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
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
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
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.