Cable para calefacción de tubería de gas: estructura, selección por parámetros, métodos de instalación

En la época fría del año ocurren molestas interrupciones en el funcionamiento de los gasoductos. No solo surgen debido a las bajas temperaturas. Con alta probabilidad se puede obtener el problema si la instalación de las comunicaciones fue de mala calidad. Entonces, la congelación con la detención del movimiento en la tubería se convierte en un fenómeno habitual.

Para resolver el problema, será necesario instalar un cable para calefacción de tubería de gas y preferiblemente antes de la llegada de las heladas. A continuación, le contaremos cómo elegir correctamente un cable calefactor y compartiremos los detalles de su instalación.

Estructura del cable calefactor

El dispositivo de los cables para calefacción incluye hasta 5 elementos: la presencia de tal o cual detalle depende del tipo de producto, y solo hay dos, sin contar los que se usan raramente:

• autorregulable;
• resistivo.

Cable autorregulable tiene dos conductores con fases diferentes. Por estos conductores de cobre fluye la electricidad. Se encuentran dentro de una matriz conductora que calienta el cable y actúa como el cerebro del sistema.

Cada detalle de este interior forma parte de un circuito eléctrico con una ubicación exactamente en el medio entre los conductores. Es precisamente la matriz la que calienta y regula los conductores de alimentación.

Además de su propia capa de aislamiento térmico, los cables se utilizan junto con un aislamiento externo. Esto es necesario para proteger el cable de la influencia del entorno exterior.

La parte principal del cable siempre se introduce en una capa de aislamiento térmico, que también se denomina termoprotección o revestimiento aislante. El aislamiento térmico se recubre con una malla de blindaje hecha de placas planas de cobre. Esta trenza se utiliza para proteger contra ondas electromagnéticas externas, así como para la conexión a tierra. La cubierta exterior sobre la malla es una especie de escudo contra daños mecánicos.

Los cables resistivos pueden ser de uno o dos conductores. En consecuencia, se diferencian por la cantidad de conductores. El diseño recuerda a la versión autorregulable, pero sin el sistema de matriz. En su lugar, se añade otra capa termoprotectora.

Cable calefactor autorregulable

Este cable funciona de manera similar a un conductor eléctrico común. El calentamiento provoca un aumento de la resistencia y, según una simple ley física, una disminución de la corriente. En las zonas frías de la tubería, la temperatura del cable es más baja y la resistencia es menor, y debido a la mayor corriente en esos puntos, el calefactor trabaja con más intensidad.

Cuando el cable se enciende, va aumentando gradualmente su potencia hasta que en algún momento comienza a funcionar al máximo. Esto acelera el proceso de calentamiento de la tubería de gas.

El cable autorregulable no deja de funcionar. No hay de qué preocuparse, ya que el calentamiento solo continúa hasta alcanzar la temperatura deseada, y luego el cable opera con menor potencia. El funcionamiento del calefactor se basa en la temperatura establecida.

La variante autorregulable del cable calefactor tiene una resistencia variable que depende directamente de la temperatura, por lo que la potencia del cable puede aumentar por sí sola.

En las tuberías de gas no se congela el gas en sí, sino la humedad, por lo que el gas deja de fluir. Es necesario seleccionar una temperatura de la tubería tal que haga insignificante la probabilidad de congelación insignificante. La particularidad de los modelos autorregulables es que la calefacción no se apagará ni encenderá cuando el gasoducto se vuelva más cálido o más frío que el valor óptimo. Simplemente, la intensidad de funcionamiento cambiará significativamente hacia una disminución o un aumento.

Por su parte, los gastos de energía no deberían afectar el bolsillo, ya que los cables consumen aproximadamente 10 W por metro de longitud. Existen modelos de baja potencia con un consumo de alrededor de 5 W y potentes con hasta 150 W. Dada la amplia variedad, siempre se puede encontrar una opción aceptable para permitirse mantener el equipo encendido de forma permanente.

Modelo resistivo de cable calefactor

Con la variedad unipolar es más complicado, ya que se necesita alimentación desde ambos extremos con las consiguientes limitaciones en el diseño. El segundo extremo se devuelve al punto de conexión o se tiende una alimentación adicional hacia el mismo extremo lejano. En esto consiste la esencia de las molestias. Un cable unipolar con aislamiento de termoplástico ocupa en el mercado el nicho de los calefactores más económicos.

Siguiendo el principio del cable unipolar, se creó una modificación HT con 50 vatios por metro. Su ámbito de aplicación no se limita solo a tuberías. Al mismo tiempo que consume mucha energía, el cable HT soluciona el ahorro del propio material.

Los cables calefactores resistivos se fabrican únicamente en una longitud específica, que no se puede acortar ni alargar: dicho cable no se puede cortar.

Por su nombre, el calefactor bipolar consta de dos conductores. No realizan funciones similares, como en el caso de los cables matriciales. El conductor calefactor trabaja en conjunto con el conductor de corriente, que cumple un rol auxiliar. En un extremo se suministra alimentación al cable, y en el opuesto se instala un acoplamiento hermético.

El diseño y la instalación del cable no causarán dificultades, pero el acoplamiento a menudo se convierte en un problema. La práctica ha demostrado una relación de averías con esta pieza en más de la mitad de los casos. Para reemplazar gradualmente los productos problemáticos, las empresas fabricantes han comenzado a producir versiones sin acoplamiento.

El cable unipolar plano de la modificación HT permite reducir el consumo de material en 1 m² de superficie de tubería de gas que necesita calefacción

Los cables calefactores resistivos tienen las siguientes ventajas:

• estabilidad de las características durante toda la vida útil;
• alta disipación de calor;
• precios bajos.

Pero en cuanto a fiabilidad, son algo inferiores a los modelos autorregulables, ya que en caso de avería es necesario reemplazar toda la sección con el punto problemático, también es bastante común que sufran sobrecalentamiento local. La inconveniencia también radica en que se perderá tiempo en seleccionar secciones de longitud óptima.

Selección de la opción ideal según parámetros

Para todos los modelos exteriores, el beneficio está determinado por la potencia y la uniformidad de la distribución del calor. En teoría, ambos tipos de cables son aproximadamente igualmente adecuados, ya que las debilidades del resistivo se pueden compensar con el tipo de instalación.

Dependiendo de las temperaturas mínimas de la región, se selecciona un cable lo suficientemente resistente a temperaturas extremas del entorno. Puede ocurrir que el valor al cual se produce la congelación resulte demasiado bajo incluso para el propio calefactor.

También hay situaciones más claras. Solo se cubren las tuberías subterráneas con cable autorregulable, ya que es más rentable y conveniente. No se deben proteger tuberías de gas delgadas con cable resistivo; a veces sucede que la tubería se derrite y se forma un agujero en el punto de contacto.

Gracias a este diagrama, se puede apreciar la gran ventaja de los cables autorregulables: se indican los parámetros de longitud de la línea de cable y la temperatura del objeto calentado.

Sería bueno tener a mano una tabla de pérdidas de calor. En ella, la pérdida de calor se determina por la diferencia entre la temperatura de la tubería y la del entorno, en combinación con la relación entre el diámetro de la tubería y el espesor de la capa de aislamiento térmico.

La información está disponible en un formato conveniente: vatios por 1 metro lineal.

Para un ejemplo ilustrativo de eficiencia energética, es necesario consultar la tabla de pérdidas de calor de las tuberías; esto ayudará a determinar la potencia necesaria del cable para el espesor de aislamiento previsto en la tubería.

Reglas y recomendaciones para la instalación

Los problemas de funcionamiento no surgirán si se cumplen las normas generales. De acuerdo con las reglas de instalación de aparatos eléctricos (PUE), el sistema de protección contra la congelación debe estar equipado con un dispositivo de protección de desconexión (UZO). La fijación en superficies y equipos no electroconductivos se realiza únicamente con trenza protectora. Los cables recubiertos de esta manera también se instalan en tuberías sintéticas.

Durante la instalación, la temperatura ambiente es importante: se trabaja si no es inferior a -15 °C. Después de la instalación, se coloca obligatoriamente un aislamiento térmico. Para reducir las pérdidas de calor, el espesor de esta capa se ajusta exactamente al diámetro de la tubería. Además, superar este valor no provocará nada malo, sino que será mejor.

Se considera que el cable calefactor es funcional si el radio de curvatura alcanza al menos 3 diámetros del producto. Es decir, si el radio del círculo imaginario, cuyo centro se encuentra directamente en el borde de la zona de curvatura del cable, es al menos tres veces mayor que el diámetro y 6 veces mayor que el radio del propio cable.

En la figura, R es el radio de curvatura, dh el diámetro del cable, A la longitud de la parte doblada, L la longitud de la parte recta, α el ángulo plano entre dos líneas rectas imaginarias que se cruzan en el centro del círculo condicional.

Después de los trabajos, se verifica la resistencia del aislamiento térmico y del cable. Luego, se hacen marcas en la zanja y la tubería advirtiendo de la presencia del elemento calefactor. Adicionalmente, se coloca una placa indicadora.

La instalación del cable permite a los diseñadores colocar la tubería en un lugar conveniente. En tal caso, no es necesario tenderla teniendo en cuenta el nivel de congelación del suelo.

Métodos de instalación de cables calefactores

Existen cuatro opciones principales de colocación del cable calefactor, pero las dos primeras son las más utilizadas:

• colocación longitudinal de un solo cable;
• fijación del cable en espiral alrededor del gasoducto;
• colocación de varios cables calefactores a lo largo de la tubería;
• instalación en forma de contorno ondulado.

El cable generalmente se coloca en la parte inferior de la tubería a las 4 o las 8 en punto, imaginando que su sección transversal es la esfera circular de un reloj mecánico. En las juntas, se eleva 60°. Es, en cierto modo, una medida de precaución: colocar el cable calefactor lejos de la abrazadera de fijación.

Existen métodos específicos de tendido en diferentes puntos del sistema. Cerca de la válvula, se dobla el conductor, se coloca por debajo de la parte móvil y se fija con cinta de fibra de vidrio. En el caso de fijación ondulada o helicoidal, se aumenta el paso de la espira donde haya un giro hacia algún lado. Por ejemplo, en las uniones de codo.

Al instalar el cable calefactor cerca de nodos y conexiones, lo más importante es dejar un acceso cómodo a todos los elementos de control.

La esencia del montaje es extremadamente simple. Solo es necesario seleccionar una trayectoria para el cable y fijarlo con cinta de aluminio en la parte superior. Primero, se fija el cable con fragmentos de cinta. Luego, se presiona contra la tubería hasta lograr un contacto firme. No se deben aplicar grandes esfuerzos, basta con una tensión mínima, especialmente porque el cable tiende a estirarse excesivamente.

Posteriormente será necesaria la fijación con cinta en toda la longitud del cable:

• para mejorar la disipación de calor;
• para la resistencia;
• para evitar el contacto con el aislamiento térmico.

La cinta de aluminio o la lámina se utilizan para tratar tuberías de plástico. De esta manera se evita el sobrecalentamiento del plástico y se logra una distribución más uniforme del calor en toda el área y longitud del gasoducto. Independientemente del material del que esté hecha la tubería, se instala un acoplamiento y se conectan el extremo frío de alimentación y el cable calefactor.

En el mismo gasoducto también se coloca el sensor del termostato, idealmente exactamente en el medio entre las líneas colocadas. Posteriormente será necesario aislar el área, después de lo cual el trabajo se puede considerar terminado.

Instalación longitudinal del cable calefactor

Técnicamente, es un método más simple. Al mismo tiempo, no se debe esperar el mismo efecto que en el montaje en espiral, cuando el gasoducto se cubre con una «red» de cable enrollado. La fijación se realiza paralela a la tubería, cerca de la parte inferior. Las normas de seguridad no prohíben una colocación más alta, pero la probabilidad de daños desde arriba será naturalmente mayor.

El montaje rectilíneo del cable calefactor se usa a menudo para tuberías de gas, así como para tuberías de agua, alcantarillado y drenaje.

El esquema de distribución de los cables calefactores en la tubería de gas depende directamente de su cantidad. Se coloca una línea en la parte inferior correspondiente a las 4 en punto, si nuevamente imaginamos una esfera de reloj en lugar de la sección. Agregar una segunda línea significará colocarla al mismo nivel, pero en el otro lado.

En la variante con tres ramas, se colocan en un triángulo imaginario en la mitad inferior de la tubería, y debe orientarse ligeramente hacia la derecha o hacia la izquierda. Con cuatro cables ya se hace un patrón cuadrado regular, y entonces dos cables quedarán arriba.

Fijación en espiral alrededor de la tubería

Se prefiere este método en las regiones del norte. La probabilidad de congelación de la humedad en las tuberías de gas es mucho mayor allí, por lo que se aumenta el área de contacto. La zona de contacto en el método en espiral cubre la tubería desde diferentes ángulos, de manera similar a la colocación ondulada, pero aún más eficaz.

Para el montaje en espiral se fabrican cables largos. Así los fabricantes ofrecen la opción de seleccionar el paso entre vueltas. En la práctica, el intervalo a veces se reduce a 5 cm o menos. El cable entonces superará la longitud de la tubería en aproximadamente 2 veces.

El método de instalación en espiral tiene más ventajas: en situaciones complejas y con temperaturas extremas, se le da preferencia a este.

En algunos lugares, la colocación del cable resulta difícil. La solución será la instalación en forma de tornillo, pero con una tecnología diferente. Primero se enrolla el núcleo con holgura y luego se aprieta cambiando la dirección de las vueltas.

Matices importantes de la instalación

Una instalación exitosa incluye varios componentes. El factor principal es la secuencia de acciones. La tubería debe probarse y pintarse primero, y para la instalación se debe elegir un día adecuado sin precipitaciones. Además, algunos cables solo pueden colocarse por un lado. Basta con omitir este detalle y todo el trabajo deberá comenzar de nuevo.

Aspectos prácticos sobre el uso de cables calefactores:

• cuanto más bajo esté el cable, mejor serán los procesos de intercambio de calor;
• la capa adhesiva acelera el calentamiento;
• los tubos metálicos delgados deben aislarse adicionalmente con papel de aluminio o cinta, al igual que los de plástico.

No se debe apresurar el proceso de fijación a válvulas y piezas roscadas. El cable debe colocarse de manera que permita dar servicio, reparar y reemplazar los elementos de la tubería sin desmontar el sistema de calefacción.

Al cable se le debe dar forma de lazo cerca de la conexión y luego enrollarlo hasta que quede ligeramente tenso y fijarlo con cinta.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Reseña del cable calefactor autorregulable, incluyendo el principio de funcionamiento, aplicaciones y pruebas:

Ejemplo ilustrativo de instalación longitudinal en un tubo delgado, también con colocación cerca de la válvula:

Los cables para instalar en gasoductos son de dos tipos: autorregulables y resistivos. Probablemente no tendrá que preocuparse por la elección, ya que la primera opción es claramente mejor en cuanto a conjunto de características. La instalación del sistema de calefacción se realiza de forma longitudinal, en espiral o en línea ondulada.

Antes de eso, se seleccionan la longitud y la potencia del calentador, y se realizan cálculos con muchos parámetros físicos. Es necesario comprender qué sucede al calentar una tubería de gas con tipos específicos de cable calefactor y qué se debe evitar. Después de la instalación, las molestias y los problemas con el suministro de gas quedarán en el pasado.

¿Tiene preguntas o puede complementar nuestro material con información valiosa? Por favor, deje sus comentarios – el bloque de contacto se encuentra a continuación.