Depósito del Pampero, ensayo a tracción del acero

[Danielboom]

Estimados he hecho realizar en el Laboratorio de ensayos de la UTN 4 ensayos de tracción a 4 probetas tomadas de depósitos del pampero para los dos tipos de acero que utilizo en ellos.
La idea era verificar ratificar y formalizar el ensayo, de los valores que oportunamente obtuvimos cuando con el ing Omaña en Shark ensayamos en su taller allá por el 10/2013 el material del depósito del Shark,  este ensayo sirvió de base para DIMENSIONAR el del pampero, pues los tubos me los fabrica a pedido y con el mismo acero el mismo proveedor.

Para los que quieran verlo, este es el hilo original:

http://www.foro.fullaventura.com/viewtopic.php?f=3&t=109349&hilit=Nuevos+dep%C3%B3sitos+para+Shark+PCP%2C+video+de+prueba+del+acero

Muchos oportunamente criticaron la "informalidad" de dicho ensayo dónde determinamos que la resistencia del acero SAE 4130 era de 7200 Kg/cm2, la que hoy dia con un ensayo Formal he RATIFICADO...


Les muestro este video, en el que rompemos 4 probetas 2 de acero T22 (según denominación del fabricante) obteniéndose para este una resistencia de 7500 Kg/cm2, y 2 de acero SAE 4130 que nos dió 7200Kg/cm2 idéntico valor al obtenido con el ensayo que llamaron INFORMAL.


https://www.youtube.com/watch?v=0stUO40Eads&feature=em-upload_owner

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Solo resta mostrarles como con ese valor se ha dimensionado el depósito y el porqué digo que es de vida infinita y no requiere de otras pruebas que lo verifiquen.

Llamese Tmax o valor a la resitencia a tracción tomada del ensayo y hágase Ttrabajo de la pieza SIEMPRE menor a este valor eso asegura que esta no se va a romper, el tema es CUANTO MENOR debe ser este valor o sea que COEFICIENTE de SEGURIDAD se le va a aplicar...
Este coeficiente va depender de el tipo de esfuerzo a que esté sometida la pieza en su vida útil, para carga fija o estática puede suponerse 2 lo ideal sería tomar 3 , para carga pulsante debe tomarse 4 o 5 , y para cargas alternativas 5 a 7..

Esto sale de analizar lo siguiente:

VERIFICACIÓN A FATIGA

Cuando un material se halla sometido a esfuerzos variables y repetidos un gran número de veces puede producir su rotura sin deformación previa que anuncie tal riesgo, aún con cargas que actuando en forma estática y constante serían soportadas por el material sin siquiera provocar su deformación permanente
Se define como fatiga a:
El deterioro que se desarrolla en una pieza bajo la acción de ciclos de carga o deformación variables y repetidos en el tiempo.

Conclusiones de Wöheler

a) La tensión de falla, por efecto de cargas repetidas, es inferior a la tensión de rotura bajo carga estática y puede ser aún menor que el límite elástico del material si "El número de ciclos es lo suficientemente grande"
b) Cuando la amplitud del ciclo de solicitación no excede de un cierto valor (Tensión admisible a fatiga), el material "Puede soportar indefinidos ciclos de carga sin correr riesgo de que sobrevenga la rotura"

O sea según Wöheler y el análisis de muchos ensayos realizado por otros autores la aplicación de ciclos de carga a los aceros, hace que se reduzca la tensión de rotura comparada con la estática, en forma significativa desde los 1000 ciclos de carga en adelante, hasta 1.000.000 de ciclos donde prácticamente no se reduce más.
Por encima 10.000.000 de ciclos en adelante, se considera que la Trotura a fatiga permanece casi constante.
Su valor puede determinarse en forma aproximada según distintos métodos.




De este diagrama se determinan 4 Zonas

ZONA 1 , o zona de ROTURA,  cualquier elemento que exeda la curva rompe por  carga o por cantidad de ciclos siendo el límite la curva.

ZONA 2, o de seguridad reducida, cualquier pieza que esté en esa zona (tiene potencialmente la posibilidad de romper pues siempre hay un Nº de ciclos por el cual la rotura puede producirse)

ZONA 3 , o zona de seguridad limitada, cualquier pieza que trabaje con tensiones menores a Tfat no existe Nº de ciclos teóricos que puedan hacerla romper pero y dada la alta tensión de trabajo por problemas de fabricación del material, entallas pequeñas discontinuidades oxidación etc etc , no es posible determinar una seguridad absoluta.
En esta ZONA y con coef de seguridad 2,5 la norma permite dimesionar depósitos de gases sometidos a presión PERO exige la verificación PERIÓDICA de los mismos teniéndoles que hacer PRUEBAS HIDRÁULICAS que de alguna manera verifiquen en el tiempo que todo en la pieza está BIEN como para seguir usándola
Esto consiste en someter  el cilindro a 1,5 veces la presión de trabajo y VERIFICAR que la variacíon volumétrica del cilindro NO EXCEDA del 5%.

ZONA 4, o de seguridad ilimitada, se determina para casi todos los aceros que la Tfat es T máxima/2, si se toma un coef de seguridad 2 respecto a fatiga  se obtiene que Ttrabajo debe ser menor o igual que Tfat/2 = Tmax/4,.
Cualquier pieza que trabaje a una tensión menor a 4 veces la máxima para ese material, o sea con un coef de seguridad mayor o igual a 4 no tiene posibilidades de falla alguna ni por ciclos ni por otras causas estructurales, y no requieren de ser verificadas salvo inspecciones que  tengan que ver con el uso, corrosión golpes etc.

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Para entender como se aplica la teoría a la práctica

Hay que entender que cuando se somete a presión interior un cilindro (tubo) aparecen 2 esfuerzos 1 longitudinal que tiende a alargar el cilindro y el otro transversal que tiende a agrandar o inflar el cilindro, siendo este último del doble del valor del anterior, por ende es el que interesa verificar ya que de haber una falla se va a producir en esa dirección, de allí que las probetas se hayan tomado de esa manera, pues reflejan la verdadera dirección donde estará la mayor solicitación.
Este esfuerzo viene dado por la expresión:

Td  =  Pd x di/ 2 e  siendo    Td=(tensiòn de diseño);  Pd=(presión de diseño normativa = P de trabajo max x 1,1);  di= diámetro interior; e= espesor

En DEFINITIVA hay que verificar que Tdiseño sea menor o igual que la Tmax/4

Reemplazando valores para el depo  del pampero

Pd= 202 Kg/cm2 x 1,1= 224,4 g/cm2;  di= 4cm;  e= 0,25cm;    Tmax/4 = 1800 Kg/cm2= Tadm


SE OBTIENE QUE:   Td= 1796Kg/cm2 QUE ES menor Tadm  o se VERIFICA


Similar razonamiento se realiza para calcular los esfuerzos en las roscas

Se toma la resistencia del SAE 1045 como Tmax= 5000Kg/cm2 con lo cual la TC max= 2500Kg/cm2  TCadm=TCmax/4= 500 Kg/cm2 (valor que es menor al del dural 7075 que actualmente uso en las válvulas)

Con estos valores  se determina que N (num de filetes necesarios)= Fuerza axial/ TCadm Sf       ; siendo Sf sección transversal de 1 filete a media altura;

Reemplazando N =  8,81 Filetes....., SE ADOPTAN 13 filetes para las roscas de las válvulas del pampero  O SEA VERIFICA.


POR ESO AFIRMO QUE EL DEPÓSITO DEL PAMPERO ES SEGURO A INFINITOS CICLOS DE CARGA A LA PRESIÓN DE 200 BARES


Slds
Danielboom

[bronius]

Excelente Daniel

Hay donde ver lo que estas produciendo ?

[Danielboom]

Si por supuesto:























Slds
Danielboom