Utilización de Técnicas de Optimización para el Diseño de Cabezales en Recipientes a Presión

Abstract

Los recipientes a presión utilizados en la industria son estructuras para las cuales el ingeniero debe encontrar el diseño que garantice un desempeño óptimo. Existen distintas técnicas de optimización, que tienen en cuenta el comportamiento mecánico de la estructura. Entre ellas se encuentran el Método de los Desplazamientos Volumétricos y el Método de las Flexiones Volumétricas, que resultan de utilidad para optimizar la forma de distintos elementos estructurales, en este caso, los cabezales de recipientes a presión. En el Método de los Desplazamientos Volumétricos, el objetivo es minimizar los desplazamientos de la estructura y en el Método de las Flexiones Volumétricas minimizar las tensiones de flexión y con esto la energía de deformación. La metodología empleada está basada en la combinación de la modelización geométrica y el análisis de estructuras, con herramientas de optimización. Para hallar los desplazamientos y las tensiones usadas en la función objetivo correpondiente, se empleó el Método de los Elementos Finitos. Las formas de los cabezales pueden ser variadas, siendo las más usuales las de forma esférica y elíptica, pero por razones económicas y constructivas, en muchos casos se utilizan cabezales planos, los cuales deben ser rigidizados para mejorar su estado tensional. En este trabajo se presenta el estudio de diferentes tipos de cabezales, con distintas relaciones h/D, variando desde 0 (cabezal plano) hasta 1,25, siendo la relación 0,50 correspondiente al cabezal semiesférico, las restantes relaciones corresponden a los semielípticos. El mejor comportamiento estructural se obtiene con los cabezales semiesféricos.