21.0 Calculando la expansión térmica de vasijas y barras de retención

21.1 Expansión/Contracción de barras de retención Las barras de detención conectadas a vasijas que están sujetas a cambios térmicos pueden introducir fuerzas significantes que afectan la precisión del sistema. El método de conexión y la longitud de las barras de retención directamente afectan a esas fuerzas. La Figura 21-1 muestra una barra de retención rígidamente conectada a una abrazadera de cada lado - una abrazadera está montada rígidamente, la otra no está conectada, así permitiendo que la barra expanda y contraiga libremente. Mientras que la temperatura suba y baja, la longitud de la barra aumentará o disminuirá respectivamente. El cambio en

líneal (a) lo cual es una característica del material de la cual esta hecha la barra. Figura 21-1. Se utiliza el coeficiente de expansión térmica (a) para varios materiales usados en la construcción de vasijas y barras de retencion. Por ejemplo: Si la barra utilizada en la Figura 21-2 está hecha de acero 1018, entonces a = 6.5 x 10-6. Si la barra tiene una longitud de 48” y la temperatura aumenta por 60°F, la longitud de la barra crecerá por: Esto muestra que una barra de acero de 48” expandirá por .019” como resultado de un subir de temperatura de 60°F. Puede que esto parezca insignificante hasta que consideren las fuerzas que pueden resultar si la barra de retención está confinada rígidamente en cada termino como en la Figura 21-3. En la Figura 21-2, una barra de hiero de 1” en diámetro y 48” de largo está conectada a una abrazadera en cada termino y ambas abrazaderas están montadas rígidamente. Si se ajusta la barra para que inicialmente no esté bajo ninguna tensión, una subida subsecuente de temperatura de 60°F causará que la barra ejerce una fuerza de 9.000lb en cada abrazadera. Por eso hay que diseñar e instalar correctamente los sistemas de restricción para que no se muevan y/o no apliquen fuerzas laterales grandes a la vasija de pesaje.

Figura 21-2.

21.2 Expansión/Contracción de la vasija Fluctuaciones en la temperatura causarán que las vasijas crezcan y contraigan. La Figura 21-3 ilustra esto lo mejor. Mostrado debajo es una vista desde encima de una vasija rectangular. La línea sólida representa su tamaño a una temperatura de 70°F y las líneas entrecortadas adentro y afuera representan su tamaño a 40°F y 100°F respectivamente. La cantidad que los lados van a aumentar/disminuir en longitud puede ser encontrada usando

la formula de expansión de la cual hablamos anteriormente. Figura 21-3.

Si la vasija está hecha de acero dulce, la longitud va a variar por ± .028" (6.5 x 10-6 x 144 x 30), y la anchura va a variar por ± .016" (6.5 x 10-6 x 84 x 30) mientras que la temperatura fluctúa por ± 30°F. Será aparente que si la celda de carga está sujetada rígidamente por su montaje, se van a aplicar enormes fuerzas laterales a la celda, por lo tanto hay necesidad de utilizar un montaje que puede acomodar expansión/contracción debido a cambios en la temperatura. En el caso de una vasija cilíndrica como en la Figura 21-4; el

Figura 21-4.

Ejemplo: Si una vasija cilíndrica es de 96” de diámetro, hecho de acero inoxidable 304, y es sujetada a una subida de temperatura de 80°F como el resultado de ser llenado de un líquido caliente, entonces el diámetros aumentará por:

= .074" Las vasijas que tienen tubería conectada pueden ser sujetadas a fuerzas severas como resultado de variaciones en temperatura si no se han ejecutadas las conexiones correctamente. Vale la pena notar que las vasijas expanden y contraen verticalmente al igual que horizontalmente cuando hay cambios en la temperatura. Tubería conectada de una forma rígida puede magnificar los efectos de esta expansión, como visto en la Figura 21-5. Vean (Conectando tubería a vasijas de pesaje) en la Sección 20.0 en la página 40 para encontrar pautas detalladas sobre este tema.

Figura 21-5.