Aquecimento e Isolamento térmico em tubulações

AQUECIMENTO e ISOLAMENTO TÉRMICO EM TUBULAÇÕES

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1. AQUECIMENTO DE TUBULAÇÕES

 

Os processos industriais apresentam grande diversidade entre si, podendo muitas vezes envolver etapas químicas, metalúrgicas e mecânicas para a manufatura de um dado produto ou matéria prima.

Nesse contexto, as tubulações industriais são extremamente importantes, tendo em vista, o fluxo interno do processo, a transferência de materiais de uma planta para outra, os sistemas de exaustão e filtragem e a própria alimentação de matérias primas.

Assim, o aquecimento das tubulações torna-se essencial em processos específicos como: Transporte de petróleo dos poços em águas profundas até as plataformas offshore; sistemas de transporte de combustíveis, sistema de despoeiramento e filtragem, entre outros. É importante ressaltar, que o primeiro requisito para manter a temperatura de um dado fluido é o isolamento térmico da tubulação. Utiliza-se o aquecimento em situações onde o isolamento é insuficiente.

1. Aplicações

1. Transporte de Petróleo Bruto

Com o aumento da exploração de campos off-shore em águas profundas, um dos grandes desafios apresentados é garantir o fluxo de óleo do reservatório à unidade de produção. A garantia de fluxo (flow assurance) se torna um importante item no desenvolvimento de um projeto devido às baixas temperaturas no leito marinho, altas pressões e longas distâncias que o óleo deve percorrer.

Nesse sentido, para auxiliar no fluxo do petróleo nessas regiões tem-se utilizados diversos métodos para a transferência de calor, os quais se destacam o aquecimento elétrico ativo. Na intenção de transferir calor para o fluido, dutos flexíveis, rígidos ou PIP (pipe-in-pipe) podem ser aquecidos através de eletricidade ou fluido aquecido. O conceito de aquecimento elétrico é limitado pela necessidade da geração de muita energia, confiabilidade de conectores submarinos e espaços na plataforma para geradores.

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Figura 1: Dutos de transporte de petróleo em águas profundas.

1.  Sistemas de despoeiramento - Filtro de Mangas

O sistema de filtragem por mangas é notoriamente conhecido na indústria para a remoção de particulados gerados durante certo processo industrial. Um dos grandes fatores que envolvem o projeto de um sistema de despoeiramento refere-se à temperatura de orvalho ácido dos gases gerados durante processo.

O sistema de filtragem por mangas deve ser projetado exclusivamente para a retenção de particulados, sendo, a umidade um fator extremamente prejudicial para o tempo de vida das mangas, e para o próprio sistema de despoeiramento.

Nesse contexto, tem-se utilizado o isolamento da tubulação e sistemas para elevação da temperatura dos gases, em que é frequente o uso de resistências elétricas, queimadores, entre outros.

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Figura 2: Filtro de Mangas.

1. Sistemas de aquecimento

1.  Tubos de aquecimento externo paralelos

O aquecimento é feito por um ou mais tubos de vapor, de pequeno diâmetro, instalados paralelamente ao tubo a aquecer, e amarrados externo desse tubo. O conjunto todo é envolvido com isolamento térmico.

O sistema de tubos externos paralelos tem as vantagens de baixos custos iniciais, facilidade de construção e manutenção e impossibilidade de contaminação do fluido circulante pelo vapor, e vice versa. Em compensação as desvantagens são o aquecimento irregular e de difícil controle, troca de calor apenas por irradiação e convecção, e aquecimento inicial lento.

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Figura 3: Esquema para tubos de aquecimento externo paralelos.

1.  Tubo de aquecimento enrolado externamente

Nesse sistema, enrola-se externamente o tubo a se aquecer e o tubo de aquecimento. É um processo utilizado somente quando se deseja uma troca de calor intensa em equipamento com formas irregulares. Possui custo específico elevado e de difícil instalação, no entanto, apresenta transferência de calor uniforme.

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Figura 4: Esquema para tubos de aquecimento enrolado externamente.

1.  Tubo de aquecimento integral

É bem mais caro e mais difícil de ser construído do que os tubos paralelos, porém permite um aquecimento mais intenso e uniforme. É um sistema raro, empregado apenas em tubos não ferrosos fabricados por extrusão (alumínio, latão, entre outros).

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Figura 5: Tubo de aquecimento integral.

1.  Tubo de aquecimento interno

 

Para tubos de grande diâmetro (acima de20’’), devido à dificuldade de aquecê-lo por tubos externos, pode-se usar o sistema de aquecimento interno, isto é, o tubo de aquecimento é posicionado no interior do tubo a se aquecer, sendo mantido nessa posição por meio de suportes.

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Figura 6: Tubo de aquecimento interno.

1.  Camisa externa

Nesse sistema, o fluido de aquecimento corre por um tubo externo de diâmetro maior, formando uma camisa que envolve completamente o tubo a aquecer. A camisa externa de aquecimento é uma solução complicada que envolve custos elevados de instalação e manutenção.  Além disso, é sempre difícil de compensar a dilatação do tubo interno a se aquecer.

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Figura 7: Camisa externa.

1. Aquecimento elétrico

O sistema de aquecimento elétrico consiste na colocação de fios elétricos na secção longitudinal ou em helicoide, de forma externa a tubulação a se aquecer. Nos fios elétricos, com baixa resistência, circula corrente que por meio do efeito joule, dissipa calor para o tubo a se aquecer. Apresenta custos operacionais e de instalação relativamente altos, no entanto, possui um controle eficiente de aquecimento, start-up rápido e uniforme e baixos custos de manutenção.