Un oleoducto de betún del tamaño adecuado puede fallar si el aglutinante que contiene se enfría demasiado para poder bombearlo.
Por este motivo, los sistemas de transferencia de betún caliente deben diseñarse como sistemas hidráulicos y térmicos a la vez. El diámetro de la tubería determina el caudal y la pérdida de presión, mientras que el calentamiento y el aislamiento térmico determinan si el ligante se mantiene dentro de un rango de funcionamiento adecuado.
Dos enfoques comunes son el revestimiento con aceite térmico y el calentamiento eléctrico por resistencia. Ninguno de los dos métodos es universalmente superior. La elección correcta depende de la longitud de la tubería, los servicios auxiliares del proyecto, la temperatura de operación, el tamaño del sistema, los requisitos de puesta en marcha y la estrategia de mantenimiento.
¿Cuál es la finalidad del sistema de calefacción por resistencia eléctrica en tuberías de betún?
El objetivo principal del trazado térmico es, normalmente, compensar la pérdida de calor y mantener el aglutinante en condiciones de bombeo.
No se debe esperar automáticamente que el sistema de calefacción por resistencia caliente rápidamente, desde la temperatura ambiente, una tubería larga llena de betún completamente frío o solidificado.
La base de diseño debe definir si el sistema está destinado a:
- Mantenimiento de la temperatura durante el funcionamiento
- Mantenimiento de la temperatura en modo de espera
- Precalentamiento antes del arranque
- Recalentamiento controlado después del apagado
Se trata de diferentes funciones térmicas.
¿Por qué los oleoductos de betún caliente pierden calor?
El calor se disipa en el producto a través de la pared de la tubería, el sistema de calefacción o revestimiento, el aislamiento y la superficie externa.
El requerimiento térmico total depende de:
- Temperatura del betún
- Temperatura ambiente
- Diámetro de la tubería
- Longitud de la tubería
- Material aislante
- Espesor del aislamiento
- Exposición al viento
- Válvulas, bridas y soportes
- Tiempo de calentamiento necesario
Un proyecto de climatización exterior en invierno presenta un perfil de pérdida de calor muy diferente al de una línea de transferencia de calor corta en interiores, en un clima tropical.
Tubería con camisa de aceite térmico
Un sistema de camisa de aceite térmico utiliza aceite caliente de transferencia de calor que fluye a través de una camisa exterior o un sistema de trazado específico alrededor de la tubería de betún.
El aceite térmico recibe calor de una caldera o calentador de aceite térmico y circula a través del circuito de calentamiento.
Ventajas
- Se integra de forma natural con instalaciones que ya utilizan una caldera de aceite térmico.
- Adecuado para depósitos, bombas, válvulas y tuberías dentro de una red de calefacción común.
- Puede proporcionar calefacción indirecta fuerte y estable.
- No hay una carga de calefacción eléctrica elevada distribuida a lo largo de la tubería.
- Útil para sistemas de betún centralizados de mayor tamaño.
Consideraciones
- Requiere tuberías de suministro y retorno de aceite térmico.
- Requiere circulación y equilibrio.
- Las válvulas y juntas adicionales aumentan la complejidad de la instalación.
- Las ramas largas requieren un diseño hidráulico.
- Se deben considerar las fugas y la expansión.
- La caldera debe tener suficiente capacidad térmica de reserva.
Calefacción eléctrica por resistencia
El cable de rastreo eléctrico se instala a lo largo de la tubería de proceso y se cubre con un aislamiento adecuado y protección contra la intemperie.
Dependiendo del diseño, el sistema de trazado puede utilizar cables de potencia constante, autorregulables u otras tecnologías de cables industriales adecuadas para el rango de temperatura requerido.
Ventajas
- No hay circuito de suministro y retorno de aceite térmico.
- Zonificación más sencilla y control individual de la temperatura.
- Útil para tuberías cortas o aisladas.
- Ideal para bombas, válvulas y pequeñas secciones auxiliares.
- Puede simplificar la instalación en lugares donde no se dispone de una caldera de aceite térmico.
Consideraciones
- Requiere suficiente energía eléctrica
- Los cables y accesorios deben estar clasificados para la temperatura y el entorno de funcionamiento.
- Los circuitos largos requieren diseño eléctrico y zonificación.
- Los daños en el cable de rastreo pueden crear un punto frío localizado.
- La protección eléctrica y el control de temperatura deben estar diseñados adecuadamente.
Aceite térmico frente a calefacción eléctrica por resistencia
| Factor | Camisa de aceite térmica | Calefacción eléctrica por resistencia |
|---|---|---|
| Caldera central existente | Muy adecuado | Alternativa independiente |
| Línea corta aislada | Puede ser más complejo | A menudo conveniente |
| Sistema multitanque de gran tamaño | Fuerte integración | Requiere múltiples zonas eléctricas |
| Zonificación de temperatura | Controlado por circuitos/válvulas de aceite | Zonificación individual flexible |
| demanda eléctrica del sitio | Menor carga eléctrica distribuida | Requiere energía suficiente |
| Complejidad mecánica | Más tuberías y válvulas | Más circuitos eléctricos |
Paso 1: Definir la temperatura de funcionamiento
Antes de calcular el trazado térmico, defina:
- Temperatura normal de transferencia de betún
- Temperatura mínima admisible de la tubería
- Temperatura máxima del material
- Temperatura de espera
- Temperatura ambiente mínima prevista
Las temperaturas requeridas dependen del tipo de aglutinante y del proceso utilizado.
No utilice una temperatura fija para el betún de penetración, el betún modificado con SBS, el betún de caucho y la emulsión.
Paso 2: Calcular la pérdida de calor en la tubería
El sistema de trazado debe, como mínimo, compensar la pérdida de calor en estado estacionario requerida bajo las condiciones ambientales de diseño.
Un cálculo detallado considera la conducción a través del aislamiento, la convección externa y la radiación.
Los datos importantes incluyen:
- Diámetro exterior de la tubería
- conductividad térmica del aislamiento
- Espesor del aislamiento
- Temperatura del proceso
- Temperatura ambiente
- Condiciones del viento
- Longitud de la tubería
El resultado proporciona una estimación de la necesidad de calor por unidad de longitud y para el circuito completo.
No se debe aplicar un valor universal de vatios por metro a todos los proyectos.
Paso 3: Añadir válvulas, bridas y bombas.
La pérdida de calor no se distribuye de manera uniforme.
Las válvulas, bridas, filtros, carcasas de bombas, coladores e interfaces de equipos tienen una mayor superficie o masa térmica y pueden requerir un trazado adicional.
Muchos fallos en las tuberías comienzan en estos componentes, en lugar de en el centro de una tubería recta bien aislada.
Paso 4: Dividir el sistema en zonas de calefacción.
Una red de transferencia larga no tiene por qué funcionar necesariamente como un circuito de calefacción único y sin control.
Las zonas útiles pueden incluir:
- Salida del tanque y succión de la bomba
- Oleoducto principal de transferencia
- Estación de filtros y válvulas
- Conexión de la planta de asfalto
- Retorno de la circulación
- Línea de descarga de buques cisterna
La zonificación permite al operador calentar únicamente los circuitos necesarios para el modo de funcionamiento actual.
Diseño de circuitos de aceite térmico
Un sistema de calefacción por aceite térmico requiere algo más que una caldera de tamaño suficientemente grande.
El diseñador debe evaluar:
- Temperatura del aceite térmico disponible
- Flujo de aceite requerido
- Presión de suministro y retorno
- Pérdida de presión a través de cada rama
- Equilibrio entre circuitos paralelos
- Expansión
- Desfogue
- Drenaje
- Válvulas de aislamiento
Un oleoducto lejano puede recibir una calefacción deficiente si el circuito de petróleo está mal equilibrado.
Para conocer los principios de dimensionamiento de calderas, consulte:
Diseño de trazado de calor eléctrico
El trazado eléctrico requiere un diseño eléctrico y térmico coordinado.
Controlar:
- Potencia calorífica requerida
- Clasificación de temperatura del cable
- Temperatura máxima de exposición
- Longitud del circuito
- Tensión de alimentación
- Corriente inicial cuando corresponda
- Ubicación del controlador y del sensor
- Protección contra sobrecorriente
- Protección contra fallas a tierra donde sea necesario
- Clasificación de zonas peligrosas, si procede.
El sistema seleccionado debe ser adecuado para el entorno del equipo y las normas eléctricas locales.
Los sensores de temperatura deben colocarse con cuidado.
El sensor de temperatura debe representar la sección que el controlador está diseñado para proteger.
Entre los posibles problemas de control se incluyen:
- El sensor está demasiado cerca de la fuente de calor.
- Sensor instalado donde no representa la sección más fría
- Un sensor controla varias ramas térmicamente diferentes.
- Mal contacto entre el sensor y la tubería.
Los sistemas de gran tamaño pueden requerir varias zonas de temperatura.
El aislamiento es esencial
El uso de calefacción por resistencia sin un aislamiento eficaz puede suponer un derroche considerable de energía.
El aislamiento ayuda a:
- Reducir la pérdida de calor
- Reducir la demanda de combustible o electricidad
- Mantener una temperatura más uniforme en la tubería.
- Reducir el tiempo de calentamiento
- Proteja el proceso de los cambios ambientales rápidos.
Las juntas de aislamiento alrededor de las válvulas, los soportes y las tapas extraíbles merecen especial atención.
El diámetro de la tubería y el sistema de calefacción por resistencia están relacionados.
Las tuberías de mayor diámetro contienen más betún y tienen mayor superficie externa. Las tuberías de menor diámetro pueden reducir la masa térmica, pero aumentan la pérdida de presión hidráulica.
Por lo tanto, el diseño hidráulico y el térmico deben estar coordinados.
Para el dimensionamiento de tuberías, consulte:
Cómo calcular el diámetro de la tubería de betún para una planta de mezcla de asfalto.
El apagado y el reinicio deben diseñarse con antelación.
Una de las preguntas más importantes es qué sucede con el betún que queda dentro de la tubería una vez que cesa la producción.
Dependiendo del sistema, el procedimiento de apagado puede utilizar:
- Seguimiento continuo del calor
- Recirculación de vuelta al tanque
- Bombeo inverso
- Drenaje por gravedad
- Vaciado controlado de la línea
Un sistema que depende del recalentamiento de una tubería fría completamente llena después de cada parada puede requerir mucha más capacidad de calentamiento y tiempo de puesta en marcha.
Fallos comunes en los sistemas de calefacción por resistencia eléctrica
Rastreo únicamente la tubería recta
Las válvulas, los filtros y las bombas se convierten en puntos fríos.
Aislamiento insuficiente
El sistema de calefacción instalado no puede compensar las pérdidas externas excesivas.
Una zona para una red muy larga
Algunas zonas se sobrecalientan mientras que otras zonas remotas permanecen frías.
Circulación de aceite térmico de tamaño insuficiente
La caldera está caliente, pero las camisas distantes reciben un flujo de aceite insuficiente.
Rastreo eléctrico dañado
Un circuito defectuoso puede dejar una sección fría oculta.
Estrategia de no cierre
El betún se enfría dentro de las válvulas, los filtros y los puntos bajos antes del siguiente arranque.
¿Qué método debería utilizar?
El aceite térmico suele ser una opción atractiva cuando:
- Ya existe una caldera central de aceite térmico.
- Varios tanques y tuberías comparten una misma red de calefacción.
- El proyecto es grande y centralizado.
El rastreo eléctrico suele ser atractivo cuando:
- La línea es relativamente corta o aislada.
- Hay suministro eléctrico estable disponible.
- Se desean zonas de temperatura independientes.
- Agregar tuberías de aceite térmico sería innecesariamente complejo.
Algunos proyectos utilizan ambos métodos: aceite térmico para los equipos de proceso principales y trazado eléctrico para válvulas locales, instrumentos o líneas auxiliares.
Preguntas frecuentes
¿Puede el sistema de calefacción por resistencia derretir completamente el betún sólido dentro de una tubería?
Eso depende de la capacidad de trazado, el diámetro de la tubería, el aislamiento, el estado del material y el tiempo de calentamiento permitido. Muchos sistemas de trazado están diseñados principalmente para el mantenimiento de la temperatura, en lugar de una recuperación rápida tras la solidificación completa.
¿El aceite térmico es siempre mejor que el calentamiento eléctrico?
No. El método correcto depende de las infraestructuras existentes, el tamaño del sistema, la longitud de la tubería, los requisitos de control y el coste del ciclo de vida.
¿Es necesario calentar todas las válvulas de betún?
Las válvulas que trabajan con betún caliente son posibles puntos fríos y deben evaluarse individualmente como parte del diseño térmico.
¿Puede la misma caldera de aceite térmico calentar depósitos y tuberías?
Sí, siempre que tenga suficiente capacidad térmica total y la red de circulación esté correctamente dimensionada y equilibrada.
Conclusión
El diseño del sistema de calefacción por resistencia eléctrica para tuberías de betún debe basarse en la pérdida de calor y la estrategia de funcionamiento, en lugar de seleccionarse únicamente en función de la longitud de la tubería.
La secuencia de ingeniería es:
Temperatura del proceso → Condiciones ambientales → Pérdida de calor → Método de trazado → Zonificación → Aislamiento → Estrategia de parada
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