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2018-02-20

Gases ideales en análisis estructural

El estado del gas encerrado se puede describir por medio de estas hipótesis acerca de un equilibrio termodinámico. Esto resulta en la siguiente ecuación general de los gases:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
con las variables de estado
p = compresión
V = sólido
n = cantidad molar
R = constante de gas universal
T = temperatura

Propiedades de los gases ideales

Al mantener constantes ciertas variables de estado en la ecuación general de los gases, se obtienen propiedades especiales del gas ideal. Estar familiarizado con estas propiedades le ayuda a usar gases ideales en el análisis estructural y le ayuda a simular ciertos estados de carga en consecuencia.

Cambio de estado isotérmico (Boyle-Mariotte)
Si mantenemos constantes las variables T y n, y aumentamos la presión aplicada p, se reduce el volumen V de la unidad de gas considerada.

Se aplica lo siguiente:

Cambio de estado de la fase isobara (Gay-Lussac)
Si las cantidades p y n se mantienen constantes y se aumenta la temperatura que actúa, el volumen V de la unidad de gas consideradas se aumenta.

Se aplica lo siguiente:

Cambio de estado isocórico (Amotons)
Si los valores V y n se mantienen constantes y se aumenta la temperatura que actúa T, se aumenta la presión p de la unidad de gas pertinente.

Se aplica lo siguiente:

Uso en análisis estructural

En el análisis estructural, los gases encerrados se usan generalmente para la transferencia de esfuerzos externos. Aquí el requisito es que un esfuerzo que actúa localmente en una cierta ubicación de la capa del sólido se pueda transportar mediante el gas encerrado a otros lados de la capa del sólido.

Esta propiedad se utiliza, por ejemplo, para aislar paneles de vidrio o cojines de membrana inflados. En ambos casos, la capa de sólido que consiste en elementos estructurales se describe y se llena con un gas. Para los paneles de vidrio aislante, la limitación de volumen consiste en capas rígidas de elementos y cojines de membrana hechos de elementos de membrana no rígidos. En ambos casos, sin embargo, la carga de viento o nieve ataca a un lado de la limitación de volumen y se transfiere a través del gas encerrado a los límites de volumen adyacentes.

Dado que la temperatura no cambia bruscamente en las situaciones de carga consideradas en la industria de la construcción, generalmente se simula un gas ideal con propiedades de estado isotérmico en la capa sólida.

Implementación en RFEM

Los sólidos se pueden definir en RFEM, donde se describen en relación con las superficies circundantes. En dicha celda de sólido que consiste en capas circundantes y componentes sólidos, puede introducir un valor del volumen con el tipo "Gas". Este volumen de gas resultante necesita una descripción del gas encerrado y una definición de las variables del estado atmosférico. Las variables del estado atmosférico no tienen efecto en el sólido cerrado y sólo describen una situación inicial para la simulación.

En los casos de carga asignados, se puede aplicar una carga de sólido correspondiente para cada volumen de gas. Para simular sólidos abiertos, es posible especificar las presiones resultantes/sólidos resultantes o cambios en la presión/volumen.

Referencias

[1] Wikipedia: Gas ideal
[2] Wikipedia: ley de los gases ideales
[3] Wagner, R .: Building with cables and membranes. Berlín: Beuth, 2016

Autor

El Sr. Niemeier es responsable del desarrollo de RFEM, RSTAB, RWIND Simulation y en el área de estructuras de membranas. También es responsable del aseguramiento de la calidad y la atención al cliente.

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