Diseño de un equipo para determinar deformaciones radiales y tangenciales en cilindros sometidos a presión interna

Abstract

Se construyó un equipo capaz de medir las deformaciones longitudinales y tangenciales de forma directa en un cilindro de pared gruesa o delgada sometido a presión interna. El equipo consta de cinco cilindros, tres de ellos de acero galvanizado, con el mismo diámetro interno y diferentes espesores; estas características se utilizaron para poder calcular una deformación radial promedio y se utilizó un cilindro de aluminio de pared gruesa, para poder comprobar con los anteriores las ecuaciones teóricas del esfuerzo y la deformación. Se comprobó que los esfuerzos que soporta un cilindro de pared gruesa son independientes del material del cual está fabricado. El último cilindro es de acero inoxidable y con él se comprobaron las ecuaciones de cilindros de pared delgada. El sistema hidráulico fue el encargado de presurizar internamente el cilindro para que este se deforme; con el fin de analizar el comportamiento del cilindro, se escogió un intervalo de aumento de presión de 20 en 20psi hasta llegar a 200 psi. Se tomó este rango por razones de seguridad, puesto que el equipo inicialmente va ser utilizado para propósitos académicos. La presión de trabajo se controló a través de una válvula de seguridad y una válvula de compuerta, que restringe el flujo que va al tanque. Se escogió un tipo de sensor biaxial y perpendicular para medir deformaciones en las direcciones longitudinal y circunferencial, y de otro sensor que permitió compensar el error causado por las variables extrañas (temperatura ambiente), puesto que alteró los valores de deformaciones obtenidos a través de las galgas extensiométricas de medición. La deformación unitaria longitudinal teórica está fuertemente influenciada por los cambios de temperatura que experimenta el cilindro debido al calentamiento del aceite hidráulico. Esta influencia es más acentuada a bajas presiones porque no se dispone de un sensor de temperatura con una buena resolución (0.1°).

It was made an equipment capable of measuring the longitudinal and tangential deformations directly on a cylinder of thick or thin wall exposed to internal pressure. The equipment consists of five cylinders, three of which are made of cold rolled steel, with the same internal diameter and different thicknesses; these characteristics were used to be able to calculate an average radial deformation and an aluminum cylinder of thick wall was used, to prove the theoretical equations of effort and deformation; with respect to the former average measurements it was verified that the efforts that a cylinder of thick wall supports are independent from the material of which it is made. The last cylinder is made of stainless steel and with it; the equations of cylinders of thin wall were proved. The hydraulic system was in charge of pressurizing of the cylinder internally in order that this one is deformed; with the purpose of analyzing the behavior of the cylinder, it was chosen an interval of pressure increasement from 20 to 20psi until getting up to 200psi. This range was taken for safety reasons, since the equipment initially is going to be used for academic purposes. The pressure of opperation was controlled by means of a safety valve and a valve of hatch, which restrict the flow that goes to the tank. A type of biaxial and perpendicular sensor was chosen to measure deformations in the longitudinal and circumferential directions, and of another sensor that allowed to compensate the mistake caused by the strange variables (environmental temperature), since it altered the values of deformations obtained by means of the strain gages. The unitary longitudinal theoretical deformation is strongly influenced by the changes of temperature that experiences the cylinder due to the warming of the hydraulic oil. This influence is more accentuated to low pressures because there is not a temperature sensor with a good resolution (0.1 °).