La geometría, los materiales de fibra y los materiales de revestimiento de los recipientes compuestos de alta presión afectan directamente el rendimiento del producto; por lo tanto, la evaluación debe basarse en criterios integrales.
Esférico. Para recipientes de alta presión totalmente metálicos, la estructura esférica es óptima. Desde una perspectiva de resistencia, una carcasa esférica es isotrópica, una propiedad que se alinea bien con la isotropía inherente de los materiales metálicos. En comparación con otras formas, un recipiente esférico tiene una superficie más pequeña para un volumen determinado, lo que resulta en un recipiente más liviano.
Además, la capacidad de carga de una esfera es el doble que la de un cilindro; en consecuencia, la mayoría de los recipientes de alta presión totalmente metálicos utilizan un diseño esférico para lograr las mejores métricas de rendimiento general.
Sin embargo, para los recipientes compuestos de alta presión, la disposición isotrópica es una consideración principal. El bobinado del filamento de vasos esféricos está restringido a "grandes círculos", lo que significa que el filamento debe enrollarse a lo largo de la circunferencia del diámetro máximo para evitar el deslizamiento. El ángulo entre las fibras y los meridianos varía según las diferentes latitudes: es más pequeño en el ecuador y alcanza los 90 grados en la abertura polar, donde la fibra es tangente al borde de la abertura. Debido a que los componentes meridional y circunferencial de la fuerza de bobinado difieren a lo largo de las trayectorias de bobinado, el vaso, a pesar de su forma esférica (que implica una carga uniforme en todas las direcciones), no puede cumplir eficazmente con los requisitos de presión uniforme debido a la anisotropía de las fibras enrolladas. Si bien el uso de múltiples devanados circulares con aberturas polares ampliadas puede mejorar el estado de tensión, lograr un diseño de igual resistencia sigue siendo difícil.
Cumplir con los requisitos de igual resistencia requiere un laminado isotrópico, pero los procesos de bobinado y el equipo necesarios para lograrlo son complejos. En las condiciones actuales, resulta más práctica una forma cilíndrica con extremos abovedados. Se han logrado avances importantes en la tecnología de envoltura isotrópica para recipientes esféricos de alta presión y se han llevado a cabo investigaciones especializadas sobre patrones de bobinado y equipos para estas estructuras. Sin embargo, desde una perspectiva de desarrollo a largo plazo, el vaso compuesto esférico puede no ser la forma elegida para aplicaciones futuras.
Cilíndrico. Los recipientes cilíndricos compuestos de alta presión constan de un cuerpo cilíndrico y dos cierres en los extremos (cabezas). Los cabezales suelen emplear diseños tales como devanado geodésico isotensoide, devanado isotensoide o formas elipsoidales. Este tipo de recipiente de alta presión presenta un diseño estructural racional y ofrece comodidad en la fabricación, manipulación e instalación.
El análisis de tensiones de la geometría revela que la tensión circunferencial en el cuerpo de un vaso simplificado es el doble de la tensión axial. En el caso de un recipiente totalmente metálico, el margen de resistencia axial es sustancial cuando el diseño satisface los requisitos de tensión circunferencial. Por el contrario, los recipientes compuestos de alta presión pueden lograr un diseño de igual resistencia en toda la sección transversal del cilindro, equilibrando la resistencia circunferencial y axial, a través de patrones de bobinado específicos. La tensión axial la soporta el componente axial de las fibras enrolladas longitudinalmente, mientras que la tensión circunferencial la soportan las fibras enrolladas en aro y el componente circunferencial de las fibras longitudinales (axiales). Las cantidades de fibra en ambas direcciones se calculan basándose en el equilibrio de tensiones biaxiales, lo que permite una utilización óptima de la fibra y una alta eficiencia estructural. En consecuencia, la forma cilíndrica simple es actualmente la configuración más utilizada para recipientes compuestos de alta presión, tanto a nivel nacional como internacional.
Los recipientes compuestos de alta presión cuasi esféricos, esencialmente recipientes cilíndricos acortados con una relación de aspecto de aproximadamente 1, sirven como alternativas rentables a los recipientes esféricos compuestos o totalmente metálicos. Son adecuados para instalaciones diseñadas originalmente para recipientes esféricos y, al mismo tiempo, aprovechan eficazmente las características de resistencia unidireccional de los materiales de fibra. El revestimiento presenta extremos elipsoidales formados integralmente (en forma de barril) y está completamente reforzado en el exterior con fibras de carbono de alta resistencia enrolladas en patrones helicoidales y de aro. La forma externa del recipiente lo hace adecuado para su instalación en una amplia gama de aplicaciones.
Las fibras continuas comúnmente utilizadas en recipientes compuestos de alta presión con filamentos enrollados incluyen vidrio E, vidrio S, Kevlar 49 y fibras de carbono. Debido a sus características de rendimiento más bajas, la fibra de vidrio se utiliza actualmente principalmente en equipos terrestres, mientras que el Kevlar 49 se emplea en la mayoría de las naves espaciales. Las naves espaciales modernas utilizan predominantemente fibras de carbono de alto rendimiento. La selección de fibras requiere una evaluación integral de factores como la resistencia, el módulo elástico y la densidad lineal.