Curso de tuberías para plantas de proceso - 0108 Traceado & Encamisado de Tuberias

8/18/2019 Curso de tuberías para plantas de proceso - 0108 Traceado & Encamisado de Tuberias

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Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294.

Fax 914-203-074; E-mail [email protected]

CURSO DE TUBERIAS PARA

PLANTAS DE PROCESO.

(Químico, Petroquímico o Farmacéutico).

0108

TRACEADO Y/O ENCAMISADO DE

TUBERÍAS.


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CURSO DE DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS DE PROCESO (2.005).

TRACEADO Y/O ENCAMISADO DE TUBERÍAS.

Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].

Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

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Índice de la unidad didáctica:

01 TRACEADO Y/O ENCAMISADO DE TUBERÍAS.

02 GENERALIDADES SOBRE EL TRACEADO Y EL ENCAMISADO.

03 CLASIFICACIÓN DE LOS TRACEADOS PARA TUBERÍAS.

03.1 Traceado, o acompañamiento con líneas de vapor.

03.2 Traceado eléctrico.

04 LAS CONEXIONES DE LOS TRACEADOS CON VAPOR.

05 EL ENCAMISADO DE TUBERÍAS.


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01 TRACEADO, ENCAMISADO Y AISLAMIENTO DE TUBERÍAS.

Es relativamente habitual en las plantas de proceso, que surja la necesidad de transportar fluidos

viscosos e incluso aquellos que son sólidos a la temperatura ambiente. Para permitir el manejo de talesfluidos viscosos, por parte de las bombas, debe calentarse dicho fluido (para que baje su viscosidad)

así como la tubería y mantenerla a una temperatura adecuada para favorecer unas condiciones de flujo

regular.

En esta unidad, veremos de un modo elemental, los distintos sistemas que suelen ser utilizados en los

equipos, o tuberías que lo requieran, bien sea para calentar la tubería de proceso, con el fin de evitar

la solidificación del liquido durante su recorrido, o mantener las condiciones de fluidez de líquidos

viscosos, y en todos los casos, evitar el enfriamiento del fluido (heladas), mediante la calefacción por

líneas de acompañamiento, “tracing”, o traceado.

02 GENERALIDADES SOBRE EL TRACEADO Y EL ENCAMISADO.Para reducir la pérdida de calor, la tubería se aísla con material de baja conductividad térmica, pero,

en general, no es económico dotarla de un espesor mayor que el necesario para conseguir un 80 % de

rendimiento en la retención de calor. Las pérdidas por encima de este valor se pueden compensar

mediante calefacción por traceado, y así mantener la temperatura de la tubería, pero el calentamiento

inicial del fluido contenido en la línea, se produce normalmente mediante calderas, hornos,

intercambiadores, etc.

Para determinar las dimensiones de un sistema de calefacción, debe ser calculada la potencia

necesaria, en este calculo es importante distinguir entre sistemas usados para mantener una

temperatura fija y los sistemas empleados para calentar un producto. Los datos a tener en cuenta son

los siguientes:

j Longitud, diámetro de la línea y "schedule".

k Espesor del aislamiento conociendo su constante de transmisión de calor.

l Limites de temperatura a mantener en el fluido.


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m Temperatura ambiente.

03 CLASIFICACIÓN DE LOS TRACEADOS PARA TUBERÍAS.

El traceado además de mantener la temperatura de productos tales como aceites, productos químicosy ciertos alimentos, puede ser utilizado para proteger tuberías de agua, válvulas y otros equipos

auxiliares contra las heladas.

Hay tres métodos principales de calefacción de tuberías; dos de ellos por trazadores, que son:

? Líneas de acompañamiento con tuberías calefactoras.

? Cintas o cables de calefacción eléctricos.

? Tuberías encamisadas.

03.1 El traceado, o acompañamiento con líneas de vapor.

El traceado, o “steam tracing”, se efectúa sobre los equipos o tuberías que indica la

especificación, suele tener como finalidad, como ya se ha indicado, pretende normalmente

mantener su contenido en condiciones de trabajo satisfactorias cuando la temperatura ambiente

cae 5 ºC por debajo de la temperatura media mensual más baja de la zona; es decir, evitar elenfriamiento del fluido, mantener las condiciones de fluidez de los líquidos viscosos, o evitar la

solidificación del liquido durante su recorrido.

En el dimensionado del traceado de las líneas, además de lo ya enunciado, influye:

â La temperatura media ambiental, del lugar donde este situada la planta.

â El diámetro de la línea a tracear.

El vapor a utilizar es importante que sea saturado, esté seco y se tome de una fuente que lo

produzca continuamente, incluso durante los períodos de parada de la planta. Debe tener una

presión mínima igual a la exigida por la especificación del traceado o acompañamiento de vapor

"steam-tracing". Las presiones de vapor pueden variar desde 1,0 kg/cm2 hasta 15,3 kg/cm2

(0,10 a 1,5 N/mm2); pero debe emplearse la presión más baja que permita alcanzar la

temperatura deseada.


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La temperatura del vapor suministrado a la tubería calefactora no debe exceder el límite de

temperatura para el fluido de proceso en la tubería del producto.

Si la presión del vapor disponible es demasiado alta, puede reducirse por medio de una válvulareductora de presión o una estación de control. Las velocidades recomendadas por “Spirax-

Sarco” para determinar el tamaño de la tubería de vapor saturado, se encuentran entre 18 y 40

m/s.

La alimentación de las tuberías destinadas al traceado debe realizarse desde un colector común

el cual tiene que estar dimensionado para atender la demanda máxima prevista. Quizá la mejor

manera de dimensionar el colector sea calcular la sección transversal interna de todas las

tuberías calefactoras y seleccionar un colector que tenga la misma área de paso. La tabla

siguiente indica los tamaños de los colectores cuando todas las tuberías calefactoras son del

mismo diámetro.

TABLA 1; Nº DE TUBERÍAS DE TRACEADO, POR COLECTOR.

∅ del colector en pulgadas. Nº de tuberías de∅ ½”

1” Hasta 5

1 ½” De 6 a 14.

2” De 15 a 30

Debe haber una sola derivación para cada línea calefactora, y cada una de estas tuberías debe

tener su propio sistema de purga. Incluso cuando en una sola línea de producto existen varias

líneas calefactoras, cada una de éstas debe tener su propio purgador. Debe comprenderse que

dos líneas de traceado no pueden tener exactamente la misma carga, por lo que agrupar en un

solo purgador dos o más líneas de acompañamiento de vapor, podría afectar al rendimiento de

la transferencia de calor.

El dimensionado del ∅ las líneas de vapor se realiza habitualmente por reglas empíricas, que se

basan generalmente en la experiencia de una empresa determinada o de un proceso particular y


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no son necesariamente aplicables en otros casos. El tamaño usual es el de l/2" (15 mm) y de l/8"

cuando hay que adaptarse a equipos con formas difíciles.

03.2 Traceado eléctrico.

La calefacción por traceado eléctrico, salvo en las plantas petroquímicas, y en aquellas que

presentan un excedente de vapor, es probablemente el método más extendido para mantener la

temperatura de una tubería, ya que es sencillo, flexible y fácil de controlar, siendo por tanto

adecuado para la mayoría de los problemas de calefacción de la superficie de tubos. Además

de ser flexible para adaptarse a curvas, tés y otros accesorios comunes de las tuberías, la

calefacción por traceado eléctrico proporciona una gama de temperaturas más amplia que otros

sistemas, ya que es capaz de mantener temperaturas de hasta 800º C en tuberías de hasta 750

mm de diámetro nominal. También es adecuado para aplicaciones bajo techado o a la

intemperie y puede emplearse en tuberías que pasan por zonas peligrosas, si bien en esas zonas

siempre será preferible el vapor.

Figura, 01; Ejemplo de traceado eléctrico para tuberías.

El traceado eléctrico, se utiliza para prevenir que los productos no se solidifiquen o congelen,

mantener una temperatura definida de proceso, o subir una temperatura durante la puesta en

marcha, este traceado puede sustituir al de vapor en alguno de estos casos:


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j Cuando se requiere que la temperatura sea uniforme.

k Cuando el suministro de vapor es irregular.

l

Cuando no es admisible la alta temperatura del vapor.m Cuando no es posible la supervisión del sistema.

Los sistemas de traceado eléctrico emplean cintas o cables calefactores, los cuales han sido

diseñados para ser colocados a lo largo de la tubería, o enrollados alrededor de la superficie

exterior del tubo en forma espiral (dependiendo de la carga necesaria). Las temperaturas se

regulan mediante dispositivos de control tales como termostatos, o similares, para mantener los

costes de explotación a un nivel mínimo; siempre que sea posible, el numero de cables

longitudinales será múltiplo de 3, de forma que la temperatura en el exterior del cable no alcance

limites peligrosos según la clasificación de áreas, la temperatura limite dependerá de los

productos peligrosos que existan en la planta, o en la zona.

Por estas razones muchas instalaciones usan el traceado por electricidad, de esta manera se

obtienen las siguientes ventajas:

j Es fácilmente controlable la temperatura del producto.

k Todos los circuitos de calefacción pueden ser dirigidos de modo centralizado.

l Existe un control continuo, y los gastos de operación son muy bajos.

m No hay partes sujetas a rozamiento y se necesita muy poco mantenimiento.

n Los cables para calefacción se colocan fácilmente.

Pueden ser utilizados diferentes tipos de cables, los mas comunes son:

Æ Cables recubiertos de plástico; (recubrimiento simple, o doble).Æ Cables recubiertos de un trenzado metálico.

En el trazado de estos cables cada 15,0 m., se instalaran como mínimo dos termostatos, cuyas

características son:

â Termostato para baja temperatura.

â Termostato para alta temperatura.


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En algún caso, se instalara un tercer termostato de seguridad, por si fallara el de alta

temperatura.

El suministro de energía eléctrica, se hará desde un cuadro de control y protección, por media

de un cable que ira hasta el punto de toma; para conseguir una buena transferencia, el cable

calefactor y la tubería, o el tanque, deben estar en contacto directo; por ello es muy importante,

que el aislamiento térmico no se meta entre el cable calefactor y la superficie de la tubería; en

estos trazadores, el radio de las curvas, no debe ser menor de cinco veces el diámetro exterior

del cable.

04 LAS CONEXIONES DE LOS TRACEADOS CON VAPOR.

En algunos casos, no es suficiente el color aportado por una solo tubería y es necesario colocar dos o

mas líneas de vapor de acompañamiento, a continuación pueden observarse algunas formas de

colocación de las tuberías de acompañamiento.

Figura, 02; Ejemplo de disposición de líneas deacompañamiento en

tuberíashorizontales.


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Figura 03; Otros ejemplo de disposición de líneas de acompañamiento en tuberías horizontales.

Figura 04; Ejemplo de disposición de líneas de acompañamiento en tuberías verticales.

La longitud de las líneas, y por lo tanto la separación entre conexiones, varia según las condiciones

ambientales de cada planta, si bien puede calcularse en una media de 60 a 70 m., al final de cada una

ellas se instalara un purgador; siempre que su recorrido y longitud sean idénticos, se podrá montar un

solo purgador para cada par de líneas de acompañamiento.


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Figura 05; Detalle de la disposición de línea de

tracedo en tubería horizontal.

Las conexiones sobre el colector de vapor se

realizaran siempre por la parte superior,

colocando lo mas cerca posible una válvula

de bloqueo.

Con objeto de hacer el menor numero de conexiones sobre el colector de vapor y a su vez, tener un

ahorro de tubería, se dispondrán sub-colectores de los que saldrán las conexiones simples y que

servirán para a su vez sacar de ellos un nº determinado de ramales (según el ∅ del sub-colector),

cada uno con su válvula de

bloqueo, como se aprecia en la

figura adjunta.

Figura 06; Ejemplo de

disposición del picaje

en subcolec-tor de las

líneas de traceado.

Para el traceado de la instrumentación, se llevara la línea hasta el propio instrumento, el cual se

traceara con una tubería de cobre, recogiendo posteriormente el condensado mediante un purgador

que lo mandara al colector de recogida.


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Las descargas de los purgadores se

recogerán en el colector de

condensado instalado lo más cerca

posible de esta conexión, con una

válvula de retención que evite un

posible retorno, esta descarga será

siempre de un diámetro mayor que

la línea de vapor de

acompañamiento.

Figura 07; Traceado en tuberías para

instrumentación.

Se instalaran uniones o bridas de desmontaje en todos aquellos puntos que lo requiera tales como

válvulas, bridas de orificio, etc.

Figura 08; Unión para desmontaje de líneas de

acompañamiento para tuberías.

Todas las tuberías para el traceado se procurara que sean autodrenantes, para evitar posibles bolsas

de condensación. las uniones del traceado

deben hacerse con accesorios de enchufe y

soldadura (SW) y preverse las conexiones de

drenaje para el condensado.

Figura 09; Traceado de bomba.

Se puede conseguir un mayor efecto de calentamiento, disponiendo el traceado en forma de espiral

alrededor de la línea de producto; pero esto solo es valido para una sola tubería de traceado, siempre


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que la línea sea vertical, debido a los problemas que se crearían con el condensado, en el resto de los

casos, es preferible instalarlos de forma paralela.

Otro procedimiento para mejorar la transmisión de calor, es soldar el traceado a la tubería de

producto; puede hacerse de dos formas; mediante soldadura por puntos o continua. Debe tenerse en

cuenta que la soldadura aumenta el peligro de corrosión electrolítica, por lo que se debe tener cuidado

en asegurarse de que el material de la tubería de traceado es compatible con la tubería de proceso.

Otro método de adosar las tuberías calefactoras es mediante abrazaderas. Esta es la forma más

sencilla de hacerlo con flejes o alambre. Es importante un estrecho contacto con la línea de producto,

por lo que las abrazaderas no deben distar más de 400 mm para traceado de 3/8” (10 mm), 600 mm

para el de ½” (15 mm) y 1.000 mm para los de ¾” (20 mm) o mayores.

Es necesario considerar los problemas de dilatación, ya que las tuberías calefactoras se dilatan más

que el tubo de producto, por ello se deben dejar márgenes adecuados, pues, de lo contrario, las

uniones en el traceado pueden resultar sometidas a esfuerzos excesivos; en el trazado normal se deben

disponer las curvas o bucles para absorber los

movimientos; en todos los casos el bucle debe

hacerse en el plano horizontal.

Figura 10; Lira de dilatación en codo, unión bridada y en tramo


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recto.

TABLA. 02. Nº de traceadores de ½” (15 mm) según ∅ de tuberia y tipo de producto.

Temp. Solidificación/∅ tubería 1” 1 ½” 2” 3” 4” 6” 8” 10 a 14” 14 a 18” 18 a 20”

Protección contra heladas, o

productos c/ solidificación < 24 ºC1 1 1 1 1 2 2 2 2 2

Productos que solidifican entre 24 y

66 ºC

1 1 1 1 2 2 2 3 3 3

Productos con solidificación entre 66

y 150 ºC

1 2 2 3 3 3 3 6 8 10

05 EL ENCAMISADO DE TUBERÍAS.

La función del encamisado podemos definirla como similar a la del acompañamiento de vapor, o

“steam-tracing”, teniendo como es natural algunas variaciones con respecto a este.

El acompañamiento se utiliza preferentemente en Petroquímica, el encamisado suele usarse

normalmente en plantas químicas y de productos alimenticios; el objeto del encamisado es evitar la

solidificación de los productos muy pastosos utilizados en química, sobre todo en líneas criticas.

El término encamisado se aplica a las tuberías y accesorios provistos de doble pared. La cavidad

debe ser diseñada de manera que pueda circular un fluido caliente entre ambas paredes para elevar

y/o mantener la temperatura del medio que circula por el tubo interior. Las tuberías encamisadas son

adecuadas para fluidos muy viscosos y para aquellos que puedan ser afectados por «puntos

calientes».

Al diseñar sistemas de tuberías

encamisadas es muy importante

considerar los movimientos

resultantes de la dilatación y la

contracción; debe aprovecharse


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la flexibilidad natural del sistema para eliminar los esfuerzos excesivos, ya que teniendo en cuenta los

costes que implican las tuberías encamisadas, añadir curvas para mejorar la flexibilidad de los tramos

puede ser muy caro.

Figura 11; Tramo recto de tubería encamisada (vapor) con unión bridada.

Si se considera necesario el uso de fuelles de dilatación, sólo se deben emplear como último recurso,

hay que asegurarse de que el fluido que discurre por la camisa, no atacará las partes internas delfuelle.

Otro punto a vigilar es el uso de distintos materiales para el tubo interior y para la camisa (una

combinación típica es el tubo interior en acero inoxidable austenítico con la camisa en acero al

carbono). Esto requiere la soldadura de metales diferentes, que, aunque no presenta dificultades con

las técnicas de que se dispone hoy en día, debe tenerse en cuenta en la fase de detalle.

Cuando se requieren materiales distintos, la dilatación diferencial puede ser un problema complejo.

Figura 12; Sección transversal

típica de tubería

encamisada.

El medio calefactor puede ser;

agua, aceite o vapor, pero el

vapor requiere una cuidadosa

consideración, por lo que se

refiere al condensado resultante.


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El vapor debe fluir desde el punto más alto para crear una caída natural hacia la descarga de

condensado.

Figura 13; Detalle de conexión de vapor y condensado en tubería encamisada.

Las líneas encamisadas por las que circula agua o aceite como liquido calefactor, deben hacerse en

tramos de no más de 12,0 m., reduciéndose esta longitud a 6,0 m. en el caso de utilizar vapor; en

este ultimo caso debe eliminarse el condensado de cada tramo, pero si se considera impracticable poner un purgador en cada tramo, se pueden agrupar cierto número de ellos hasta un total de unos

30 m en climas moderados; y de unos 12,0 m. en climas muy fríos.

El montaje consta de la tubería que lleva el producto, envolviendo a esta, otra de superior diámetro

y una longitud determinada por la especificación.

Esta ultima envolvente tiene una conexión en un extremo en la parte superior que sirve de entrada al

vapor, y otra en el extremo opuesto, también en la parte superior, que se utiliza como salida de

vapor para la alimentación de la camisa siguiente y por ultimo una conexión en ese mismo extremo

en la parte inferior que sirve de salida al condensado.

La salida del condensado dispone de un purgador, para su descarga al colector o al suelo, segúnindique la especificación; la camisa exterior estará provista de aislamiento.


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Figura 14; Ejemplo típico para montaje de tubería encamisada.

Figura 15; Detalle del picaje en

tubería encamisada.


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Figura 13; Detalle de la conexión

de una te, en tubería

encamisada.

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