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Tracciamento Elettrico Industriale

Nell’uso comune la terminologia “tracciatura elettrica” sta ad indicare l’applicazione su tubazioni e serbatoi di “cavi scaldanti elettrici” al fine di mantenere in temperatura i fluidi (o i prodotti in genere) che in caso di raffreddamento rischiano il passaggio di stato da liquido a solido o il cambiamento delle loro caratteristiche chimico-fisiche.
Un classico caso di queste problematiche è il congelamento dell’acqua all’interno di tubazioni o serbatoi di stoccaggio.

Bobina di cavo scaldante autoregolante

Spesso l’utilizzo della sola coibentazione termica non assicura il mantenimento della temperatura dei prodotti; questa, infatti, minimizza le dispersioni di calore verso l’ambiente ma non le azzera completamente, soprattutto quando c’è una grande differenza tra la temperatura a cui si vuole mantenere i prodotti e la temperatura dell’ambiente in cui si trovano le tubazioni o i serbatoi.
Nelle tubazioni, inoltre, questo problema è particolarmente sentito nei periodi durante i quali la circolazione di questi fluidi viene arrestata ed il prodotto rimane statico all’interno delle tubazioni stesse.
Per risolvere tutte queste problematiche, quindi, viene installato un “elemento” in grado di fornire il calore necessario per pareggiare le dispersioni termiche verso l’ambiente e mantenere il prodotto alla temperatura ottimale

Esempio di installazione lineare su tubazione

Il cavo scaldante viene normalmente installato direttamente sulla superficie esterna del tubo e fissato con opportune fascette o nastri adesivi; il tutto viene poi ricoperto dallo strato di isolamento termico e collegato a cassette di connessione con l’alimentazione elettrica.
Lo stesso sistema viene utilizzato anche per la posa su serbatoi; il cavo scaldante (o altri sistemi di riscaldamento quali fasce scaldafusti o resistenze elettriche) viene fissato sulla superficie esterna del serbatoio, sotto l’isolamento termico, e può essere utilizzato anche come pre-riscaldo del prodotto prima del suo utilizzo.

Per l’installazione su tubazioni la scelta tra la posa lineare o a spirale dipende da numerosi fattori tra cui: le dimensioni del tubo, la temperatura di mantenimento, la dispersione termica calcolata e la potenza fornita dal cavo scaldante selezionato.
Ovviamente la scelta del sistema di posa, come tutta la fase di calcolo delle dispersioni e selezione del cavo scaldante più adatto per l’applicazione, viene fatta direttamente dal nostro ufficio tecnico in fase di preventivazione

Dimensionamento della tracciatura elettrica

Tutte le problematiche per cui è richiesta la tracciatura elettrica si possono dividere in due categorie principali:

• Mantenimento a temperatura: quando il cavo scaldante viene utilizzato per evitare il raffreddamento del prodotto che arriva già caldo nelle tubazioni o nei serbatoi
• Riscaldamento: quando il cavo scaldante viene utilizzato per aumentare la temperatura del prodotto che arriva freddo nelle tubazioni o nei serbatoi

Nel caso del mantenimento a temperatura è sufficiente calcolare le dispersioni termiche della tubazione o del serbatoio e scegliere il cavo scaldante che fornisca la giusta quantità di calore per pareggiare queste dispersioni.
Nel caso del riscaldamento, invece, bisogna calcolare anche il fabbisogno energetico per poter innalzare la temperatura del prodotto nel tempo desiderato.
Qui di seguito le principali formule di calcolo della termodinamica per il dimensionamento termico della tracciatura elettrica

Mantenimento a temperatura di tubazioni isolate termicamente

Per determinare la potenza specifica (in W/m di tubazione) necessaria per il mantenimento alla temperatura richiesta si può utilizzare la seguente formula: Wm = 2,75 x K x (Tm – Ta) / E x log x (D + 2s / D)

• Wm = potenza in watt/m necessaria per compensare le perdite su una tubazione
• K = conducibilità termica del coibente (W/m °C)
• D = diametro esterno della tubazione (mm)
• s = spessore del coibente (mm)
• Tm = temperatura da mantenere (°C)
• Ta = temperatura minima ambiente (°C)
• E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Riscaldamento di tubazioni isolate termicamente

La potenza necessaria per elevare la temperatura del fluido contenuto nelle tubazione si determina con la seguente formula: WrT = (P x S + C x Q) / E x H x ΔT + 2/3 WmT

• WrT = potenza in watt/m necessaria per il riscaldamento pari a ΔT lungo la tubazione
• WmT = potenza in watt/m necessaria per compensare le perdite su una tubazione
• P = peso unitario della tubazione vuota (kg/m)
• S = calore specifico del materiale costituente la tubazione (Wh/kg °C)
• C = peso unitario del fluido contenuto nella tubazione (kg/m)
• Q = calore specifico del fluido contenuto nella tubazione (Wh/kg °C)
• ΔT = salto termico tra la temperatura iniziale e la temperatura di arrivo (°C)
• H = tempo di riscaldamento (h)
• E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Mantenimento a temperatura di serbatoi isolati termicamente

La potenza totale necessaria per compensare le perdite di calore attraverso il coibente si ottiene mediante la formula: WmS = A x K x (Tm – Ta) / S x E

• WmS = potenza totale necessaria per compensare le perdite su un serbatoio
• A = superficie totale del serbatoio (m2)
• K = conducibilità termica del coibente (W/m °C)
• Tm = temperatura da mantenere (°C)
• Ta = temperatura minima ambiente (°C)
• S = spessore del coibente (mm)
• E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Riscaldamento di serbatoi isolati termicamente

La potenza totale per elevare la temperatura del prodotto contenuto nel serbatoio si determina con la seguente formula: WrS = (P x S + C x Q) / E x H x ΔT + 2/3 WmS

• WrS = potenza totale necessaria per effettuare il riscaldamento (W), pari a ΔT, per il volume totale del serbatoio
• WmS = potenza totale necessaria per compensare le perdite su un serbatoio (W)
• P = peso del prodotto contenuto nel serbatoio (kg)
• S = calore specifico del prodotto contenuto nel serbatoio (Wh/kg °C)
• C = peso del serbatoio vuoto (kg)
• Q = calore specifico del materiale costituente il serbatoio (Wh/kg °C)
• ΔT = salto termico tra la temperatura iniziale e la temperatura di arrivo (°C)
• H = tempo di riscaldamento (h)
• E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Mantenimento a temperatura di tubazioni e serbatoi non isolati termicamente

Nel caso che la tubazione (o il serbatoio) non sia isolata termicamente, la potenza necessaria (W) per compensare le dispersioni di calore è proporzionale:

• alla superficie di scambio S, cioè alla superficie esterna della tubazione (m2/m) o del serbatoio (m2);
• al coefficiente di scambio termico K fra la superficie esterna della tubazione o del serbatoio (Wh/m2) e l’ambiente. In condizioni normali il valore di K è normalmente uguale a 11÷13;
• alla differenza fra la temperatura di mantenimento (Tm) e quella ambiente (Ta).

Con approssimazione si può pertanto indicare la seguente formula sperimentale: Wm = K · S (tm – ta)

Attenzione: come si può rilevare dalle formule di cui sopra, quando le tubazioni e i serbatoi non sono isolati termicamente la potenza necessaria risulta molto elevata, pertanto un sistema di tracciatura elettrica senza coibentazione non risulta vantaggioso né dal punto di vista energetico né dal punto di vista economico

Tipologie di Cavi Scaldanti

I principali modelli di cavi scaldanti utilizzati per la tracciatura elettrica nell’impiantistica industriale si possono dividere in due tipologie:

• Cavi con resistenza in parallelo
• Cavi con resistenza in seria

Cavi con resistenza in Parallelo

Resistenza in parallelo

In questa categoria possiamo annoverare i cavi scaldanti Autoregolanti e quelli a Potenza Costante

Sono modelli di cavo scaldante aventi due conduttori, si alimentano in un solo capo, forniscono una potenza specifica in watt/metro indipendentemente dalla lunghezza del circuito e si possono tagliare a misura secondo l’esigenza specifica dell’applicazione.

I conduttori elettrici non sono resistivi ma hanno la sola funzione di portare la tensione lungo tutto il circuito scaldante; l'effetto di riscaldamento è fornito da una matrice semiconduttiva estrusa tra i due conduttori (per il cavo autoregolante) o da un filamento resistivo avvolto a spirale intorno ai conduttori (per il cavo a potenza costante).

Cavi con resistenza in serie

Resistenza in serie

In questa categoria troviamo i cavi scaldanti Resistivi Unifilari con rivestimento termoplastico ed i cavi scaldanti ad Isolamento Minerale.

Sono cavi scaldanti con singolo conduttore, si alimentano da entrambi i capi, la potenza fornita è strettamente dipendete dalla lunghezza del circuito ed una volta intestati non si possono tagliare, accorciare o allungare.

Il conduttore funge da elemento scaldante e si comporta come una resistenza elettrica, ossia dissipa calore per effetto Joule, per cui necessitano di un dimensionamento in fase di progettazione per definire la lunghezza del circuito scaldante e la potenza erogata dal circuito stesso