rara vez es el modo de falla determinante; pero es importante a la hora de dimensionar soldaduras circunferenciales o tapas de extremo.
¿Ya conoce la tensión del aro objetivo? Resuelva la presión espesor de pared o Calcule el desplazamiento al rojo cosmológico a partir de longitudes de onda observadas y emitidas, y la velocidad de recesión, tanto Doppler relativista clásico como exacto. en lugar de calcular el estrés directamente.
El gauge pressure inside el vessel, en megapascals.
El inside radius de el vessel o pipe, en millimeters.
El espesor de el vessel wall, en millimeters.
El allowable membrane estrés selected de el applicable material specification o design code. Do not substitute yield strength sin applying el correct code rules, temperature limits, weld eficiencia, y safety factors.
Ejemplo predeterminado: resolver el espesor de pared en σh = 250 MPa, P = 5 MPa, r = 500 mm gives t = 10 mm.
Resultado
—
Ingrese la presión interna, el radio y el espesor de la pared para calcular la tensión circunferencial y longitudinal.
Aro σh (MPa)—
Longitudinal σyo (MPa)—
3 min de lectura3 pasos7 términos3 ejemplos6 preguntas frecuentessigma_h = P * r / t
El esfuerzo circunferencial es el número más importante en el diseño de recipientes a presión — es el esfuerzo con mayor probabilidad de causar la falla de un cilindro de pared delgada.
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Paso a paso
Cómo usar esta calculadora
3 pasos▸
1
Ingresa los datos del recipiente
Ingresa la presión interna (MPa), el radio interior (mm) y el espesor de pared (mm) del recipiente a presión o tubería en la pestaña Esfuerzo Circunferencial. Los resultados se actualizan al instante mientras escribes.
2
Lee el esfuerzo circunferencial y longitudinal
La tarjeta de resultado muestra el esfuerzo circunferencial como el número principal y el esfuerzo longitudinal como detalle. El esfuerzo circunferencial siempre es el doble de grande y gobierna la falla primero en un cilindro.
3
Revisa la nota de pared delgada, o resuelve para una incógnita
Aparece una advertencia si tu pared es más gruesa que aproximadamente una décima parte del radio. Cambia a la pestaña Resolver para calcular el espesor o la presión necesarios para alcanzar un esfuerzo objetivo.
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Referencia
Fórmula y metodología
2 fórmulas▸
Esfuerzo circunferencial (hoop)
sigma_h = P * r / t
El esfuerzo circunferencial es igual a la presión interna P por el radio interior r, dividido entre el espesor de pared t. Es el esfuerzo que intenta abrir un recipiente cilíndrico a lo largo de su longitud.
Esfuerzo longitudinal (axial)
sigma_l = P * r / (2 * t)
El esfuerzo longitudinal corre a lo largo del eje del recipiente y es exactamente la mitad del esfuerzo circunferencial para la misma presión, radio y espesor — gobierna las soldaduras circunferenciales.
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Glosario
Términos clave explicados
7 términos▸
Esfuerzo circunferencial (hoop)El esfuerzo circunferencial en la pared de un recipiente a presión cilíndrico, sigma_h = Pr/t. Tiende a abrir el recipiente a lo largo de su longitud y siempre es el doble del esfuerzo longitudinal.
CircunferencialQue corre alrededor de la circunferencia de un cilindro, perpendicular a su eje longitudinal. El esfuerzo circunferencial (hoop) también se llama así porque actúa en esta dirección.
Esfuerzo longitudinalEl esfuerzo axial que corre a lo largo de la longitud de un recipiente a presión o tubería, sigma_l = Pr/2t — exactamente la mitad del esfuerzo circunferencial bajo las mismas condiciones.
Recipiente a presiónUn contenedor sellado, como un tanque, tubería o cilindro, diseñado para contener un fluido o gas a una presión diferente de la presión exterior.
Pared delgadaUna pared de recipiente cuyo espesor t es pequeño en relación con su radio r, específicamente t menor que r/10. Las fórmulas de pared delgada como sigma = Pr/t solo aplican de forma confiable bajo esta condición.
Presión internaLa presión manométrica del fluido o gas dentro del recipiente, medida por encima de la presión atmosférica e ingresada en megapascales (MPa) en esta calculadora.
EstallidoEl modo de falla donde un recipiente a presión se rompe porque el esfuerzo circunferencial excede la resistencia última a la tracción del material — la razón por la que el esfuerzo circunferencial es la verificación de diseño principal.
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Escenarios
Ejemplos del mundo real
3 ejemplos▸
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Ingeniero de procesos
Recipiente a presión de acero
Presión interna 5 MPaRadio 500 mmEspesor de pared 10 mm
A 5 MPa de presión interna con un radio de 500 mm y pared de 10 mm, el esfuerzo circunferencial resulta en 250 MPa y el esfuerzo longitudinal en 125 MPa — dentro del rango de fluencia de los aceros al carbono comunes.
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Ingeniero de tuberías dimensionando una soldadura circunferencial
Comparando esfuerzo circunferencial vs. longitudinal
Presión interna 8 MPaRadio 300 mmEspesor de pared 6 mm
La misma tubería de 300 mm y pared de 6 mm que transporta 8 MPa da un esfuerzo circunferencial de 400 MPa pero solo 200 MPa longitudinalmente — exactamente la mitad — por lo que las soldaduras circunferenciales a menudo pueden usar un diseño más ligero que la costura longitudinal.
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Diseñador seleccionando el espesor de placa
Resolviendo para el espesor mínimo de pared
Esfuerzo circunferencial objetivo 150 MPaPresión interna 4 MPaRadio 750 mm
Para mantener el esfuerzo circunferencial en o por debajo de un valor admisible de 150 MPa en un tanque de 750 mm que contiene 4 MPa, la pestaña Resolver devuelve un espesor mínimo de pared de 20 mm, antes de cualquier margen de corrosión o factor de seguridad.
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Referencia
Citar esta calculadora
APA y MLA▸
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MLA
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Análisis a fondo
Entendiendo el Esfuerzo Circunferencial en Recipientes a Presión
El esfuerzo circunferencial es el número más importante en el diseño de recipientes a presión — es el esfuerzo con mayor probabilidad de causar la falla de un cilindro de pared delgada. Esta calculadora calcula el esfuerzo circunferencial y longitudinal a partir de la presión, el radio y el espesor de pared, y puede resolver para el espesor o la presión en su lugar.
Cómo funciona el esfuerzo circunferencial
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Cuando un fluido o gas empuja hacia afuera contra el interior de un recipiente cilíndrico, la pared resiste en dos direcciones a la vez: circunferencialmente (esfuerzo circunferencial, sigma_h = Pr/t) y a lo largo de la longitud del recipiente (esfuerzo longitudinal, sigma_l = Pr/2t). Debido a que el esfuerzo circunferencial siempre es exactamente el doble del esfuerzo longitudinal para la misma presión, radio y espesor, es el valor que los ingenieros verifican primero al dimensionar una pared o verificar un margen de seguridad. Ambas fórmulas asumen un cilindro de pared delgada con presión aplicada uniformemente y sin cargas externas como flexión o fatiga.
Entradas y su significado
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La presión interna (P) es la presión manométrica del contenido, en megapascales. El radio (r) es el radio interior del cilindro en milímetros — usar el radio exterior en su lugar introduce una sobreestimación pequeña pero predecible del esfuerzo. El espesor de pared (t) debe ser estrictamente mayor que cero; la calculadora bloquea una entrada t = 0 en lugar de dividir por cero. Debido a que la fórmula es una razón simple, duplicar la presión o el radio duplica el esfuerzo, mientras que duplicar el espesor lo reduce a la mitad.
Límites y casos extremos
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Estas fórmulas solo se cumplen para paredes delgadas, generalmente t menor que r/10; los cilindros más gruesos necesitan las ecuaciones de pared gruesa de Lamé, que esta calculadora no calcula, y aparece una nota de advertencia cuando se excede la razón. La calculadora tampoco considera las concentraciones de esfuerzo en boquillas, soldaduras o tapas, los márgenes de corrosión, los efectos de temperatura, ni la fatiga por ciclos de presión repetidos — todo lo cual una revisión completa de diseño mecánico debería incluir antes de finalizar un espesor de pared.
❓
Preguntas
Preguntas frecuentes
6 preguntas▸
¿Cuál es la fórmula del esfuerzo circunferencial?+
El esfuerzo circunferencial en un cilindro de pared delgada es sigma_h = Pr/t, donde P es la presión interna, r es el radio interior, y t es el espesor de pared.
¿Cómo se relaciona el esfuerzo longitudinal con el esfuerzo circunferencial?+
El esfuerzo longitudinal (axial) es sigma_l = Pr/2t — exactamente la mitad del esfuerzo circunferencial para la misma presión, radio y espesor de pared, porque el recipiente resiste la presión de forma diferente a lo largo de su longitud.
¿Qué se considera una 'pared delgada' para estas fórmulas?+
Un recipiente se considera de pared delgada cuando su espesor t es menor que aproximadamente una décima parte de su radio r (t < r/10). Más allá de esa razón, se necesita la teoría de pared gruesa para resultados precisos.
¿Qué esfuerzo gobierna la falla primero, el circunferencial o el longitudinal?+
El esfuerzo circunferencial gobierna, ya que siempre es el doble del esfuerzo longitudinal bajo las mismas condiciones. Los recipientes típicamente fallan abriéndose a lo largo de su longitud primero, en la dirección circunferencial.
¿Qué unidades usa esta calculadora?+
Ingresa la presión interna en megapascales (MPa) y el radio y espesor de pared en milímetros (mm). Debido a que la fórmula es una razón de longitudes consistentes, ambos esfuerzos resultantes salen directamente en MPa.
¿Puedo resolver para el espesor de pared en lugar del esfuerzo?+
Sí. Cambia a la pestaña Resolver, elige 'Espesor de pared' o 'Presión', e ingresa los valores conocidos restantes para resolver para la cantidad que aún no tienes.
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