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Dudas referente al ejercicio practico de cálculo de tensiones.
Saludos tutores, @luis-ramos @ramonformacionindustrial
Referente al ejercicio, tengo las siguientes dudas:
1. Al momento de calcular las tensiones, ¿Porqué se suman todas las tensiones para cada apartado? Es decir, para Tensiones longitudinales (Se suman todas), de igual manera para las tensiones cortantes y radial. Pregunto esto porque no leo que diga en el enunciado por ejemplo, tensiones total longitudinales, tensiones total cortantes y tensiones totales de Hoop Stress. Ó, es simplemente que siempre se suman para obtener un valor total de cada una (Longitudinal, cortante y Hoop Stress). (Ver Imagen 1).
2. Al momento de sumar las tensiones Longitudinales, no entiendo como suman teniendo unidades diferentes, debido a, La Fuerza Axial (Al momento de calcular la Tensión longitudinal Axial) da como resultados en unidades de kg*f/cm^2. Y, las demás tensiones longitudinales (Por presión y flexión) dan como resultado unidades de kg/cm^2. (Ver imagen 2)
3. Tomando la pregunta anterior (Nº2), sucede el mismo caso al momento de colocar las unidades de todos los resultados (Tensión cortante máxima, Hoop Stress, y tensiones longitudinales). ¿Por qué le colocan kg*f/cm^2? No se de donde sale esa unidad de fuerza si por ejemplo en Hoop Stress y tensión cortante en ningún dato de la formula esta multiplicado por la fuerza. (Ver imagen 3)
4. En las teorías de falla cuando hablan de tensión de corte de fluencia, ¿Por qué se refiere siempre a S1?, ¿Es siempre así?. Del mismo modo, ¿S2 es el Hoop Stress?. Finalmente, ¿Por qué para todas las teorías de falla S2 y S3 son cero? (Ver Imagen 4)
Agradezco su aclaratoria, por favor. Saludos
😀
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4 Respuestas
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Saludos nuevamente tutores @luis-ramos @ramonformacionindustrial
Me ha surgido otra incertidumbre,
1. En el caso de este ejercicio, ¿Cómo puedo comprobar si realmente la tubería resiste a esas cargas y no va a fallar?, ¿Cuál teoría de falla debo tomar y cual sería el procedimiento?.
Gracias por su tiempo.
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Buenos días @Josesoglia ,
Respondo a estas cuestiones en cadena,
1. Al momento de calcular las tensiones, ¿Porqué se suman todas las tensiones para cada apartado? Es decir, para Tensiones longitudinales (Se suman todas), de igual manera para las tensiones cortantes y radial. Pregunto esto porque no leo que diga en el enunciado por ejemplo, tensiones total longitudinales, tensiones total cortantes y tensiones totales de Hoop Stress. Ó, es simplemente que siempre se suman para obtener un valor total de cada una (Longitudinal, cortante y Hoop Stress). (Ver Imagen 1).
Tenemos que sumarlas todas para obtener la resultante. El valor de tensiones de un tipo, como longitudinal o cortante, tiene lugar por diferentes cargas. En el caso de la longitudinal, por ejemplo, según las cargas por presión, flexión y fuerza axial. Por lo tanto para conocer el valor de tensión final es necesario sumar todas las componentes, de ahí que sumemos todas en el ejercicio.
2. Al momento de sumar las tensiones Longitudinales, no entiendo como suman teniendo unidades diferentes, debido a, La Fuerza Axial (Al momento de calcular la Tensión longitudinal Axial) da como resultados en unidades de kg*f/cm^2. Y, las demás tensiones longitudinales (Por presión y flexión) dan como resultado unidades de kg/cm^2. (Ver imagen 2)
Aunque sean conceptos (físicamente hablando) diferentes los kg pueden sumarse con los kgf sin problema, ya que tienen una equivalencia 1:1 1kgf=1kg, de ahí que podamos obtener las unidades finales en kgf/cm^2
3. Tomando la pregunta anterior (Nº2), sucede el mismo caso al momento de colocar las unidades de todos los resultados (Tensión cortante máxima, Hoop Stress, y tensiones longitudinales). ¿Por qué le colocan kg*f/cm^2? No se de donde sale esa unidad de fuerza si por ejemplo en Hoop Stress y tensión cortante en ningún dato de la formula esta multiplicado por la fuerza. (Ver imagen 3)
Es algo parecido a lo que te comentaba en la cuestión anterior, aunque sean conceptos físicamente diferentes, pueden sumarse 1:1 ya que guardan la misma relación, para obtener finalmente kgf y poder operar con ello.
4. En las teorías de falla cuando hablan de tensión de corte de fluencia, ¿Por qué se refiere siempre a S1?, ¿Es siempre así?. Del mismo modo, ¿S2 es el Hoop Stress?. Finalmente, ¿Por qué para todas las teorías de falla S2 y S3 son cero? (Ver Imagen 4)
S1 y S2 son las tensiones principales, y se relacionan con la tensión Hoop y Longitudinal con las fórmulas resultado del círculo de Mohr (imagen 1). S1 es el valor de máxima tensión, y por eso recibe el nombre de tensión principal 1 y adopta el valor de la tensión de fluencia ya que es el valor máximo de tensión con el que estamos comparando.
En el caso de la prueba axial trabajamos con una única carga axial correspondiente a la fuerza de tracción de la máquina de pruebas, por lo que el resto de tensiones asociadas a la probeta de prueba se mantienen en cero.
5. En el caso de este ejercicio, ¿Cómo puedo comprobar si realmente la tubería resiste a esas cargas y no va a fallar?, ¿Cuál teoría de falla debo tomar y cual sería el procedimiento?.
Las teorías de fallas son conceptos teóricos en base a pruebas de laboratorio para determinar propiedades del material, por lo que para determinar el fallo real de la tubería lo ideal es acudir a software de diseño o directamente a la ASME, con las teorías de falla podemos calcular si un material va a fallar según los resultados del ensayo de tracción, pero sus resultados no deben ser tomados como la decisión final. Principalmente porque los valores de tensiones longitudinal o hoop, son muy complejos de encontrar en sistemas de tuberías completos.
Dicho esto, para calcular la integridad del material (ojo, del material) podemos aplicar la ecuación del final del tema (imagen 2), sustituir los valores obtenidos para las tensiones longitudinal, hoop y cortante y compararla con Sh = tensión de fluencia x factor de seguridad para conocer si el material de la tubería se comportaría de una forma aceptable.
Si se cumple la relación, aún tendríamos que realizar análisis de estrés y cálculo de espesor por presión según ASME (u otra) para afirmar que la tubería cumple, pero si no cumple la relación podemos afirmar que el material no es válido, sin pruebas adicionales.
Espero te sea de utilidad Jose Enrique, Estamos en contacto, Saludos! 😁
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Saludos tutor @ramonformacionindustrial
Referente a la pregunta:
4. En las teorías de falla cuando hablan de tensión de corte de fluencia, ¿Por qué se refiere siempre a S1?, ¿Es siempre así?. Del mismo modo, ¿S2 es el Hoop Stress?. Finalmente, ¿Por qué para todas las teorías de falla S2 y S3 son cero? (Ver Imagen 4)
Entiendo que S1 es considerado el esfuerzo de fluencia por ser el mayor valor de tensión en este caso que estamos considerando. Por lo tanto, siempre se debe tomar S1 como el valor de máxima tensión?. Es decir, ¿Existe alguna posibilidad en la cual S2 sea el valor de mayor tensión y por ende el esfuerzo de fluencia?5. En el caso de este ejercicio, ¿Cómo puedo comprobar si realmente la tubería resiste a esas cargas y no va a fallar?, ¿Cuál teoría de falla debo tomar y cual sería el procedimiento?.
En referencia a la repuesta dada en esta pregunta Dicho esto, para calcular la integridad del material (ojo, del material) podemos aplicar la ecuación del final del tema (imagen 2), sustituir los valores obtenidos para las tensiones longitudinal, hoop y cortante y compararla con Sh = tensión de fluencia x factor de seguridad para conocer si el material de la tubería se comportaría de una forma aceptable.”
¿Cuál sería el FS?, ¿Existe alguna tabla donde se encuentre tabulado?
Cuando indica que si se cumple la relación, aun se debe realizar un cálculo de espesor según ASME, ¿Pudiese ser como los procedimientos que aplicamos en la primera Sección del curso donde calculamos los espesores de diseños de las tuberias?
Sería de gran ayuda que colocaran algún ejemplo completo donde se compruebe que en realidad la resista y no va a fallar.
Agradezco su comprensión y tiempo, tutor.
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Buenos días @Josesoglia , veamos estas cuestiones,
Entiendo que S1 es considerado el esfuerzo de fluencia por ser el mayor valor de tensión en este caso que estamos considerando. Por lo tanto, siempre se debe tomar S1 como el valor de máxima tensión?. Es decir, ¿Existe alguna posibilidad en la cual S2 sea el valor de mayor tensión y por ende el esfuerzo de fluencia?
Siempre debemos considerar S1 ya que, si nos fijamos en la fórmula de tensión principal S1 (imagen 1), el segundo término aparece sumando, lo cual nos aleja en la dirección positiva de S en el círculo de Mohr, dando lugar al mayor valor de tensión.
5. En el caso de este ejercicio, ¿Cómo puedo comprobar si realmente la tubería resiste a esas cargas y no va a fallar?, ¿Cuál teoría de falla debo tomar y cual sería el procedimiento?.
En referencia a la repuesta dada en esta pregunta Dicho esto, para calcular la integridad del material (ojo, del material) podemos aplicar la ecuación del final del tema (imagen 2), sustituir los valores obtenidos para las tensiones longitudinal, hoop y cortante y compararla con Sh = tensión de fluencia x factor de seguridad para conocer si el material de la tubería se comportaría de una forma aceptable.”
¿Cuál sería el FS?, ¿Existe alguna tabla donde se encuentre tabulado?
Generalmente se toma 2/3 por ser el mismo factor que toman la ASME B31.3 para la tensión admisible. Es un buen valor para el factor de seguridad.
Cuando indica que si se cumple la relación, aun se debe realizar un cálculo de espesor según ASME, ¿Pudiese ser como los procedimientos que aplicamos en la primera Sección del curso donde calculamos los espesores de diseños de las tuberias?
Exacto! 😁 En este tema retomamos las tensiones desde un punto de vista mecánico para profundizar más en el comportamiento del material, pero el dimensionamiento por presión para un determinado espesor debe seguir lo que vemos en lecciones anteriores ya que ahí ya están tabuladas las tensiones admisibles de los materiales según ASME, con coeficiente de seguridad incluido. Ese es el motivo por el que estos criterios aplican al material, no tanto a la tubería completa.
Sería de gran ayuda que colocaran algún ejemplo completo donde se compruebe que en realidad la resista y no va a fallar.
Lo teníamos! pero tuvimos que suprimirlo ya que nos llegaron algunas noticias de alumnos que usaban el criterio para calcular sistemas de tuberías completos y, lógicamente, cometían errores conceptuales en el diseño. Al no estar presente el ejemplo se hace más patente la necesidad de calcular mediante Autopipe o ASME.
No obstante, he encontrado un ejemplo muy sencillo, buceando en nuestra base de datos de cursos anteriores, usando el criterio de tensión máxima (tiene los formatos antiguos de las lecciones pero igual se entiende). Lo adjunto a modo anecdótico, pero mi consejo es no calcular el comportamiento real del sistema con ello y usarlo sólo a nivel académico/laboratorio. Ten en cuenta que son resultados derivados del ensayo de tracción de una probeta 🤓
Este tema es muy interesante para profundizar cuánto queramos, estamos en contacto!👍🏽
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