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Diseño de la estructura de la concha de cono

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Dec 31, 2024

Cabezas cónicas vienen en diferentes formas, tamaños y propósitos

Al diseñar la estructura de una cabeza cónica, el primer paso es determinar el ángulo de medio vértice requerido. Basándose en este ángulo, se decide entonces si la cabeza de cono debe incorporar una brida. Las consideraciones de diseño son las siguientes:

- Para un ángulo de medio ápice (α) ≤ 30°, tanto los extremos grandes como pequeños de la cabeza cónica pueden utilizar conchas cónicas desplegadas.
- Para 30º ≤ α ≤ 45º, el extremo grande debe plegarse, mientras que el extremo pequeño puede permanecer desplegado si los cálculos de resistencia son satisfactorios.
- Para 45° ≤ α ≤ 60°, los extremos grandes y pequeños de la carcasa cónica deben tener bordes plegados.
- Para α > 60°, se usan típicamente cabezales planos, o se debe llevar a cabo un análisis de tensión para determinar el diseño.

1. Concha de cono excéntrica

Algunos equipos, como reboilers y receptores de cerdos, requieren conchas cónicas excéntricas. Estas son estructuras especiales en forma de cono utilizadas para conectar dos cilindros con ejes paralelos pero diferentes diámetros. Al diseñar tales carcasas para equipos sometidos a presión interna, el ángulo incluido entre la carcasa de cono excéntrico y el cilindro no debe exceder de 30º. Además, la diferencia entre los ejes de los dos cilindros no debe ser superior a la mitad de la diferencia en sus diámetros.

2. Cálculo de la cabeza cónica

Debido al cambio geométrico en la conexión entre la cabeza cónica y el cilindro, el radio de curvatura varía, lo que conduce al empuje lateral. Esto genera una mayor tensión de borde, haciendo que el cono sea más susceptible a la flexión. Por lo tanto, en el proceso de diseño, es crucial calcular no solo el grosor de la cabeza cónica sino también comprobar si la conexión entre la cabeza cónica y el cilindro requiere refuerzo.

3. Diseño reforzado de la concha de cono

La conexión entre la carcasa cónica y el cilindro debe evaluarse para determinar si es necesario un refuerzo. GB150 proporciona un diagrama de refuerzo que ayuda a evaluar si la conexión requiere un refuerzo adicional. Los factores clave que influyen en esta determinación incluyen el ángulo del medio vértice de la carcasa cónica, la presión interna y la tensión permitida del material utilizado a la temperatura de diseño.

En la práctica, se pueden hacer ajustes al ángulo de la mitad del vértice o a la selección del material para satisfacer requisitos específicos de diseño. Si es necesario aumentar el grosor de la carcasa de cono para el refuerzo, se debe añadir una sección reforzada en la unión entre la carcasa de cono y el cilindro. El grosor de este refuerzo debe coincidir con el grosor de la sección de refuerzo del cilindro.

4. Cálculo de la concha cónica SW6

El software SW6 simplifica el cálculo del diseño de la cabeza cónica al permitir al usuario introducir parámetros clave como la presión de diseño, la temperatura de diseño, el diámetro del cilindro y la selección del material. Este software ayuda a evaluar si la cáscara de cono requiere refuerzo y proporciona el grosor y la longitud necesarios para el refuerzo. nbsp;

Por ejemplo, en un diseño típico de cono de reboiler:
- La longitud requerida de la sección de refuerzo de extremo pequeño es de 39,23 mm, con un grosor calculado de 2,70 mm.
- La longitud requerida de la sección de refuerzo cilíndrico es de 36,71 mm, con un grosor calculado de 2,70 mm.
- La longitud requerida de la sección de refuerzo de extremo grande es de 84,39 mm, con un grosor calculado de 3,10 mm.

5. Fabricación de cabeza cónica

Debido a la estructura única de la cabeza cónica, su proceso de fabricación difiere de otros tipos de cabezales. Para cabezales cónicos sin bordes plegados, generalmente se utiliza el laminado directo para completar la soldadura y estampado. Para cabezales cónicos con bordes plegados, se requiere un proceso más complejo. Típicamente, se usa una placa de acero en forma de ventilador para blanquear, que luego se enrolla en forma usando una máquina de laminación de placas y se solda.

Como componente esencial de presión de los recipientes, son cruciales el diseño estructural y los cálculos de verificación de la cabeza cónica. El grosor de la carcasa cónica y el diseño de la sección de refuerzo se determinan típicamente mediante cálculos auxiliares utilizando herramientas como SW6.