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Expo Heat Tracing
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DIPLOMATURA DE ESPECIALIZACIÓN
INGENIERÍA DE PIPING
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EL TRACEADO ELÉCTRICO DE USO INDUSTRIAL
« HEAT TRACING »
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Los sistemas de tuberías, aislados y no
aislados sufren pérdidas de calor, como
consecuencia de la velocidad del viento
y la diferencia de la temperatura del
fluido interno y la temperatura ambiente,
ocasionándose fallas en el proceso por
caídas de temperatura.
1.- INTRODUCCIÓN:
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1.- INTRODUCCIÓN
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Muchos productos son
afectados, si en el
transporte del fluido sobre
los sistemas de tuberías
no se mantiene la
temperatura de proceso.
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1.- INTRODUCCIÓN:
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1.- El aumento de la viscosidad
( Aceites Lubricantes )
2.- Solidificación ( Acido Sulfúrico,
NaHS, Chocolate, Manteca, etc ).
3.- Bloqueo de las tuberías y
accesorios (Petróleo R-500)
4.- Baja de la eficiencia de combustión : Gas Natural,
Petróleo R-500, Biodiesel, etc.
2.- ALGUNOS PROBLEMAS,
QUE SE PRODUCEN POR LA PERDIDAS
DE CALOR
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5.- Perdida de exactitud en los instrumentos de
medición, por cambio de viscosidad, cambio de
densidad, etc.
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6.- Condensación de la
húmedad del aire sobre las
superficies de las tolvas y
ductos de transporte ( Polvo de
Cemento, Cal, Harina, etc ).
7.- Cristalización ( Azucar ), etc
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Estos problemas se soluciona instalando
un Sistema de Traceado de Calor, sobre los
Sistemas de tuberías, que nos permita
compensar las perdidas de calor y
mantener la temperatura del fluido a la
temperatura
de proceso.
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3.- QUE ES TRACEADO DE CALOR?
Es un sistema que sirve para generar y
entregar calor controlado, sobre los sistemas
de tuberías, tanques, ductos, tolvas, etc.
Consistente, en la instalación en forma
paralela o en espiral; de
un elemento calefactor
con su correspondiente
aislamiento térmico.© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
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4.- PROPOSITOS DEL TRACEADO DE CALOR
1.- Mantener la temperatura, compensando
las perdidas de calor, sobre los sistema de
tuberías, tanques, etc.
2.- Evitar el congelamiento del fluido.
3.- Recuperar calor para casos
específicos.
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4.- PROPOSITOS DE TRACEADO DE CALOR
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5.- TIPOS DE TRACEADO
Los Tipos mas importantes son :
5.1.- Traceado a Vapor
5.2.- Traceado Eléctrico
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5.1.- TRACEADO A VAPOR
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.
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5.2.- TRACEADO ELÉCTRICO
Método utilizado desde 1950, que
consiste en trazear, un cable calefactor
eléctrico. Método que en la actualidad
muy rápidamente esta ampliando su
aplicación.
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6.- CARACTERISTICAS DE
LOS SISTEMAS DE TRACEADO
6.1.-Traceado Eléctrico :
1.- Sistema ecológico.
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
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 :
4.- Menores costos de instalación, operación y
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
rango de la aplicación del traceado a vapor.
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6.- CARACTERISTICAS DE
LOS SISTEMAS DE TRACEADO
6.1.-Traceado Eléctrico :
6.- Ahorro en horas de parada del proceso,
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.
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 :
8.- Evita fallas prematuras de los componentes :
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
del sistema de tuberías.
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6.- CARACTERISTICAS DE
LOS SISTEMAS DE TRACEADO
6.2.- Traceado Vapor:
1.- Requiere de una planta de generación de
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
retorno de condensado).
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6.- CARACTERISTICAS DE
LOS SISTEMAS DE TRACEADO
6.2.- Traceado Vapor:
3.- Los circuitos de trazado, requieren utilizar
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.
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:
6.- Requiere un alto costo de mantenimiento del
sistema, en especial de las trampas de vapor.
7.- Las fugas de vapor y otras fallas, que se
producen periódicamente se deben contralar
manualmente.
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CUADRO COMPARATIVO DE COSTOS
CONCEPTOTRACEADO
ELÉCTRICO
TRACEADO
VAPORUSO
COSTO DE INSTALACIÓN
A 2.7 A MANTENIMIENTO TEMPERATURA
A 1.4 A CONTRA CONGELAMIENTO
LONGITUD DE TRACEADO
A 4.5 A MANTENIMIENTO TEMPERATURA
A 1.9 A CONTRA CONGELAMIENTO
COSTO MANTENIMIENTO
A 12.9 A MANTENIMIENTO TEMPERATURA
A 5.2 A CONTRA CONGELAMIENTO
- 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.
Magazine: Hydrocarbon Processing / september 1997-USA - Autor: J.C. Thompson
7.-Cuadro comparativo
de Costos entre un Sistema
HEAT TRACING Eléctrico vs A Vapor
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8.- ALGUNAS APLICACIONES
DEL TRACEADO ELECTRICO :
1.- Refinerías de Petróleo: Para mantener la
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
mantener la viscosidad de los productos
procesándose, como chocolate, aceites y sebo.
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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 :
- Para mantener la temperatura de diversos fluídos de
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
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 :
- Para evitar congelamiento del Acido Sulfúrico sobre
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.
6.- Plantas Químicas y Textiles: Para Protección de las
líneas de retorno y de condensado de vapor.
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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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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.
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PLANTA DE CEMENTO
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8.- ALGUNAS APLICACIONES
DEL TRACEADO ELECTRICO :7.- Plantas generadoras de electricidad: Para calentar
líneas de Soda Caustica para limpieza del Haz de
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.
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)
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Objetivo evitar condensación de la humedad del aire,
por efecto de la temperatura del punto de roció
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9.- TIPOS DE CABLES CALEFACTORES
PARA TRACEADO ELÉCTRICO
Para tuberias de plástico y metálicas.
1.- SRL (Self Regulating Low)
Para tuberias metálicas
2.- SRM/E (Self Regulating Medium)
3.- CWM (Constant Wattage Medium)
4.- MI (Mineral Insulation)
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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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TIPOS DE CABLES CALEFACTORES
PARA TRACEADO ELÉCTRICO
1.- SRL (Self Regulating Low)
Auto Regulables de Baja Tº
2.- SRM/E (Self Regulating Medium)
Auto Regulables de Mediana Tº
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CONSTRUCCIÓN DE SRL Y SRM/E
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TABLA DE POTENCIA VS. TEMPERATURA
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TIPOS DE CABLES CALEFACTORES
PARA TRACEADO ELÉCTRICO
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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TIPOS DE CABLES CALEFACTORES
PARA TRACEADO ELÉCTRICO
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
- Poliuretano ( hasta 80° C )
- Fibra de Vidrio ( hasta 250° C )
- Lana Mineral ( hasta 650° C)
- Silicato de Calcio ASTM C533
- Célula de Vidrio ASTM C552
- Silicato de Sodio ASTM C610
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- Ahorran Tiempo y Dinero
- Monitoreo, Control y
Distribución Completa en un
Paquete Ensamblado en
Fabrica.
- Fácil Instalación en Campo
- Fácil de Programar y Operar
- Disponible en 1, 2, 3, 8, 12, y
24 Circuitos
- Muchos Modelos en
Existencia
- Competitivo en Precio© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
10.2.- TABLERO DE
CONTROL
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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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11.- TRACEADOS TÍPICOS PARA EL
DESARROLLO DEL HEAT TRACING.
- MONTAJE EL LINEA RECTA
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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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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN SOPORTE DE TUBERIA
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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN CODOS
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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN UNIONES BRIDADAS
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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN VALVULAS
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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN VALVULAS
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© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- MONTAJE EN TANQUES
DIPLOMATURA DE ESPECIALIZACIÓN
INGENIERÍA DE PIPING
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12.- GUÍA PARA EL DISEÑO Y SELECCIÓN DE
MATERIALES
© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
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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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12.2- NORMAS Y ESTANDARES PARA EL DISEÑO
© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- 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
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12.2- NORMAS Y ESTANDARES PARA EL DISEÑO
© Cortesía de Jara Resistencias S.R.L.
- 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
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De acuerdo a la ley básica de la conducción del calor
(Joseph Fourier), se establece lo siguiente:
“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
𝜕𝑥= Gradiente de temperatura.
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12.3.- FUNDAMENTO PARA EL CÁLCULO TÉRMICO
MÉTODO SIMPLIFICADO
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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.
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La ecuación se simplifica a:
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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)
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)
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TABLAS DE USO PARA METODOLOGÍA DE CÁLCULO RÁPIDO
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Tabla 2 : Factor de conductividad de materiales de aislamiento de
tuberías – FUENTE: CHROMALOX
Tabla 3 : Factor de aislamiento en tubería aisladas según el
material a 50ºF – 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 :
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POTENCIA MÍNIMA REQUERIDA (Pa) = Po x F.S
MÁXIMA PÉRDIDA DE CALOR (Po) = Q1 x F1 x F2 x ΔT x FV
DONDE :
Q1 = PÉRDIDA DE CALOR EN TUBERÍA
F1 = FACTOR DE AJUSTE DE TEMPERATURA
F2 = FACTOR DE AISLAMIENTOΔT = DIFERENCIA DE TEMPERATURA
FV = FACTOR DE VELOCIDAD VIENTO
DONDE :
FS = FACTOR DE SERVICIO = 1.2
( PARA FÓRMULAS SIMPLIFICADAS)
FS = FACTOR DE SERVICIO = 1.4
( PARA FÓRMULAS MÁS EXACTAS)
* SEGÚN NORMA IEEE 515 e IEC 62086 parte 2
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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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MÁXIMA PÉRDIDA DE CALOR (Po) =
0.040 x 1 x 1.16 x 31.16 x 1.25 = 1.75 (w/pies)
POTENCIA MÍNIMA REQUERIDA (Pa) =
1.75 x 1.2 = 2.17 (w/pies) 7.23 (w/metro)
REEMPLAZANDO VALORES:
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TABLA N°4
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Sistema de tubería con traceado eléctrico
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Asumiendo que la aplicación es para áreas ordinarias
12.4 SELECCIÓN DE MATERIALES
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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 :
El uso de los sistemas de Traceado Eléctrico en Tuberías es :
1.- Mantener la temperatura, compensando las perdidas de
calor, sobre los sistema de tuberías, tanques, etc.
2.- Evitar el congelamiento del fluido
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GRACIAS
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