Projeto de Rastreamento Térmico de Dutos de Asfalto: Revestimento Térmico a Óleo vs. Rastreamento Térmico Elétrico

Uma tubulação de betume com dimensões corretas ainda pode falhar se o ligante em seu interior ficar muito frio para ser bombeado.

Por essa razão, os sistemas de transferência de betume quente devem ser projetados como sistemas hidráulicos e térmicos. O diâmetro da tubulação determina a vazão e a perda de pressão, enquanto o aquecimento por resistência e o isolamento térmico determinam se o ligante permanece dentro de uma faixa de operação adequada.

Duas abordagens comuns são o revestimento com óleo térmico e o aquecimento elétrico por traçagem. Nenhum dos métodos é universalmente melhor. A escolha correta depende do comprimento da tubulação, das instalações do projeto, da temperatura de operação, do tamanho do sistema, dos requisitos de inicialização e da estratégia de manutenção.

Qual a finalidade do aquecimento por traçagem em dutos de betume?

O principal objetivo do aquecimento por traçagem é normalmente compensar a perda de calor e manter o aglomerante em condições de ser bombeado.

Não se deve esperar automaticamente que o aquecimento por traçagem térmica aqueça rapidamente, a partir da temperatura ambiente, uma tubulação longa cheia de betume completamente frio ou solidificado.

A base de projeto deve definir se o sistema se destina a:

• Manutenção da temperatura durante a operação
• Manutenção da temperatura de espera
• Pré-aquecimento antes da inicialização
• Reaquecimento controlado após o desligamento

São diferentes tarefas térmicas.

Por que os oleodutos de betume quente perdem calor?

O calor escapa do produto através da parede do tubo, do sistema de aquecimento ou revestimento, do isolamento e da superfície externa.

A necessidade térmica total depende de:

• Temperatura do betume
• Temperatura ambiente
• Diâmetro da tubulação
• Comprimento do oleoduto
• Material isolante
• Espessura do isolamento
• Exposição ao vento
• Válvulas, flanges e suportes
• Tempo de aquecimento necessário

Um projeto externo frio no inverno apresenta um perfil de perda de calor muito diferente de uma linha de transferência interna curta em um clima tropical.

Oleoduto com revestimento de óleo térmico

Uma camisa de óleo térmico utiliza óleo de transferência de calor quente que circula por uma camisa externa ou um sistema de traçagem específico ao redor do tubo de betume.

O óleo térmico recebe calor de uma caldeira ou aquecedor de óleo térmico e circula pelo circuito de aquecimento.

Vantagens

• Integra-se naturalmente a instalações que já utilizam caldeiras a óleo térmico.
• Adequado para tanques, bombas, válvulas e tubulações dentro de uma mesma rede de aquecimento.
• Pode fornecer aquecimento indireto forte e estável.
• Sem alta carga de aquecimento elétrico distribuída ao longo do tubo
• Útil para sistemas de betume centralizados de maior porte.

Considerações

• Requer tubulação de alimentação e retorno de óleo térmico.
• Requer circulação e equilíbrio.
• Válvulas e conexões adicionais aumentam a complexidade da instalação.
• Ramos longos exigem projeto hidráulico.
• Vazamentos e dilatações devem ser considerados.
• A caldeira deve ter capacidade térmica de reserva suficiente.

Rastreamento de calor elétrico

O cabo de rastreamento elétrico é instalado ao longo da tubulação do processo e coberto por isolamento adequado e proteção contra intempéries.

Dependendo do projeto, o rastreamento pode utilizar tecnologias de cabos de potência constante, autorreguláveis ou outras tecnologias de cabos industriais adequadas à faixa de temperatura necessária.

Vantagens

• Sem circuito de alimentação e retorno de óleo térmico
• Zoneamento mais fácil e controle individual de temperatura.
• Útil para tubulações curtas ou isoladas.
• Ideal para bombas, válvulas e pequenas seções auxiliares.
• Pode simplificar a instalação em locais onde uma caldeira a óleo térmico não está disponível.

Considerações

• Requer energia elétrica suficiente.
• Cabos e acessórios devem ser adequados à temperatura e ao ambiente de operação.
• Circuitos longos exigem projeto elétrico e zoneamento.
• Danos no cabo de rastreamento podem criar um ponto frio localizado.
• A proteção elétrica e o controle de temperatura devem ser projetados adequadamente.

Óleo térmico versus aquecimento elétrico por rastreamento

Etapa 1: Defina a temperatura de operação.

Antes de calcular o rastreamento de calor, defina:

• Temperatura normal de transferência de betume
• temperatura mínima permitida na tubulação
• Temperatura máxima do material
• Temperatura de espera
• mínimo ambiente esperado

As temperaturas necessárias dependem do tipo de aglutinante e do processo em questão.

Não utilize uma temperatura fixa para betume de penetração, betume modificado com SBS, betume de borracha e emulsão.

Etapa 2: Calcular a perda de calor na tubulação

O sistema de rastreamento deve, no mínimo, compensar a perda de calor em regime permanente necessária sob as condições ambientais de projeto.

Um cálculo detalhado considera a condução através do isolamento, bem como a convecção e a radiação externas.

Os principais insumos incluem:

• diâmetro externo do tubo
• Condutividade térmica do isolamento
• Espessura do isolamento
• Temperatura do processo
• Temperatura ambiente
• Condições do vento
• Comprimento do oleoduto

O resultado fornece uma estimativa da necessidade de calor por unidade de comprimento e para o circuito completo.

Não se deve aplicar um valor universal de watts por metro a todos os projetos.

Etapa 3: Adicione válvulas, flanges e bombas

A perda de calor não é distribuída uniformemente.

Válvulas, flanges, filtros, carcaças de bombas, filtros de tela e interfaces de equipamentos possuem maior área de superfície ou massa térmica e podem exigir rastreamento adicional.

Muitas falhas em dutos começam nesses componentes, e não no meio de um tubo reto bem isolado.

Etapa 4: Divida o sistema em zonas de aquecimento

Uma longa rede de transferência não deve necessariamente funcionar como um circuito de aquecimento descontrolado.

Zonas úteis podem incluir:

• Saída do tanque e sucção da bomba
• Oleoduto principal de transferência
• Estação de filtro e válvula
• Conexão da usina de asfalto
• Retorno da circulação
• Linha de descarga de caminhões-tanque

O controle de zonas permite ao operador aquecer apenas os circuitos necessários para o modo de operação atual.

Projeto de circuito de óleo térmico

Um sistema de rastreamento de óleo térmico requer mais do que uma caldeira suficientemente grande.

O designer deve avaliar:

• Temperatura disponível do óleo térmico
• Fluxo de óleo necessário
• Pressão de alimentação e retorno
• Perda de pressão em cada ramo
• Equilíbrio entre circuitos paralelos
• Expansão
• Ventilação
• Drenagem
• Válvulas de isolamento

Um oleoduto distante pode receber aquecimento insuficiente se o circuito de petróleo estiver mal equilibrado.

Para princípios de dimensionamento de caldeiras, consulte:

Como calcular a capacidade do aquecedor de óleo térmico para tanques de armazenamento de betume

Projeto de aquecimento elétrico por rastreamento

O rastreamento elétrico requer um projeto elétrico e térmico coordenado.

Verificar:

• Potência térmica necessária
• Classificação de temperatura do cabo
• temperatura máxima de exposição
• Comprimento do circuito
• Tensão da fonte de alimentação
• Corrente de partida, quando aplicável.
• Localização do controlador e do sensor
• Proteção contra sobrecorrente
• Proteção contra falhas de aterramento, quando necessário.
• Classificação de área perigosa, se aplicável.

O sistema selecionado deve ser adequado ao ambiente do equipamento e às normas elétricas locais.

Os sensores de temperatura devem ser posicionados com cuidado.

Um sensor de temperatura deve representar a seção que o controlador se destina a proteger.

Possíveis problemas de controle incluem:

• Sensor muito próximo da fonte de aquecimento.
• O sensor foi instalado em um local que não representa a seção mais fria.
• Um sensor controla vários ramos com temperaturas distintas.
• Mau contato entre o sensor e o tubo

Sistemas de grande porte podem exigir múltiplas zonas de temperatura.

O isolamento é essencial.

O aquecimento por traçagem sem isolamento eficaz pode desperdiçar muita energia.

O isolamento ajuda:

• Reduzir a perda de calor
• Reduzir o consumo de combustível ou eletricidade
• Manter uma temperatura mais uniforme na tubulação
• Reduzir o tempo de aquecimento
• Proteja o processo contra mudanças ambientais rápidas.

As juntas de isolamento em torno de válvulas, suportes e tampas removíveis merecem atenção especial.

O diâmetro da tubulação e o rastreamento de calor estão relacionados.

Tubos maiores contêm mais betume e têm uma área de superfície externa maior. Tubos menores podem reduzir a massa térmica, mas aumentam a perda de pressão hidráulica.

Portanto, o projeto hidráulico e o projeto térmico devem ser coordenados.

Para dimensionamento de tubos, consulte:

Como calcular o diâmetro da tubulação de betume para uma usina de asfalto

O desligamento e a reinicialização devem ser planejados com antecedência.

Uma das questões mais importantes é o que acontece com o betume que permanece dentro do tubo após a interrupção da produção.

Dependendo do sistema, o procedimento de desligamento pode utilizar:

• Continuação do rastreamento de calor
• Circulação de volta para o tanque
• bombeamento reverso
• Drenagem por gravidade
• Esvaziamento controlado da linha

Um sistema que depende do reaquecimento de uma tubulação fria completamente cheia após cada desligamento pode exigir muito mais capacidade de aquecimento e tempo de inicialização.

Falhas comuns em sistemas de aquecimento por resistência

Traçando apenas o tubo reto

Válvulas, filtros e bombas tornam-se pontos frios.

Isolamento insuficiente

O sistema de aquecimento instalado não consegue compensar perdas externas excessivas.

Uma zona para uma rede muito longa

Algumas áreas superaquecem enquanto outras, mais remotas, permanecem frias.

Circulação de óleo térmico subdimensionada

A caldeira está quente, mas as camisas de aquecimento mais distantes estão recebendo fluxo de óleo insuficiente.

Rastreamento elétrico danificado

Um circuito defeituoso pode deixar uma seção fria oculta.

Sem estratégia de desligamento

O betume arrefece dentro das válvulas, filtros e pontos baixos antes do próximo arranque.

Qual método você deve usar?

O óleo térmico costuma ser uma opção atraente quando:

• Já existe uma caldeira central a óleo térmico.
• Vários tanques e tubulações compartilham uma mesma rede de aquecimento.
• O projeto é amplo e centralizado.

O rastreamento elétrico costuma ser atraente quando:

• A linha é relativamente curta ou isolada.
• Há disponibilidade de energia elétrica estável.
• Zonas de temperatura independentes são desejáveis.
• Adicionar tubulação de óleo térmico seria desnecessariamente complexo.

Alguns projetos utilizam ambos os métodos: óleo térmico para os principais equipamentos de processo e aquecimento elétrico para válvulas locais, instrumentos ou linhas auxiliares.

Perguntas mais frequentes

O aquecimento por traçagem térmica consegue derreter completamente o betume sólido dentro de uma tubulação?

Isso depende da capacidade de rastreamento, do diâmetro da tubulação, do isolamento, da condição do material e do tempo de aquecimento permitido. Muitos sistemas de rastreamento são projetados principalmente para a manutenção da temperatura, e não para uma recuperação rápida após a solidificação completa.

O óleo térmico é sempre melhor que o traçador elétrico?

Não. O método correto depende das infraestruturas existentes, do tamanho do sistema, do comprimento da tubulação, dos requisitos de controle e do custo do ciclo de vida.

Todas as válvulas de betume precisam de aquecimento?

As válvulas em serviço com betume quente são potenciais pontos frios e devem ser avaliadas individualmente como parte do projeto térmico.

A mesma caldeira de óleo térmico pode aquecer tanques e tubulações?

Sim, desde que tenha capacidade térmica total suficiente e a rede de circulação esteja dimensionada e balanceada corretamente.

Conclusão

O projeto de sistemas de aquecimento de tubulações de betume deve levar em consideração as perdas de calor e a estratégia operacional, em vez de ser baseado apenas no comprimento da tubulação.

A sequência de engenharia é:

Temperatura do processo → Condições ambientais → Perda de calor → Método de rastreamento → Zoneamento → Isolamento → Estratégia de desligamento

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