Calefacción por traza

Toda tubería o recipiente está sujeto a pérdidas de calor cuando su temperatura es superior a la temperatura ambiente . El aislamiento térmico reduce la tasa de pérdida de calor, pero no la elimina. La calefacción por resistencia mantiene la temperatura por encima del punto de congelación equilibrando el calor perdido con el calor suministrado. Normalmente, se utiliza un termostato para activar la calefacción cuando detecta que la temperatura desciende por debajo de un valor preestablecido, generalmente entre 3  °C y 5  °C, conocido como «punto de ajuste». El termostato desactiva la calefacción por resistencia cuando detecta que la temperatura supera otro valor preestablecido, generalmente 2  °C por encima del punto de ajuste. ^{[ 7 ]}

Colocación de cables calefactores en techos o canaletas para derretir el hielo durante los meses de invierno . Cuando se utilizan en canaletas, el cable no tiene como objetivo evitar que se acumule hielo o nieve, sino simplemente facilitar el paso del agua derretida desde el techo hacia el bajante o la tubería de desagüe.

Las tuberías de agua caliente también pueden ser calefactadas, eliminando la necesidad de un sistema de recirculación para el suministro de agua caliente en los puntos de consumo. La combinación de la calefacción por resistencia y el aislamiento térmico adecuado para la temperatura ambiente de funcionamiento mantiene un equilibrio térmico donde la emisión de calor de la calefacción compensa la pérdida de calor de la tubería. Se han desarrollado cintas calefactoras autorregulables que han demostrado ser muy eficaces en esta aplicación.

Un principio similar puede aplicarse a las tuberías de proceso que transportan fluidos que pueden solidificarse a bajas temperaturas, como por ejemplo, alquitranes o azufre fundido. Los elementos calefactores de traza de alta temperatura pueden evitar la obstrucción de las tuberías.

Las aplicaciones industriales del calentamiento por resistencia eléctrica abarcan desde la industria química y las refinerías de petróleo hasta las centrales nucleares y las fábricas de alimentos. Por ejemplo, la cera es un material que comienza a solidificarse por debajo de los 70  °C, temperatura que suele ser muy superior a la del aire circundante. Por lo tanto, es necesario proporcionar a la tubería una fuente de calor externa para evitar que tanto la tubería como el material en su interior se enfríen. El calentamiento por resistencia eléctrica también puede realizarse con vapor, pero esto requiere una fuente de vapor y puede resultar complicado de instalar y operar.

En los laboratorios, los investigadores que trabajan en el campo de la ciencia de los materiales utilizan el calentamiento por trazas para calentar una muestra de forma isotrópica. Pueden combinar este calentamiento con un variador de voltaje para controlar la energía térmica suministrada. Este es un método eficaz para calentar lentamente un objeto y medir propiedades termodinámicas como la dilatación térmica .

Calentar un fluido viscoso disminuye su viscosidad, reduciendo así las pérdidas en la tubería. Por lo tanto, se puede aumentar la altura de succión positiva neta (diferencia de presión) disponible, disminuyendo la probabilidad de cavitación durante el bombeo. Sin embargo, debe tenerse cuidado de no aumentar demasiado la presión de vapor del fluido, ya que esto tendría un fuerte efecto secundario sobre la altura disponible, posiblemente contrarrestando cualquier beneficio. ^{[ 8 ]}

Un cable calefactor en serie está compuesto por un tramo de alambre de alta resistencia, aislado y a menudo recubierto con una funda protectora. Se alimenta con un voltaje específico y la resistencia térmica del alambre genera calor. La desventaja de este tipo de calefactores es que, si se cruzan entre sí, pueden sobrecalentarse y quemarse; se suministran en longitudes específicas y no se pueden acortar en campo; además, una rotura en cualquier punto de la línea provocará la avería de todo el cable. La ventaja es que suelen ser económicos (si son de plástico) o, como en el caso de los cables calefactores con aislamiento mineral, pueden soportar temperaturas muy elevadas. Los cables calefactores con aislamiento mineral son adecuados para mantener altas temperaturas en líneas de proceso o bajas temperaturas en líneas que pueden alcanzar temperaturas extremadamente altas, como las líneas de vapor a alta temperatura.

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Normalmente, los elementos en serie se utilizan en sistemas de calentamiento de procesos a lo largo de tuberías largas, por ejemplo, en oleoductos de gran longitud y en las tuberías de carga situadas en los muelles de las refinerías de petróleo.

Un cable de potencia constante se compone de múltiples zonas de potencia eléctrica constante y se fabrica enrollando un elemento calefactor fino alrededor de dos conductores paralelos aislados. A continuación, se realiza una muesca en el aislamiento de los conductores en lados alternos. El elemento calefactor se suelda normalmente al conductor expuesto, creando un pequeño circuito de calentamiento; este proceso se repite a lo largo del cable. Posteriormente, una cubierta interior separa los conductores de la malla de puesta a tierra. En cables comerciales e industriales, se aplica una cubierta exterior adicional de caucho o teflón. ^{[ 2 ]}

La ventaja de este sistema sobre los elementos en serie es que, si falla un elemento pequeño, el resto del sistema seguirá funcionando. Por otro lado, las secciones dañadas del cable (generalmente de 90  cm) permanecerán frías y podrían congelarse. Además, este cable se puede cortar a la medida en obra gracias a su circuito en paralelo. Sin embargo, debido a que el circuito solo llega hasta la última zona del cable, al instalarlo en obra normalmente hay que extenderlo ligeramente más allá del final de la tubería. Al instalar cables de potencia constante, o cualquier cable de trazado calefactor, es importante evitar que los cables se superpongan o se toquen entre sí, ya que podrían sobrecalentarse y quemarse. Los cables de potencia constante siempre se instalan con un termostato para controlar la potencia de salida, lo que los convierte en una fuente de calefacción muy fiable.

La desventaja de este cable es que la mayoría de los cables de potencia constante no tienen conexiones soldadas a los cables del bus, sino contactos de tipo presión, por lo que son más propensos a tener circuitos fríos debido a conexiones sueltas causadas por la manipulación e instalación del cable.

Las cintas calefactoras autorregulables son cables cuya resistencia varía con la temperatura: baja resistencia para temperaturas inferiores al punto de ajuste del cable y alta resistencia para temperaturas superiores a dicho punto. Cuando la temperatura del cable alcanza el punto de ajuste, la resistencia llega a un valor máximo, lo que provoca que deje de suministrar calor.

Estos cables utilizan dos conductores paralelos que transportan electricidad pero no generan calor significativo. Están recubiertos de un polímero semiconductor. Este polímero contiene carbono; a medida que el elemento polimérico se calienta, permite que fluya menos corriente, por lo que el cable ahorra energía intrínsecamente y solo suministra calor y energía donde y cuando el sistema lo requiere. Los cables se fabrican y luego se irradian, y al variar tanto el contenido de carbono como la dosis, se pueden producir diferentes cintas con distintas características de salida. Las ventajas de este cable son la posibilidad de cortarlo a la medida en el campo. Es más robusto y mucho más fiable que un cable de potencia constante; no puede sobrecalentarse, por lo que se puede cruzar, pero no es recomendable instalar la cinta de esta manera. Los cables calefactores autorregulables y de potencia constante tienen una temperatura máxima de exposición específica, lo que significa que si se exponen a altas temperaturas, la cinta puede dañarse irreparablemente. Además, las cintas autolimitantes están sujetas a corrientes de arranque más altas durante el arranque en frío, de forma similar a un motor de inducción , por lo que se requiere un contactor de mayor capacidad.