Expo Heat Tracing

DIPLOMATURA DE ESPECIALIZACIÓN

INGENIERÍA DE PIPING

© Pontificia Universidad Católica del Perú

© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

EL TRACEADO ELÉCTRICO DE USO INDUSTRIAL « HEAT TRACING »

1.- INTRODUCCIÓN:

Los sistemas de tuberías, aislados y no consecuencia de la velocidad del viento y la diferencia de la temperatura del fluido interno y la temperatura ambiente,


aislados sufren pérdidas de calor, como

ocasionándose fallas en el proceso por

caídas de temperatura. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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1.- INTRODUCCIÓN


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1.- INTRODUCCIÓN:

Muchos productos son transporte del fluido sobre

los sistemas de tuberías no se mantiene la


afectados, si en el

temperatura de proceso. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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2 . - A LG U N O S P R O B L E M A S, Q U E S E P R O D U C E N P O R LA P E R D I DA S D E C A LO R ( Aceites Lubricantes ) 2.- Solidificación ( Acido Sulfúrico, NaHS, Chocolate, Manteca, etc ).

3.- Bloqueo de las tuberías y accesorios (Petróleo R-500)


1.- El aumento de la viscosidad

4.- Baja de la eficiencia de combustión : Gas Natural, Petróleo R-500, Biodiesel, etc. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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5.- Perdida de exactitud en los instrumentos de densidad, etc. 6.- Condensación de la húmedad del aire sobre las superficies de las tolvas y ductos de transporte ( Polvo de


medición, por cambio de viscosidad, cambio de

Cemento, Cal, Harina, etc ).

7.- Cristalización ( Azucar ), etc © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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Estos problemas se soluciona instalando Sistemas de tuberías, que nos permita compensar las perdidas de calor y

mantener la temperatura del fluido a la temperatura


un Sistema de Traceado de Calor, sobre los

de proceso. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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3.- QUE ES TRACEADO DE CALOR? Es un sistema que sirve para generar y de tuberías, tanques, ductos, tolvas, etc.

Consistente, en la instalación en forma paralela o en espiral; de

un elemento calefactor


entregar calor controlado, sobre los sistemas

con su correspondiente

aislamiento térmico. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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4.- PROPOSITOS DEL TRACEADO DE CALOR

las perdidas de calor, sobre los sistema de tuberías, tanques, etc. 2.- Evitar el congelamiento del fluido. 3.- Recuperar calor para casos


1.- Mantener la temperatura, compensando

específicos. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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4.- PROPOSITOS DE TRACEADO DE CALOR


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Los Tipos mas importantes son : 5.1.- Traceado a Vapor 5.2.- Traceado Eléctrico


5.- TIPOS DE TRACEADO


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Es el método más antiguo, utilizado desde inicio del año 1900; que utiliza, como elemento calefactor; una pequeña línea de tubería, por el

que se transporta vapor.


5.1.- TRACEADO A VAPOR


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Método utilizado desde 1950, que consiste en trazear, un cable calefactor

eléctrico. Método que en la actualidad muy rápidamente esta ampliando su


5.2.- TRACEADO ELÉCTRICO

aplicación. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.1.-Traceado Eléctrico : 2.- Sistema de Ahorro energético, porque nos

permite realizar un uso eficiente de la energía, con control preciso de la temperatura 3.- Reduce ampliamente la complejidad del


1.- Sistema ecológico.

sistema , la capacidad de monitoreo y control remoto. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.1.-Traceado Eléctrico : costo de mantenimiento casi cero.

5.- Variedad de tipos de cables calefactores para sistemas de Traceado eléctrico, con capacidad de llegar a temperaturas fuera del


4.- Menores costos de instalación, operación y

rango de la aplicación del traceado a vapor. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.1.-Traceado Eléctrico : principalmente luego de una parada de planta,

permite en tiempo mínimo; tener disponible los fluidos almacenados en las tubería s y accesorios de los sistemas de tuberías.


6.- Ahorro en horas de parada del proceso,

7.- Son sistemas seguros y confiables ( De larga duración ) © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.1.-Traceado Eléctrico : Quemado de los motores de las Bombas, fallas

en los sellos y empaques de Bombas, Filtros, Válvulas y accesorios; por efecto de la sobrepresión, como consecuencia del bloque


8.- Evita fallas prematuras de los componentes :

del sistema de tuberías. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.2.- Traceado Vapor: vapor, que no todas las plantas tienen disponible.

2.- Se requiere utilizar una longitud casi el doble de tubería y aislamiento ( Para distribuir el vapor por el sistema de tuberías y para la línea de


1.- Requiere de una planta de generación de

retorno de condensado). © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.2.- Traceado Vapor: numerosas válvulas y trampas de vapor, que

influyen en el costo del proyecto. 4.- Incremento del costo del vapor debido al alto costo del precio del Petróleo.


3.- Los circuitos de trazado, requieren utilizar

5.- Contaminación y Corrosión severa sobre las líneas de proceso debido a las fugas de vapor. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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6.-CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRACEADO 6.2.-Traceado Vapor: sistema, en especial de las trampas de vapor.

7.- Las fugas de vapor y otras fallas, que se producen periódicamente se deben contralar manualmente.


6.- Requiere un alto costo de mantenimiento del


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7.-Cuadro comparativo de Costos entre un Sistema HEAT TRACING Eléctrico vs A Vapor CONCEPTO

TRACEADO ELÉCTRICO

TRACEADO VAPOR

USO

A

2.7 A

MANTENIMIENTO TEMPERATURA

A

1.4 A

CONTRA CONGELAMIENTO

A

4.5 A


A

1.9 A


A

12.9 A


A

5.2 A


COSTO DE INSTALACIÓN

LONGITUD DE TRACEADO

COSTO MANTENIMIENTO

-

Costo de Instalación: Gastos de Instalación y Materiales.

-

Costo de Mantenimiento: Costo de adquisición y reemplazo de las trampas de vapor.

-

Costo por Pérdidas del Traceado a Vapor: Fugas mínimas y fugas por falla. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.


CUADRO COMPARATIVO DE COSTOS

Magazine: Hydrocarbon Processing / september 1997-USA - Autor: J.C. Thompson

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8.- ALGUNAS APLICACIONES DEL TRACEADO ELECTRICO : temperatura del petróleo y los subproductos a la temperatura del proceso. 2.- Instalaciones de tratamiento de aguas residuales:

Para prevenir la precipitación de las soluciones. 3.- Plantas de procesamiento de alimentos : Para


1.- Refinerías de Petróleo: Para mantener la

mantener la viscosidad de los productos procesándose, como chocolate, aceites y sebo. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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SISTEMA DE TRACEADO ELÉCTRICO DE DOBLE LAZO – MOBIL OIL DEL PERU S.R.L.


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8.- ALGUNAS APLICACIONES DEL TRACEADO ELECTRICO : 4.- Minería : proceso ( Solución Barren, NaHS – Hidrosulfíto de Sodio, Metasulfito de Sodio, Nitrato de Plomo, Sulfato Ferroso, Sulfato de Cobre, etc. - Para evitar el congelamiento de las líneas de


- Para mantener la temperatura de diversos fluídos de

emergencia contra incendio. - Para evitar congelamiento en las duchas y lavaojos de emergencia. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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SISTEMA DE CONTROL


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8.- ALGUNAS APLICACIONES DEL TRACEADO ELECTRICO : las líneas de tuberías de transporte y Tanques de Almacenamiento, etc. 5.- Construcción : Para mantener la temperatura de las

líneas de asfalto, catalizadores químicos, Agua en las construcciones realizadas en la altura, etc.


- Para evitar congelamiento del Acido Sulfúrico sobre

6.- Plantas Químicas y Textiles: Para Protección de las líneas de retorno y de condensado de vapor. © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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SISTEMA DE “HEAT TRACING” PARA LINEA DE ALMACENAMIENTO DE NASH


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SISTEMA DE “HEAT TRACING” PARA LINEA DE ALMACENAMIENTO DE NASH


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PLANTA DE CEMENTO 

Ejem. : Mantener la temperatura a 120° C, del Petróleo Bunker R500, para su quemado, a lo largo de un sistema de tuerias de 100 m lineales.


8.- ALGUNAS APLICACIONES DEL TRACEADO ELECTRICO : 7.- Plantas generadoras de electricidad: Para calentar

Tubos de intercambiadores de calor, etc 8.- Plantas de Cemento : Para evitar condensación en las líneas de transporte , tolvas y filtros de polvos de cemento.


líneas de Soda Caustica para limpieza del Haz de

9.- Plantas Aceiteras : Para realizar la limpieza de los

tanques de almacenamiento ( Aceite de Pescado, Aceite comestible, etc. ) © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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DUCTO DE TRANSPORTE DE POLVO DE CEMENTO (CEMENTOS PACASMAYO)

Objetivo evitar condensación de la humedad del aire, por efecto de la temperatura del punto de roció © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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9.- TIPOS DE CABLES CALEFACTORES PARA TRACEADO ELÉCTRICO 1.- SRL (Self Regulating Low)

Para tuberias metálicas 2.- SRM/E (Self Regulating Medium)

3.- CWM (Constant Wattage Medium)


Para tuberias de plástico y metálicas.

4.- MI (Mineral Insulation) © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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DIFERENCIAS DE TEMPERATURAS DE HEAT TRACING CHROMALOX


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AUTOREGULABLES, POTENCIA CONSTANTE Y AISLAMIENTO DE MINERAL


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1.- SRL (Self Regulating Low)

Auto Regulables de Baja Tº 2.- SRM/E (Self Regulating Medium)


TIPOS DE CABLES CALEFACTORES PARA TRACEADO ELÉCTRICO

Auto Regulables de Mediana Tº © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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CONSTRUCCIÓN DE SRL Y SRM/E


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TABLA DE POTENCIA VS. TEMPERATURA


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3.- CWM (Constant Wattage Medium) Vatiaje Constante de Mediana Tº




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CONSTRUCCIÓN DE CWM


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CONSTRUCCIÓN INTERNA


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4.- MI (Mineral Insulation) Aislamiento Mineral para altas Tº




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CONSTRUCCIÓN DE MI


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PRESENTACIÓN DE MUESTRA DE CABLES PARA HEAT TRACING


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ESQUEMA BASICO DE CONEXION


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10.- MATERIALES Y ACCESORIOS PARA EL TRACEADO ELECTRICO 10.1.- AISLAMIENTO TERMICO


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AISLAMIENTO TERMICO


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MATERIALES DE AISLAMIENTO TÉRMICO

- Fibra de Vidrio ( hasta 250° C ) - Lana Mineral ( hasta 650° C) - Silicato de Calcio ASTM C533


- Poliuretano ( hasta 80° C )

- Célula de Vidrio ASTM C552 - Silicato de Sodio ASTM C610 © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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10.2.- TABLERO DE CONTROL

- Ahorran Tiempo y Dinero - Monitoreo, Control y Distribución Completa en un Fabrica. - Fácil Instalación en Campo - Fácil de Programar y Operar

- Disponible en 1, 2, 3, 8, 12, y 24 Circuitos


Paquete Ensamblado en

- Muchos Modelos en

Existencia - Competitivo en Precio © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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TABLERO DE CONTROL


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10.3.- ACCESORIOS PARA MONTAJE


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ACCESORIO PARA MONTAJE CAJA DE CONEXION


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ACCESORIOS PARA MONTAJE


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- MONTAJE EL LINEA RECTA


11.- TRACEADOS TÍPICOS PARA EL DESARROLLO DEL HEAT TRACING.


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- DETALLE DE VISTA TRANSVERSAL


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- MONTAJE EL ESPIRAL


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- MONTAJE EN SOPORTE DE TUBERIA


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- MONTAJE EN SOPORTE DE TUBERIA


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- MONTAJE EN CODOS


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- MONTAJE EN UNIONES BRIDADAS


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- MONTAJE EN VALVULAS


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- MONTAJE EN VALVULAS


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- MONTAJE EN TANQUES


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DIPLOMATURA DE ESPECIALIZACIÓN

12.- GUÍA PARA EL DISEÑO Y SELECCIÓN DE MATERIALES


INGENIERÍA DE PIPING


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- Temperatura más crítica del medio ambiente - Temperatura de Operación y/o de Proceso de la línea de tubería, tanque, etc. - Tipo de fluido. - Planos isométricos o metrado de líneas de tubería. - Tipo de área de trabajo : área ordinaria o clasificada. - Parámetros eléctricos ( voltaje, potencia disponible) - Grado de protección de gabinetes. - Ubicación en msnm de las tuberías a tracear


12.1.- DATOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO


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- FM Factory Mutual Research Corporation - IEEE 515 Procedimiento de pruebas, diseño , instalación y mantenimiento para el traceado eléctrico para aplicaciones industriales, IEEE 515 2004, sección 4.1.11) - IEC 60079-xx Aparatos Eléctricos para atmósferas de gas explosivas - IEC International Electro technical Commission - IEC 60529 Grado de protección (codigo IP) - IEC 61241-xx Aparatos Eléctricos para uso en presencia de combustible . - IEC 61423-1,2 Cable tracing para aplicaciones industriales


12.2- NORMAS Y ESTANDARES PARA EL DISEÑO


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- IEC 2086 : Aparatos Eléctricos para atmósferas de gas explosivas.Resistencia eléctrica del traceado eléctrico. - NEC U.S. : National Electric Code (NFPA 70) - ( Requerimientos eléctricos mínimos necesarios para suministro y energizado del sistema del traceado eléctrico de acuerdo al area de trabajo y límites permisibles) - NEMA : National Electrical Manufacturers Association - UL: Underwriters' Laboratories, Inc. - ANSI : American National Standards Institute - CSA : Canadian Standards Association


12.2- NORMAS Y ESTANDARES PARA EL DISEÑO


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12.3.- FUNDAMENTO PARA EL CÁLCULO TÉRMICO MÉTODO SIMPLIFICADO

“La tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección.”

Donde: Qx = Tasa de flujo de calor a través del área A en la dirección positiva. K = Conductividad térmica, constante experimental para el medio en referencia y puede depender de factores como la temperatura y presión. A = Área de sección transversal de la transferencia de calor. 𝜕𝑇 = Gradiente de temperatura.


De acuerdo a la ley básica de la conducción del calor (Joseph Fourier), se establece lo siguiente:

𝜕𝑥


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Teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: - Sistema en equilibrio. - Calor generado en el sistema es cero. - No existe variación de la energía interna del sistema. - Flujo unidimensional. - Flujo estacionario (características del mismo no varían con el tiempo.) . - Las temperaturas de frontera no varían - con el tiempo. - K no depende de la temperatura. - Cilindro hueco. - Espesor de cilindro es mucho menor que su - longitud. La ecuación se simplifica a: © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.

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Watts/Pie = 2 π K (ΔT) ÷ (Z) Ln (D0/D1) Donde: K = Conductividad térmica (Btu/Pulg/h/Pie2/°F) D1 = Diámetro interno del aislante (Pulg) D0 = Diámetro exterior del aislante (Pulg) ΔT = (Temperatura de la Tubería – Temperatura Ambiente) (°F) Ln = Logaritmo natural del cociente D0/D1 Z = 40.944 Btu/Pulg/W/h/pie (factor de conversión)


Para obtener la ecuación que genera los valores de la Tabla N°1, cambiamos las variables de la ecuación con (r1=D0 , r2=D1 → Z=factor de conversión)


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TABLAS DE USO PARA METODOLOGÍA DE CÁLCULO RÁPIDO


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Tabla 3 : Factor de aislamiento en tubería aisladas según el material a 50ºF – FUENTE: CHROMALOX


Tabla 2 : Factor de conductividad de materiales de aislamiento de tuberías – FUENTE: CHROMALOX


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Tabla 4 : Tolerancia para componentes – FUENTE: CHROMALOX


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EJEMPLO DE CÁLCULO SIMPLIFICADO


Sistema de tubería sin traceado eléctrico


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Utilizando el método del cálculo simplicado , se tiene :

DONDE : Q1 = PÉRDIDA DE CALOR EN TUBERÍA F1 = FACTOR DE AJUSTE DE TEMPERATURA F2 = FACTOR DE AISLAMIENTO ΔT = DIFERENCIA DE TEMPERATURA FV = FACTOR DE VELOCIDAD VIENTO

POTENCIA MÍNIMA REQUERIDA (Pa) = Po x F.S DONDE : FS = FACTOR DE SERVICIO = 1.2 ( PARA FÓRMULAS SIMPLIFICADAS) FS = FACTOR DE SERVICIO = 1.4 ( PARA FÓRMULAS MÁS EXACTAS) © Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.


MÁXIMA PÉRDIDA DE CALOR (Po) = Q1 x F1 x F2 x ΔT x FV

* SEGÚN NORMA IEEE 515 e IEC 62086 parte 2 78

Q1 = PÉRDIDA DE CALOR EN TUBERÍA = 0.040 ( VER TABLA 1) F1 = FACTOR DE AJUSTE A 41°F = 1.00 ( VER TABLA 2) F2 = FACTOR DE AISLAMIENTO(LANA MINERAL) = 1.16 ( VER TABLA 3) ΔT = DIFERENCIA DE TEMPERATURA = 31.16 °F FV = FACTOR DE VELOCIDAD VIENTO = 1.25 FS = FACTOR DE SERVICIO = 1.2


RECURRIENDO A LAS TABLAS:


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POTENCIA MÍNIMA REQUERIDA (Pa) = 1.75 x 1.2 = 2.17 (w/pies) 7.23 (w/metro)

TABLA N°4


REEMPLAZANDO VALORES: MÁXIMA PÉRDIDA DE CALOR (Po) = 0.040 x 1 x 1.16 x 31.16 x 1.25 = 1.75 (w/pies)


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Sistema de tubería con traceado eléctrico


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12.4 SELECCIÓN DE MATERIALES


Asumiendo que la aplicación es para áreas ordinarias


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13.- PLANOS TÍPICOS DEL TRACEADO ELÉCTRICO


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14.- DETERMINACIÓN DEL CUADRO DE CARGAS


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15.- PLANO ELÉCTRICO UNIFILIAR



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16.- PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN,


PRUEBA DE RUTINA Y ARRANQUE


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17.- CONCLUSIONES :

1.- Mantener la temperatura, compensando las perdidas de calor, sobre los sistema de tuberías, tanques, etc.

2.- Evitar el congelamiento del fluido


El uso de los sistemas de Traceado Eléctrico en Tuberías es :


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GRACIAS


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Expo Heat Tracing

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