Manutenção de temperatura em processos na indústria de óleo e gás

PAULO HENRIQUE DA SILVA COSTA
SISTEMAS DE MANUTENÇÃO DE TEMPERATURA DE PROCESSOS NA
INDÚSTRIA DE ÓLEO E GÁS ATRAVÉS DE TRAÇADORES DE VAPOR E
ELÉTRICOS (TRACERS)
Monografia apresentada no Curso de Especialização
em Especialização em Engenharia de Petróleo e Gás
Natural da Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do grau de
especialista em Engenheiro de Petróleo e Gás
Natural.
Prof. Doutor Alfredo M. Vallejos. Carrasco
Niterói, RJ
2015

PAULO HENRIQUE DA SILVA COSTA
SISTEMAS DE MANUTENÇÃO DE TEMPERATURA DE PROCESSOS NA
INDÚSTRIA DE ÓLEO E GÁS ATRAVÉS DE TRAÇADORES DE VAPOR E
ELÉTRICOS (TRACERS)
Monografia apresentada no Curso de Especialização
em Especialização em Engenharia de Petróleo e Gás
Natural da Universidade Federal Fluminense, como
requisito parcial para obtenção do grau de
especialista em Engenheiro de Petróleo e Gás
Natural.
Aprovada em
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________________________________
Prof. Doutor Alfredo M. Vallejos Carrasco - Orientador
Universidade Federal Fluminense
_______________________________________________________________________
Prof. Doutor João Crisósthomo de Queiroz Neto
_______________________________________________________________________
Prof. Doutor Geraldo de Souza Ferreira
Niterói, RJ
2015

Dedico esta monografia de final de curso a minha
família, a Vanessa que muito ajudou-me
encorajando e contribuindo para que fosse possível
alcançar este momento, e aos meus filhos que
mesmo perante a ausência nos finais de semana
sempre estiveram ao meu lado. Agradeço a Deus,
por vocês fazerem parte da minha vida e por torná-la
algo tão especial.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Fig. 1- Perda de calor na tubulação, f. 14
Fig. 2 - Curva de potência do cabo auto regulável BSX, f. 21
Fig. 3 - o sistema de traçador de vapor por condução, f. 23
Fig. 4 - Sistema enjaquetado, f. 24
Fig. 5 - Sistema Gut-line, f. 25
Fig. 6 - Composto de transferência Térmica, f. 27
Fig. 7 - Estação de Purga, f. 28
Fig. 8 - Linhas de vapor e condensado artesanais, f. 28
Fig. 9 - Linhas de vapor e condensado pré-isoladas, f. 29
Fig. 10 - Estação Redutora de Pressão Pilotada (Flangeada), f. 30
Fig. 11 - Linhas de vapor pré-isoladas, f. 31
Fig. 12 - Arranjos típicos de Suprimento de Vapor, f. 32
Fig. 13 - Cadeia livre de polímeros, f. 34
Fig. 14 - Cadeia de polímeros Cross-linked, f. 35
Fig. 15 - Cabos de aquecimento autorreguláveis, f. 36
Fig. 16 - Cabos de aquecimento de potência constante, f. 37
Fig. 17 - Cabos de aquecimento limitadores de potência, f. 38
Fig. 18 - Cabos de aquecimento em série flexíveis, f. 39
Fig. 19 - Cabos de aquecimento Mineral, f. 40
Fig. 20 - tipos de circuitos com cabos com isolamento mineral e suas terminações a frio, f. 41
Fig. 21 - Cabos de aquecimento Skin Effect, f. 42
Fig. 22 - Efeito Skin Effect, f. 43
Fig. 23 - Sistema de aquecimento Skin Effect, f. 44
Fig. 24 - Sistema de controle por termostato, f. 45
Fig. 25 - Sistema de controle por controlador eletrônico, f. 46
Fig. 26 - Painel de controle e distribuição elétrica com CLP, f. 47
Fig. 27 - Atmosfera Explosiva, f. 48
Fig. 28 - Atmosfera Explosiva – Zonas, f. 51
Fig. 29 - Atmosfera Explosiva – Grupos, f. 52
Fig. 30 - Níveis de proteção de equipamentos, f. 57
Fig. 31 - Classes de Temperatura, f. 58
Fig. 32 - Código de proteção IP – Classes de Temperatura, f. 59

Fig. 6.1 - Figura 33 - Fibra de vidro, f. 59
Fig. 34 - Silicato de Cálcio, f. 60
Fig. 35 – Polyisocyanurate, f. 60
Fig. 36 – FOAMGLASS, f. 61
Fig. 37 - Lã de Rocha, f. 61
Fig. 38 – Perlite, f. 62
Fig. 39 - Mantas Isolantes removíveis, f. 62
Fig. 40 - Ábaco Petrobras – N-0042, f. 67
Fig. 41 - Tela do software Computrace – design traçador vapor, f. 69

LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Tabela de perda de calor @50°F ΔT, f. 15
TABELA 7 - Condutividade térmica dos principais Isolantes, f. 19
TABELA 8 – Componentes e suas respctivas funções, f. 30
TABELA 9 - Exemplo de gases e vapores inflamáveis, f. 52
TABELA 10 - EXEMPLO DE GRUPO III (POEIRAS), f. 53
Tabela 11 - Comparação Entre Normas NBR IEC E NEC, f. 54
TABELA 12 - Condutividade térmica dos principais Isolantes, f. 63
TABELA 13 - Relação de materiais e custo de solução de traçador a vapor, f. 73
TABELA 14 - Relação de materiais e custo de solução de traçador elétrico, f. 73
TABELA 15 – (a) Comparativo sistema Vapor x Elétrico, f. 76
TABELA 16 - (b) Comparativo sistema Vapor x Elétrico, f. 78
TABELA 17 – (c) Comparativo sistema Vapor x Elétrico, f. 78

RESUMO
As soluções de sistemas de manutenção de temperatura de processos na indústria do óleo e
gás utilizando ‘tracers’ é amplamente utilizada desde o início do século passado. No Brasil,
as refinarias em sua maior plenitude utilizam a solução de vapor (Steam Tracer), nos projetos
novos diversas unidades passaram a utilizar a solução elétrica (Electric Heat Trace). Os
navios FPSO´s também utilizam a tecnologia elétrica, nos ‘skid´s’ de válvulas e linhas de ‘by-
pass’ onde o óleo pesado fica imóvel e tende a se encrustar. Na produção do pré-sal
consideramos em forma adicional a formação de parafinas e o efeito do enxofre. Neste
trabalho apresentaremos os cálculos termodinâmicos a serem considerados na elaboração de
um projeto, determinando a perda de calor e a potência necessária pelo tracer para garantir o
equilíbrio térmico do processo. O dimensionamento consiste em identificar os dados de
processo e as alternativas de isolamento térmico disponíveis com seus respectivos fatores de
condutividade térmica. Abordaremos as alternativas e tecnologias disponíveis: Steam trace,
analisando o seu dimensionamento e os elementos chave da solução, caldeira, purgadores,
válvulas de segurança, estações de purga, linha de alimentação de vapor e retorno de
condensado; e a aplicação do Elemento de Transferência Térmica (Heat Compound) em
projetos de alta performance. Da mesma forma definiremos os diferentes tipos de cabos
elétricos de aquecimento, suas aplicações e métodos de controle do sistema, com níveis de
integração com o sistema de automação das plantas. Na sequência iremos fazer um projeto
utilizando as duas tecnologias e sua aplicação em uma das Refinarias da Petrobras, em um
projeto de uma nova linha de Asfalto. Com base no resultado do dimensionamento, iremos
realizar um estudo econômico das soluções, apresentando as vantagens de cada uma delas.
Palavras chaves: Traçador Elétrico; Traçador a vapor; Aquecimento de tubulações;
purgadores; controladores.

ABSTRACT
The solutions of temperature maintenance systems in the oil and gas industry using tracers are
widely used since the beginning of last century. In Brazil, the refineries for the the vapor
solution (Steam Tracer) and in new projects several units have the Electric solution (Electric
Heat Trace). The FPSO's ships also use electric technology in skid's valves and bypass lines
where heavy oil, tends to encroach. In the production we consider paraffin formation and the
effect of sulfur. In this document, we present the thermodynamic calculations to be considered
in the preparation of a project, determining the heat loss and the power required by the tracer
to ensure thermal equilibrium of the process. In the design, we identify the process data and
alternative thermal insulation available with their thermal conductivity factors. We discuss
the available alternatives and technologies: Steam trace, by analyzing their design and the key
elements of the solution, boiler, steam traps, safety valves, purge stations, steam supply line
and return condensate, and the application of the Heat transfer element (Heat Compound) in
high performance projects. Similarly, we define the different types of electric heating cables,
its applications and system control methods, with levels of integration with the plant
automation system. Following we will do a project using the two technologies and their
application in Petrobras refineries, in a project of a new line of asphalt. Based on the outcome
of the design, we will make an economic study of solutions, showing the advantages of each
one.
Key words: Electric Heat Trace; Steam Trace; Heating pipelines; traps; controllers.

SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO, p. 12
2. O DESIGN TÉRMICO, p. 14
3. TRAÇADOR DE VAPOR, p. 22
3.1. O TRAÇADOR DE CALOR, p. 22
3.2. SISTEMAS DE TRAÇADOR DE VAPOR, p. 22
3.3. A TEORIA DO TRAÇADOR DE VAPOR, p. 23
3.4. MÉTODOS DE TRAÇADOR DE VAPOR, p. 24
3.5. SISTEMA DE TRAÇADOR DE VAPOR POR CONDUÇÃO, p. 26
3.6. PURGADORES, p. 27
3.7. LINHAS DE FORNCIMENTO DE VAPOR E RETORNO DE CONDENSADO, p. 28
3.8. COMO ALTERAR A TEMPERATURA DE MANUTENÇÃO, p. 29
3.9. A NORMA PETROBRAS.DE TRAÇADOR A VAPOR, p. 31
4. O TRAÇADOR ELÉTRICO, p. 33
4.1. TIPOS DE CABO, p. 33
4.1.1.Cabos Auto-Reguláveis, p. 33
4.1.2.Cabos De Potência Constante, p. 36
4.1.3.Cabos Limitadores de Potência, p. 37
4.1.4.Cabos Em Série, p. 39
4.1.4.1. Flexíveis, p. 39
4.1.4.2. Semi-Rígidos – Isolamento Mineral, p. 40
4.1.5.Cabos Skin-Effect, p. 41
5. SISTEMAS DE CONTROLE E SEGURANÇA, p. 45
5.1.1.Sistemas sem controle, p. 45
5.1.2.Sistemas com Termostato mecânicos, p. 45
5.1.3.Sistemas com Termostato Eletrônico, p. 46
5.1.3.1 Sistemas com painéis de controle e monitoramento, p. 46
5.2. ÁREAS CLASSIFICADAS, p. 48
5.2.1.Classificação das Áreas, p. 48
5.2.2.Atmosfera Explosiva, p. 48
5.2.3.Conceito de Zona de Risco, p. 50
5.2.3.1. Áreas com possibilidades ou presença de Gases e Vapores Infamáveis, p. 50

5.2.3.1.1 Zona 0, p. 50
5.2.3.1.2 Zona 1, p. 50
5.2.3.1.3 Zona 2, p. 50
5.2.3.2. Áreas com possibilidades ou presença de Poeiras Combustíveis, p. 50
5.2.3.2.1 Zona 20, p. 50
5.2.3.2.2 Zona 21, p. 50
5.2.3.2.3 Zona 22, p. 51
5.2.4.Grupos, p. 51
5.2.4.1 Comparação Entre As Normas NBR IEC X NEC, p. 53
5.2.5.Nível de Proteção de Equipamento (EPL), p. 54
5.2.5.1 À Prova de Explosão Ex d (“Explosion Proof” ou “Flame Proof”), p. 54
5.2.5.2 Segurança Aumentada (Ex e) (NBR 9883/87 e IEC 79-7), p. 54
5.2.5.3 Equipamento Elétrico Imerso em Óleo - Ex o (NBR 8601 e IEC 60079-6), p. 55
5.2.5.4 Equipamentos Pressurizados – Ex p, p. 55
5.2.5.5 Equipamentos Imersos em Areia – Ex q, p. 55
5.2.5.6 Equipamento Elétrico Encapsulado – Ex m, p. 56
5.2.5.7 Equipamentos de Segurança Intrínseca – Ex i, p. 56
5.2.5.8 Equipamento Elétrico não Acendível – Ex n, p. 56
5.2.5.9 Equipamento com proteção Especial, p. 56
5.2.6.Classe de Temperatura, p. 57
5.2.6.1. A ABNT NBR IEC 60079-0/2013 define, p. 57
5.2.6.2. Classificação IP (IEC 60529), p. 58
5.2.6.3. Tipos De Isolamento Térmico, p. 59
5.2.6.3.1. Fibra de Vidro –Fiberglass, p. 59
5.2.6.3.2. Silicato de cálcio, p. 60
5.2.6.3.3. Polyisocyanurate, p. 60
5.2.6.3.4. Foamglas, p. 61
5.2.6.3.5. Lã de Rocha - Mineral Wool, p. 61
5.2.6.3.6. Perlite, p. 62
5.2.6.3.7. Isolamentos removíveis, p. 62
5.2.6.3.8. Fatores de condutividade térmica dos principais isolantes térmicos, p. 63
5.2.6.4. INMETRO, p. 63
5.2.6.5. Norma ABNT NBR IEC 60079-0/13, p. 63

5.3. NORMA PETROBRAS N-2641 REV. A OUT / 2004, p. 64
5.4. TESTES E AUDITORIA EM SISTEMAS DE TRAÇADOR ELÉTRICO, p. 64
6. DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA - ESTUDO DE CASO NORMA
PETROBRAS, TRAÇADOR CONDUÇÃO E TRAÇADOR ELÉTRICO, p. 66
7. CONCLUSÕES, p. 75
8. BIBLIOGRAFIA, p. 80

12
1. INTRODUÇÃO
Os problemas associados ao efeito da viscosidade no escoamento do fluido é algo
muito conhecido nas companhias de petróleo e na indústria. E, o parâmetro utilizado para
avaliar esse problema de escoamento é o ponto de fluidez do fluido. O ponto de fluidez nos
informa a temperatura mínima para que o óleo flue sob o efeito da gravidade.
Atualmente também é levado em conta a temperatura inicial de aparecimento de
cristais (TIAC), que indica a mínima temperatura onde inicia-se a formação de cristais.
Uma vez que os cristais são minerais, as condições do meio determinam a formação
destes, tais como, agitação, o espaço de tempo e a temperatura. Outros produtos e derivados
sofrem o mesmo problema do petróleo, um exemplo deste processo é a soda cáustica 50% que
tem uma temperatura de armazenagem recomendada próximo aos 50°C.
Neste trabalho iremos analisar as alternativas da indústria para controlar e garantir a
temperatura do processo. Desta forma, é importante garantir a fluidez desejada e a integridade
das tubulações ao longo do seu percurso, sendo um elemento de segurança e importante
parâmetro na definição dos materiais, diâmetro e espessura de tubos, potência de bombas,
dimensionamento de caldeiras, purgadores e válvulas.
O dimensionamento de um sistema ‘tracer’ requer do conhecimento das disciplinas
mecânica, mecânica dos fluidos, química e/ou elétrica. Devendo o profissional ser capaz de
escolher entre o vapor e o elétrico, analisando os recursos disponíveis na planta, os custos de
investimento e operacionais, além da seleção de acessórios e funcionalidades disponíveis no
mercado, como é o caso dos materiais de isolamento térmico, nível de automação da solução,
classificação da área e temperatura de autoignição.
No capítulo 2 introduzimos as variáveis de um dimensionamento térmico e os itens
considerados para o cálculo da perda de calor do sistema, a qual deverá ser reposta pelo
sistema de traçador de calor escolhido.
Na sequência, no capítulo 3, apresentaremos teoria da solução de traçador de calor
por vapor, os sistemas e métodos disponíveis, os componentes mais importantes, como
purgadores, linhas de fornecimento de vapor e retorno de condensado, alternativas de variação
de temperatura sem a variação da pressão e soluções disponíveis no mercado. Abordaremos a
Norma Petrobrás, que determina os requisitos mínimos de projeto para um sistema de traçador
de calor utilizando o vapor.

13
No capítulo 4, analisaremos a solução de traçador elétrico, os tipos de cabos e
tecnologias disponíveis no mercado.
No capítulo 5, apresentaremos as opções de controle e segurança do sistema de
traçador elétrico, analisando a classificação das áreas, atmosferas explosivas, classes de
temperatura, características de proteção e invólucros para utilização nestas áreas. Serão
abordadas as normas específicas para o sistema, como ABNT, IEC, Petrobras e Inmetro.
Serão apresentadas as alternativas e materiais utilizados como isolamento térmico do sistema.
No capítulo 6 faremos um comparativo entre os sistemas elétricos e vapor, através de
um estudo de caso onde será apresentada uma demanda real, para a qual foi desenvolvido o
projeto elétrico e a vapor.
No capítulo 7, apresentarmos as conclusões do trabalho com o comparativo das
tecnologias, as vantagens de cada sistema e sua aplicação.
Este trabalho vai mostrar como se faz o dimensionamento de um sistema,
considerando os custos associados a cada solução, podendo o resultado ser aplicado nas
FPSO´s, refinarias, plantas químicas e indústria alimentícia. Alem disso, essa concepção se
baseou em soluções proposta pela empresa Thermon e em dados de mercado, levantados a
partir de pesquisas na bibliografia.

14
2. O DESIGN TÉRMICO
Para selecionar o sistema correto de aquecimento, cabo ou pressão de vapor, se faz
necessário inicialmente calcular a perda de calor na tubulação (coloque uma frase justificando
o porque de começar por esses calculo, para o leitor entender), seguindo a ordem abaixo:
a) Levantamento de dados de processo:
- TM: temperatura de manutenção,
- TA: Mínima temperatura ambiente esperada;
- Diâmetro e material construtivo da tubulação;
- Tipo e espessura do isolamento térmico.
b) Cálculo da temperatura diferencial entre a temperatura de manutenção da
tubulação e a mínima tempera ambiente;
c) Cálculo da perda de calor da tubulação;
d) Ajustar a perda de calor em função do tipo específico de Isolamento térmico.
Na Figura 1 podemos observar que a tubulação de processo possui uma temperatura
maior que a temperatura ambiente, apesar do isolamento, o sistema irá perder calor para o
ambiente:
Figura 1- Perda de calor na tubulação
Fonte: Pentair Thermal, 2015.

15
Para calcular a temperatura diferencial ΔT é usada a fórmula abaixo:
ΔT= TM-TA (Eq. 2.1) (2.1)
Para calcular a perda de calor na tubulação, a partir do ΔT recorremos ao uso de
tabelas abaixo (Tabela 1 e Tabela 6) que correlaciona o diâmetro da tubulação com espessura
do isolamento térmico. A perda de calor é denominada de QB.
Tabela 1 - Tabela de perda de calor @50°F ΔT
Diâmetro
tubo
Espessura do Isolamento
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 2.2 1.5 1.2 1.1 1 0.9 0.9 0.8
¾″ 2.6 1.9 1.5 1.3 1.1 1 1 0.9
1″ 3 2 1.6 1.4 1.3 1.2 1.1 1
1 ¼″ 3.7 2.6 1.8 1.7 1.5 1.3 1.3 1.2
1 ½″ 4.1 2.6 2.1 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2
2″ 5 3.1 2.4 2 1.8 1.6 1.5 1.4
2 ½” 5.9 3.6 2.5 2.1 1.9 1.7 1.6 1.5
3” 7 4.2 3.2 2.7 2.3 2.1 1.9 1.7
3 ½″ 7.9 4 3.2 2.7 2.4 2.1 2 1.8
4″ 8.8 5.1 3.9 3.2 2.8 2.4 2.2 2
5″ 10.7 6.4 4.7 3.8 3.2 2.8 2.6 2.3
6″ 12.6 7.7 5.6 4.4 3.7 3.3 2.9 2.6
8″ -- 9.4 6.7 5.4 4.4 3.9 3.5 3.2
10” -- 11.5 7.9 6.4 5.4 4.7 4.2 3.8
12” -- 13.4 9.2 7.4 6.2 5.4 4.8 4.3
14″ -- -- 10.7 8.4 7 6 5.3 4.8
16″ -- -- 12.1 9.5 7.8 6.7 5.9 5.3
18″ -- -- 13.5 10.5 8.7 7.4 6.5 5.9
20” -- -- -- 11.6 9.5 8.2 7.2 6.4
24″ -- -- -- 13.7 11.2 9.6 8.4 7.5
30″ -- -- -- 16.8 13.8 11.7 10.2 9.1
Fonte: http://www.thermon.com/catalog/us_pdf_files/tep0013.pdf
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 4.4 3.1 2.5 2.3 2 1.9 1.8 1.7
¾″ 5.2 3.8 3 2.6 2.2 2.1 2 1.9
1″ 6.2 4 3.3 2.8 2.6 2.4 2.2 2.1
1 ¼″ 7.5 5.2 3.7 3.4 3 2.8 2.6 2.4

16
Tabela 2 - Tabela de perda de calor @50°F ΔT (continuação)
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
1 ½″ 8.4 5.3 4.2 3.4 3 2.8 2.6 2.5
2″ 10.2 6.3 4.9 4.1 3.7 3.3 3.1 2.9
2 ½″ 12.1 7.3 5 4.4 3.9 3.6 3.3 3.1
3″ 14.3 8.7 6.5 5.4 4.7 4.3 3.9 3.6
3 ½″ 16.1 8.2 6.5 5.5 4.9 4.4 4 3.8
4″ 17.9 10.5 7.9 6.5 5.6 5 4.5 4.2
5″ 21.9 13.2 9.7 7.9 6.6 5.8 5.3 4.8
6″ 25.8 15.7 11.4 8.9 7.6 6.7 5.9 5.4
8″ -- 19.3 13.8 11.1 9 7.9 7.1 6.5
10″ -- 23.5 16.2 13 11 9.6 8.6 7.8
12″ -- 27.5 18.9 15.1 12.7 11 9.8 8.9
14″ -- -- 22 17.2 14.3 12.3 10.9 9.8
16″ -- -- 24.8 19.4 16 13.8 12.1 10.9
18″ -- -- 27.6 21.5 17.8 15.2 13.4 12
20″ -- -- -- 23.7 19.5 16.7 14.7 13.1
24″ -- -- -- 28 23 19.7 17.2 15.4
30″ -- -- -- 34.5 28.3 24 21 18.7
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 6.8 4.8 3.9 3.5 3.1 2.9 2.7 2.6
¾″ 8 5.9 4.6 4 3.5 3.2 3.1 2.9
1″ 9.6 6.2 5.1 4.4 4 3.7 3.5 3.3
1 ¼″ 11.6 8.1 5.7 5.3 4.7 4.3 4 3.7
1 ½″ 13 8.2 6.5 5.2 4.7 4.3 4.1 3.8
2″ 15.7 9.8 7.5 6.4 5.6 5.1 4.8 4.4
2 ½” 18.6 11.3 7.8 6.7 6 5.5 5.1 4.8
3” 22 13.4 10.1 8.4 7.3 6.6 6 5.5
3 ½″ 24.8 12.6 10.1 8.6 7.6 6.8 6.2 5.8
4″ 27.6 16.3 12.3 10.1 8.7 7.7 7 6.5
5″ 33.8 20.4 15 12.2 10.2 9 8.2 7.4
6″ 39.7 24.3 17.6 13.8 11.8 10.3 9.1 8.3
8″ -- 29.7 21.4 17.1 13.9 12.2 11 10.1
10” -- 36.3 25.1 20.1 17 14.8 13.2 12
12” -- 42.5 29.2 23.3 19.6 17 15.2 13.7

17
Tabela 3 - Tabela de perda de calor @150°F ΔT (continuação)
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
14″ -- -- 33.9 26.6 22.1 19 16.8 15.1
16″ -- -- 38.3 29.9 24.8 21.3 18.8 16.9
18″ -- -- 42.7 33.3 27.5 23.6 20.7 18.6
20” -- -- -- 36.6 30.2 25.9 22.7 20.3
24″ -- -- -- 43.3 35.6 30.4 26.6 23.8
30″ -- -- -- 53.3 43.7 37.2 32.5 28.9
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 9.3 6.6 5.4 4.8 4.2 4 3.8 3.6
¾″ 11 8.1 6.4 5.5 4.8 4.5 4.2 4
1″ 13.1 8.5 7 6.1 5.5 5.1 4.8 4.5
1 ¼″ 15.9 11.1 7.9 7.3 6.4 5.9 5.5 5.2
1 ½″ 17.8 11.3 9 7.1 6.5 6 5.6 5.3
2″ 21.6 13.4 10.4 8.8 7.8 7.1 6.6 6.1
2 ½” 25.5 15.6 10.7 9.3 8.3 7.6 7 6.6
3” 30.3 18.5 13.9 11.6 10.1 9.1 8.2 7.6
3 ½″ 34.1 17.4 13.9 11.8 10.4 9.3 8.6 8
4″ 38 22.4 16.9 13.9 12 10.6 9.6 8.9
5″ 46.5 28.1 20.7 16.8 14.1 12.5 11.3 10.2
6″ 54.5 33.4 24.3 19.1 16.2 14.3 12.5 11.5
8″ -- 41 29.5 23.6 19.2 16.9 15.2 13.9
10” -- 50.1 34.6 27.8 23.5 20.5 18.3 16.6
12” -- 58.6 40.3 32.2 27.1 23.5 20.9 18.9
14″ -- -- 46.8 36.7 30.5 26.3 23.2 20.9
16″ -- -- 52.9 41.3 34.2 29.4 25.9 23.3
18″ -- -- 58.9 46 38 32.6 28.6 25.7
20” -- -- -- 50.6 41.7 35.7 31.4 28.1
24″ -- -- -- 59.8 49.2 42 36.8 32.8
30″ -- -- -- 73.7 60.4 51.4 44.9 39.9

18
Diâmetr
o tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 12 8.5 7 6.2 5.5 5.2 4.9 4.7
¾″ 14.3 10.5 8.2 7.2 6.2 5.8 5.5 5.2
1″ 17 11 9.1 7.9 7.1 6.6 6.2 5.9
1 ¼″ 20.5 14.4 10.3 9.4 8.4 7.6 7.1 6.7
1 ½″ 23 14.7 11.7 9.3 8.4 7.8 7.3 6.8
2″ 27.9 17.4 13.5 11.4 10.1 9.2 8.5 7.9
2 ½” 33 20.2 13.9 12.1 10.8 9.9 9.1 8.5
3” 39.1 23.9 18.1 15.1 13.1 11.8 10.7 9.9
3 ½″ 44.1 22.5 18 15.3 13.5 12.1 11.2 10.4
4″ 49.1 29.1 22 18.1 15.7 13.7 12.5 11.6
5″ 60.1 36.4 26.9 21.8 18.3 16.2 14.7 13.3
6″ 70.5 43.4 31.5 24.8 21.1 18.6 16.3 15
8″ -- 53.2 38.3 30.7 25 22 19.8 18.1
10” -- 65 45 36.1 30.5 26.6 23.8 21.6
12” -- 76.1 52.4 41.9 35.2 30.6 27.2 24.6
14″ -- -- 60.8 47.7 39.6 34.2 30.2 27.2
16″ -- -- 68.7 53.7 44.5 38.3 33.7 30.3
18″ -- -- 76.6 59.8 49.4 42.4 37.3 33.4
20” -- -- -- 65.8 54.3 46.4 40.8 36.5
24″ -- -- -- 77.8 64 54.6 47.8 42.7
30″ -- -- -- 95.7 78.5 66.8 58.4 52
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
½″ 14.9 10.6 8.7 7.8 6.8 6.4 6.1 5.9
¾″ 17.7 13 10.3 9 7.7 7.2 6.9 6.6
1″ 21.1 13.8 11.3 9.8 8.9 8.2 7.7 7.3
1 ¼″ 25.5 17.9 12.8 11.8 10.4 9.6 8.9 8.4
1 ½″ 28.6 18.3 14.6 11.6 10.5 9.7 9.1 8.6
2″ 34.8 21.8 16.8 14.2 12.7 11.5 10.7 9.9
2 ½” 41 25.2 17.4 15.1 13.5 12.4 11.4 10.7
3” 48.7 29.9 22.6 18.5 16.5 14.8 13.4 12.4
3 ½″ 54.9 28.2 22.6 19.2 17 15.2 14 13.1
4″ 61.1 36.3 27.5 22.7 19.6 17.2 15.7 14.5
5″ 74.8 45.5 33.6 27.3 22.9 20.3 18.4 16.6

19
Diâmetro
tubo
½ ″ 1″ 1 ½″ 2″ 2 ½″ 3″ 3 ½″ 4″
6″ 87.8 54.2 39.4 31 26.4 23.2 20.4 18.8
8″ -- 66.4 47.9 38.4 31.3 27.5 24.8 22.6
10” -- 81.2 56.3 45.2 38.2 33.3 29.8 27
12” -- 95.1 65.6 52.4 44.1 38.4 34.1 30.9
14″ -- -- 76.1 59.7 49.7 42.8 37.8 34
16″ -- -- 86 67.3 55.8 47.9 42.3 38
18″ -- -- 95.8 74.8 61.9 53.1 46.7 41.9
20” -- -- -- 82.4 68 58.2 51.1 45.8
24″ -- -- -- 97.4 80.1 68.4 59.9 53.5
30″ -- -- -- 119.9 98.4 83.7 73.2 65.1
Tabela 7 - Condutividade térmica dos principais Isolantes
Tipo de Isolamento Fator de multiplicação Fator de Isolamento ‘k’
(Btu•in/hr•ft 2 •°F) @ 68°F
Polyisocyanurate 0.73 0.183
Fibra de Vidro 1.00 0.251
Lã Mineral 0.95 0.238
Silicato de Cálcio 1.41 0.355
Célula de Vidro 1.30 0.326
Perlite 1.80 0.455
Sempre que não for usada a fibra de vidro como isolamento térmico, deveremos
utilizar os fatores apresentados na Tabela 7. Quando usamos isolamentos rígidos, devemos
considerar o isolamento para o tubo de diâmetro superior devido ao espaço necessário para
acomodar o traçador de calor e somente depois aplicar o fator.
Os cálculos de perda de calor são baseados no padrão IEEE Std 515, Equação B.1,
com as seguintes provisões:
a) Tubulações isoladas com fibra de vidro de acordo com a ASTM Std C547;
b) Tubulações externas em uma temperatura ambiente de 0°F e vento de 25 mph;
c) Deverá ser considerado um Fator de segurança de 20%.
Em situações onde o ∆T estiver entre duas temperaturas da Tabela 1 e Tabela 6,
deverá ser considerada uma interpolação linear. Quando for usado isolamento flexível em

20
tubulações de 1 ¼ de diâmetro ou inferior, o isolamento deverá ser imediatamente superior ao
diâmetro do tubo para ter espaço para acomodar o traçador de calor. Desta forma realizamos o
cálculo de compensação da perda térmica correspondente a cada material isolante, que se dá
através da multiplicação da perda de calor na tubulação QB, pelo fator de compensação do
isolamento, obtendo assim a perda total de calor por metro na tubulação.
QT= QB*f (2.2)
O resultado da Fórmula 2.2 será a perda total de calor do sistema. Com este dado,
iremos consultar as curvas de potência de cada cabo, levando em conta fatores como:
classificação da área, temperatura máxima de exposição, voltagem disponível, ambiente
corrosivo, ou seja, características que determinam não só a potência do cabo, mas também os
requerimentos do projeto.
Normalmente quando estamos considerando uma instalação somente dentro da
planta, é possível reduzir o fator de segurança, multiplicando o resultado por 0.9. Na prática, é
considerada a potência calculada na Fórmula 2.2.
Agora que já calculamos a perda de calor total por metro na tubulação, poderemos
dimensionar escolher a solução para compensar esta perda e assim mantermos o sistema em
equilíbrio térmico (Thermon, formulário TEP0013-0514 - 2015).
Na Figura 2, temos a curva de potência de um determinado modelo de cabo, na qual
temos a potência diminuindo com a elevação da temperatura. Escolhemos uma potência igual
ou superior à calculada anteriormente. Caso seja necessário, é possível passar o cabo mais de
uma vez na tubulação, com o objetivo de alcançar a potência total requerida:

21
Figura 2 - Curva de potência do cabo auto regulável BSX
Fonte: Thermon, catálogo TEP0013-0514

22
3. TRAÇADOR DE VAPOR
3.1. O TRAÇADOR DE CALOR
O Traçador de vapor tem sido usado nos processos das plantas industriais a mais de
um século. No inicio, os projetos utilizavam as linhas encamisadas, onde a tubulação de
processo é envolvida por uma tubulação de maior diâmetro e o vapor flui no espaço entre
estas duas tubulações, outra forma muito usual era o processo inverso, onde o tubo com vapor
era inserido no meio da tubulação de processo.
Durante a Segunda Guerra mundial, a indústria bélica passou a demandar por novas
soluções armamentistas, as quais levaram as indústrias a desenvolver uma gama de novas
soluções que seriam produzidas em suas plantas. Muitas destes novos produtos demandavam
temperaturas de manutenção baixas e específicas, com pouca variação, por serem
termicamente sensitivos e existir a degradação dos mesmos quando expostos a altas
temperaturas. As plantas até então eram dotadas de sistemas de traçador a vapor, que
fornecem muito calor e não permitem um alto controle da temperatura de manutenção. As
ampliações e novas plantas passaram a adotar a solução de traçador elétrico, as quais
permitem baixas temperaturas de manutenção, e através do uso de termostatos e controladores
uma regulagem de uma temperatura específica de manutenção.
3.2. SISTEMAS DE TRAÇADOR DE VAPOR
A maioria dos processos industriais requer o armazenamento e transferência de
fluidos através de tubulações e equipamentos. Frequentemente, estes fluídos, gases, vapores,
suspensões e lamas possuem características de temperaturas inerentes que fazem com que os
mesmos se solidifiquem, tornem-se viscosos ou indesejavelmente se condensem na
temperatura ambiente. Para prevenir estes problemas que tipicamente ocorrem nos períodos
de não processamento, normalmente é requerido o fornecimento de calor adicional, assim
como a aplicação de um isolamento térmico sobre as tubulações e equipamentos.
Estas tubulações de processo que requerem calor adicional normalmente atravessam
a planta através de ‘piperacks’ em percursos complexos com curvas, subidas e descidas. Uma
tubulação de menor diâmetro carregando calor para que seja adicionado à tubulação de
processo é referida como “Traçador de calor” (Heat Tracing). Se o sistema de traçador de
calor utilizar o vapor no processo de entrega de calor, então é chamado como “sistema de

23
traçador de vapor”. A Figura 3 ilustra o sistema de traçador de vapor, com seus principais
componentes e conexões. (PITZER, 1999)
Figura 3 - o sistema de traçador de vapor por condução
Fonte: Thermon, 2014.
3.3. A TEORIA DO TRAÇADOR DE VAPOR
A teoria de manutenção de temperatura em uma linha isolada é baseada no simples
equilíbrio de calor. Caso a temperatura do processo tenha que se manter constante, a fonte de
calor da linha deve ser igual ao calor perdido (W/m ou BTU/hr-ft) pelo isolamento térmico.
Assim, a seleção de um traçador de vapor que produza quantidade de calor de mesma ordem
de grandeza a perda de calor, resulta em um sistema eficiente.
O vapor é utilizado em turbinas para mover geradores na produção de energia, para
alimentar bombas e outros equipamentos, e para um processo de aquecimento nos trocadores
de calor e reatores. Como estes equipamentos que utilizam vapor como fonte de energia estão
espalhados pelas plantas de processo, os “headers” (válvulas de alimentação de vapor) estão
frequentemente próximos às tubulações e equipamentos que precisam do Traçador de vapor
(BURDICK, 1993).

24
3.4. MÉTODOS DE TRAÇADOR DE VAPOR
Os sistemas de traçador de vapor foram desenvolvidos nos primórdios das refinarias.
Nos início de 1900 quando a primeira planta de processo contínuo foi desenvolvida, estes
sistemas foram essenciais para manter a fluidez do resíduo do petróleo, alcatrões e graxas.
Além disso, a indústria petroquímica cresceu ao lado das refinarias utilizando sistemas de
traçador de vapor também. Naquela ocasião, a conservação da energia não era algo que
despertasse o interesse das plantas.
Os sistemas de isolamento geralmente eram providos com um mínimo de espessura
que garantissem a utilização dos métodos de traçador de vapor disponíveis e capazes de
manter a temperatura de processo. Isolamentos com 25 mm de espessura em pequenas linhas
e 40 mm em linhas grandes eram usados comumente. Isolamentos apropriados para altas
temperaturas, de matériais rígidos e não higroscópicos eram geralmente utilizados. Esta
camada de isolamento era revestida por uma camada externa, também conhecida como
barreira de proteção mecânica e a entrada de fluidos.
Todos estes componentes afetavam a performance térmica do sistema de traçador de
calor. O primeiro sistema de traçador de vapor foi o de encamisamento de vapor ou tubulação
de vapor interna à tubulação de processo, assim como o uso de traçadors constituídos por
tubulações de pequeno diâmetro, aplicados em paralelos à tubulação de processo, que
forneciam calor por convecção. (BURDICK, 1993).
Estas duas primeiras formas de sistemas de traçador de vapor, citadas anteriormente,
são simplesmente desdobramentos de sistemas antigos de trocadores de calor baseados em
dupla tubulação. Neste sistema, uma das tubulações contém vapor fluíndo e a outra o fluído
que requer manutenção de temperatura. Estes métodos são ilustrados na Figura 4 sistema
enjaquetado e Figura 5, sistema Gut-line:
Figura 4 - Sistema enjaquetado
Fonte: National Insulation Association, 1999.

25
Figura 5 - Sistema Gut-line
Fonte: National Insulation Association, 1999.
Em função da grande área de transferência entre o vapor e o fluido de processo, a
relativo alto coeficiente de taxa de transferência de calor do associado ao vapor, o fluido de
processo, e a parede da tubulação de processo, este método produzia uma temperatura de
manutenção previsível. Na maioria dos casos, a temperatura do fluido de processo se
aproximava da temperatura do vapor. Este sistema eram relativamente insensitivos às
mudanças ambientes uma vez que condensavam mais vapor para compensar as perdas de
calor.
Atualemente, as maiorias dos fluidos de processo requerem temperatura de
manutenção abaixo de 100C, mas os sistemas implantados são antigos e além de ineficientes
energeticamente podem estar fornecendo temperaturas acima do suportado pelo fluido de
processo promovendo a termo degradação destes. Do ponto de vista de instalação, estes
sistemas são onerosos e pesados para instalar, especialmente em sistemas complexos de
tubulações devido a requerer uma montagem especial.
Nos sistemas de enjaquetamento ou tubo de vapor interno, é demandado um projeto
detalhando de instalação, uma vez que estes têm que ser montados concomitantemente com a
tubulação do fluido de processo, que não é o caso dos sistemas de traçador por convecção.
No princípio, os traçadors de vapor pro convecção eram concebidos tipicamente com
15 mm ou 20 mm em tubos de aço carbono schedule 40. Em 1930, com o aparecimento e
disponibilidade de tubos de melhor qualidade, com diâmetros corretos e espessuras de paredes
uniformes ao longo do comprimento e conexões de qualidade, foi permitida a migração para
tubos de cobre e aço Inox, os quais passaram a ser os preferidos nos sistemas de traçador de
vapor por convecção.
Os sistemas de traçador de vapor por convecção e radiação se tornaram
predominante nas novas instalações, em função do seu baixo custo de implantação, associado
a uma baixa taxa de transferência de calor quando comparado com as tubulações
encamisadas.

26
Embora os sistemas de traçador de vapor por convecção fossem capazes de transferir
uma taxa de calor relativamente menor que os sistemas utilizados previamente, eles ainda
eram capazes de fornecer mais do que o suficiente para aplicações como linhas de soda e
ácidos. Para remediar este problema, pequenas secções de madeira ou isolamento rígido
passaram a ser instalados entre a tubulação de processo e o traçador por convecção, em
distâncias entre 0.3 a 0.6 metros, centralizadas e fixadas com o traçador através de fios de
amarração. Este novo sistema tinha diversos problemas, criando dilemas para os projetistas.
Os blocos tendiam a cair durante a montagem e manutenção do sistema ou mesmo em função
do trabalho realizado durante a expansão ou contração do traçador. Diversas vezes o traçador
era prensado contra o tubo de processo em função de amarras em local inapropriado ou por
técnicos andando sobre o conjunto. (PITZER, 1999).
3.5. SISTEMA DE TRAÇADOR DE VAPOR POR CONDUÇÃO
Há aproximadamente 60 anos foram descobertos os Compostos de transferência
Térmica. Quando este composto, parecido com uma pasta com condução térmica é aplicada
sobre um tubo de traçador a vapor por convecção ou simples tubos de pequenos diâmetros, o
resultado é o incremento da taxa de transferência de calor, fazendo com que seja possível a
redução da quantidade de tubos de traçador de vapor e aproximando o resultado de um
sistema de traçador de vapor enjaquetado. Estes compostos com condutividade térmica são
tipicamente aplicados a partir do topo da tubulação de traçador de 10 mm ou 12 mm e
basicamente converte um sistema de traçador de vapor de radiação por convecção em um
sistema de traçador de vapor por condução.
Em tubulações com diâmetro entre 25-100 mm, uma única tubulação de traçador de
vapor por condução, pode na maioria dos casos fornecer uma performance de transferência de
calor similar à de um sistema por jaquetas ou com tubo de vapor no interior da tubulação de
processo, porém com um baixo custo e complexidade de instalação quando comparado com
os primeiros sistemas. No caso de tubulações com diâmetro superiores a 100 mm pode ser
necessário dois ou mais traçadors por condução para atingirmos uma performance similar ao
do sistema enjaquetado.
Ainda assim, o correto número e diâmetro de traçadores por condução podem ser
ajustados para fornecerem aproximadamente o calor requerido pelo processo sem o risco de
sobre aquecimento e desperdício de energia. Adicionalmente, o sistema pode ser instalado
tanto em sistema existentes quanto em novos projetos. (PITZER, 1999), na figura 6 podemos

27
verificar os formatos que o composto de transferência térmica podem ser comercializados,
assim como uma foto da sua aplicação em uma válvula:
Figura 6 - Composto de transferência Térmica
3.6. PURGADORES
Um 'purgador de vapor' é definido pela ANSI como:
a) Purgador de vapor - Válvula autônoma que drena o condensado automaticamente
de um invólucro que contenha vapor e que ao mesmo tempo permaneça vedado para
o vapor vivo, ou se necessário, que permita que o vapor flua à uma taxa controlada
ou estabelecida. A maioria dos purgadores de vapor também passa gases não
condensáveis enquanto permanecem vedadas ao vapor vivo. (TLV, 2015).
O vapor é um gás formado quando a água está em temperaturas altas e sob altas
pressões, mas quando seu trabalho está finalizado (= forneceu seu calor latente) o vapor se
condensa e se torna condensado. Em outras palavras, o condensado não tem a capacidade de
fazer o trabalho que o vapor faz. E é por causa disso, seja em uma tubulação de transporte de
vapor ou em um trocador de calor, que o condensado deve ser objeto de rápida remoção. Na
Figura 7 ilustramos os elementos básicos de uma estação de purga segundo a norma Petrobrás
N-0042.

28
Figura 7 - Estação de Purga
Fonte: Petrobras, 2013.
3.7. LINHAS DE FORNCIMENTO DE VAPOR E RETORNO DE CONDENSADO
As linhas de fornecimento de vapor e retorno de condensado são construídas a partir
do mainfold de vapor e de condensado e se interligam no traçador de vapor. No Brasil, estas
linhas são construídas artesanalmente, através da união de tubos fornecidos em varas de 6
metros e unidas por uniões. Após a montagem, estas linhas devem ser testadas
hidrostaticamente para detectar vazamentos. Ultrapassada esta fase, as linhas são isoladas com
os materiais isolantes defeitos em projeto e apresentados neste trabalho. Por último eles são
cobertos por uma barreira protetora de alumínio. Estas linhas normalmente são construídas
com diâmetros de até 1”. Na Figura 8 temos um exemplo da construção mecânica de uma
linha de vapor isolada termicamente através de um processo artesanal.
Figura 8 - Linhas de vapor e condensado artesanais
Fonte: http://www.paroc.co.uk

29
Recentemente surgiu as tubulações pré-isoladas de fábrica, as quais reduzem o tempo
de implantação, os riscos de vazamento, pois são construídas em peças inteiras e fornecidas
em grandes bobinas. O fato de serem uma única peça e possuírem uma capa externa em PVC,
previne a entrada de água e outros danos, como o manuseio indevido da barreira de alumínio,
que faz com que o sistema perca performance ao longo do tempo. Os elevados custos de
manutenção em linhas de vapor é um dos principais problemas da solução. Na Figura 9 temos
uma foto de uma linha de vapor isolada através de um processo fabril, onde a capa externa é
contínua e o conjunto apresenta um diâmetro menor que o anterior.
Figura 9 - Linhas de vapor e condensado pré-isoladas
Fonte: Thermon, catálogo TSP0009-0714.
3.8. COMO ALTERAR A TEMPERATURA DE MANUTENÇÃO
Da termodinâmica temos a conhecida relação PV = nRT, onde para variarmos a
temperatura temos que variar a pressão. Acontece que realizar esta alteração em um sistema
complexo, envolve a adição de mais componentes na solução. Na Figura 10 temos um
exemplo de uma estação de purga com seus diversos componentes, que não é formada
simplismente pelo purgador, mas por um arranjo de válvulas e filtros, que permitem a
substituição ou manutenção do purgador sem a necessiade de interromper a linha principal de
abastecimento de vapor.

30
Figura 10 - Estação Redutora de Pressão Pilotada (Flangeada)
Fonte: http://www2.spiraxsarco.com.
A seguir mostramos as diferentes partes, componentes e funções de uma estação
redutora de pressão pilotada, conforme a Figura 10.
Tabela 8 – Componentes e suas respctivas funções
Parte Componente Função
1 Separador Para proteger a válvula de redução do vapor molhado
2-6 Válvulas Conjunto de válvulas da linha de retorno do condensado
7 Válvula de isolamento Para isolar a estação de redução da fonte de vapor
8 Filtro Para proteger a válvula de redução dos detritos
9 Indicador de pressão Para monitora a pressão de entrada
10 Válvula redutora Para reduzir a fonte de vapor em alta pressão para uso em baixa pressão
11 Válvula de segurança Para proteger o equipamento que receberá o vapor de uma sobre pressão
12 Indicador de pressão Para monitorar o controle de pressão
13 Válvula de isolamento Para ajustar a válvula de redução em condições de falta de carga
Fonte: Estação Redutora de Pressão Pilotada (Flangeada), http://www2.spiraxsarco.com.
O objetivo neste trabalho não é detalhar as configurações das estações de purga, mas
sim demonstrar sua complexidade e custo de investimento e manutenção. Uma alternativa
disponível no mercado para reduzir este investimento e complexidade trazidos pela estação de
purga são as tubulações que recebem uma camada isolante em fábrica, determinada sob
projeto, com a finalidade de reduzir a quantidade de calor transmitida à tubulação de
processo. Estas tubulações, de forma análoga aos tubos de alimentação de vapor e retorno de
condensado, são fornecidas em uma única peça, no formato de uma grande bobina. Ao
receber diferentes espessuras de isolamento, normalmente em fibra de vidro e fitas reflexivas,
parte do calor é retido na tubulação de vapor e retorna para a caldeira. Outro resultado
importante é a redução do número de estações de purga.

31
Na Figura 11 podemos constatar a variação da temperatura de manutenção, porém
com o vapor na mesma pressão.
Figura 11 - Linhas de vapor pré-isoladas
3.9.A NORMA PETROBRAS DE TRAÇADOR A VAPOR
A Petrobras possui uma norma específica para sistemas de aquecimento por traçador
a vapor. Esta norma contempla basicamente os sistemas de traçador por convecção: “Esta
Norma fixa as condições exigíveis para a elaboração de projetos de sistemas de aquecimento
externo de tubulações, equipamentos e instrumentos, utilizando-se vapor d’água, destinados
às unidades industriais, compreendendo instalações de perfuração e produção terrestres e em
plataformas marítimas, áreas de processos, áreas de utilidades, parques de armazenamento,
terminais, bases de provimento, instalações auxiliares e estações de oleodutos.” (N-0042, Ver.
F de 11/2013).
Na Figura 12 é demonstrado o arranjo básico de um sistema de alimentação de vapor,
com o tronco principal de vapor, o ramal principal e os ramais de suprimento até o
“mainfold”.

32
Figura 12 - Arranjos típicos de Suprimento de Vapor
Fonte: Petrobras, 2013.

33
4. O TRAÇADOR ELÉTRICO
Um sistema de traçador elétrico tem a mesma finalidade que o sistema de traçador a
Vapor. Esses sistemas são pequenos, flexíveis e de fácil instalação. Podem ser controlados
para fornecerem apenas o calor necessário para manter a temperatura prescrita para a
tubulação de processo.
Diversos métodos de controle e níveis de monitoramento podem serem instalados. A
energia elétrica está disponível em todas as plantas, o que faz a solução do sistema elétrico ser
facilmente implementada, mesmo quando temos vasos e tanques isolados dos demais prédios
da planta.
No início, os circuitos de aquecimento elétrico eram susceptíveis a falhas como
queima do sistema, com a introdução dos cabos autorreguláveis este problema foi resolvido.
O calor disponível nos sistemas elétricos é limitado, o que faz com que as instalações do
isolamento térmico sejam um ponto crítico, devendo esta ser instalada corretamente. Esta
limitação faz com que linhas congeladas levem muito tempo para serem descongeladas, o que
não chega a ser um problema no hemisfério sul.
O custo da energia elétrica normalmente é superior ao custo do vapor por unidade de
calor, o que faz com que os sistemas elétricos sejam controlados para minimizar este fator.
Controles apropriados custam menos do que o custo de operação de um sistema sem controle.
O custo de sistemas elétricos é menor do que o sistema a vapor, assim como o custo de
manutenção. É possível controlar a temperatura de uma tubulação de forma muito precisa
com o sistema elétrico, chegando a um ΔT máximo de 1°C com controladores digitais. O
sistema pode ser projetado em zonas de circuitos, evitando assim maiores problemas em caso
de alguma pane (BURDICK, 1993).
4.1.TIPOS DE CABO
4.1.1.Cabos Auto-Reguláveis
Os cabos-autorreguláveis sãos os mais comuns nos projetos atuais e proporcionam o
controle da temperatura da tubulação de processo.
Os cabos autorreguláveis possuem no núcleo uma matriz semicondutora, o qual a
medida que a temperatura diminui, se contrai, formando diversos caminhos elétricos
(resistências) entre os condutores “A” e “B”, permitindo a passagem de corrente entre estes e

34
gerando calor, inversamente, quando a temperatura cai, este núcleo se expande, a resistência
tende a infinito, e não mais passagem de corrente elétrica, cessando assim a geração de calor.
É necessário garantir a qualidade e resistência da camada de polímero que envolve os
condutores. Os polímeros são longas cadeias de moléculas. Cada molécula é um grupo
químico específico. O polímero mais simples é constituído por um polietileno de carbono e
dois átomos de hidrogénio, ou seja, CH2. A figura abaixo é uma representação de polietileno.
As cadeias se unem de uma maneira aleatória.
Quando o calor é aplicado as cadeias estão livre para escorregar e deslizar. O
polietileno vai amolecer e derreter quando é aplicado calor. Na figura 13 é demonstrada as
longas cadeias formadas pelo polímero (http://www.champcable.com). Na Figura 13 podemos
observar as ramificações de uma cadeia de polímeros, onde as ligações entre as cadeias se dão
de forma simples e frágeis:
Figura 13 - Cadeia livre de polímeros
Fonte http://www.champcable.com
A irradiação Cross-linked proporciona um método alternativo que não requer calor,
umidade e pressão ou com uma gama mais vasta de compostos pode produzir produtos de
qualidade superior do que a simples interligação química. A irradiação não deixa agentes de
cura que não tenham reagido e que poderiam criar ácidos prejudiciais em elevadas
temperaturas. Uma capacidade superior de corte e remoção da camada é possível porque a
irradiação cross-linking não necessita de calor e pressão que podem pressionar o composto
entre os fios condutores.
O principal objetivo da irradiação é reduzir o “deslizamento” molecular deslizar
através da introdução de ligações entre as cadeias vizinhas. A irradiação Cross-linked melhora
a rigidez e aumenta a resistência à temperatura do composto. Além disso, usa um fluxo de
elétrons que se movem rapidamente, produzidos a partir de um acelerador de elétrons. Os

35
elétrons possuem energia suficiente para remover um átomo de hidrogénio da sua posição
numa molécula, deixando esse átomo altamente reativo. Este átomo, chamado de radical livre,
pode combinar-se com qualquer outro átomo para formar uma ligação como mostrado na
Figura 14. A formação de um número suficiente de ligações cruzadas resulta na
transformação de um material plástico não térmico (que se derrete) em um material termo
endurecido (que não se funde). Na Figura 15 são apresentadas cadeias formadas após a
irradiação com a tecnologia Cross link. (http://www.champcable.com). Na Figura 14,
podemos observar as cadeias do polímero após a irradiação Cross-link e a formação de novas
ligações cruzadas.
Figura 14 - Cadeia de polímeros Cross-linked
Fonte: http://www.champcable.com)
Estes cabos têm características construtivas paralelas e podem ser cortados em
campo, sob medida sem alterar a potência gerada por unidade métrica do cabo. O cabo é
construído por uma montagem monolítica, constituída de dois condutores paralelos de cobre
banhados em níquel até 14 AWG e o polímero de aquecimento semicondutor com Coeficiente
de temperatura positivo. Uma camada primária de fluopolímero dielétrico é extrusada sobre o
núcleo de aquecimento, formando uma camada sobre ela. Após a camada de fluoropolímero é
aplicada uma camada de malha de terra com cobertura superior a 80% da camada anterior,
com uma resistência que não exceda 0.0028 ohm/ft, a qual é coberta por uma camada de
elastómero termoplástico ou fluoropolímero resistente à alta temperatura. A estabilidade dos
cabos é comprovada através dos resultados dos testes recomendados pela IEEE 515 Std-2004.
Os cabos autorreguláveis são utilizados para temperatura de manutenção nas
tubulações de processo até 1490
C e exposição intermitente máxima de 2320
C, que é uma

36
limitação dos cabos autorreguláveis. (THERMON, 2008). Na figura 15 temos uma
demonstração do comportamento do polímero que forma o núcleo de um cabo auto regulável
e seu comportamento com a variação da temperatura.
Tubo Frio: em resposta
ao frio, o núcleo ou fibra
se contrai
microscopicamente
estabelecendo os
caminhos elétricos.
Tubo Morno: em
resposta ao calor, o
núcleo ou fibra
começa a expandir
microscopicamente
rompendo os
caminhos elétricos.
Tubo quente: O núcleo
ou fibra se expandem
bastante rompendo
quase todos os
caminhos elétricos
Figura 15 - Cabos de aquecimento autorreguláveis
Fonte: http://www.pentairthermal.com
4.1.2.Cabos De Potência Constante
Os cabos de potência constante consistem de uma série contínua de circuitos de
aquecimentos, curtos e independentes e sua característica principal é que a potência fornecida
praticamente não é alterada ao longo do circuito. Os sistemas podem ser cortados em campo,
sob medida da tubulação. Uma desvantagem deste sistema é que ele utiliza a mesma potência
ao longo do circuito e pode gerar sobreaquecimento em algum ponto deste. (Thermon, 2013).
Na Figura 16 apresentamos como se comporta a resistência de um cabo limitador de potência,
ou seja, em paralelo, este cabo tem um Coeficiente temperatura por zona (PTC), que faz com
que a resistência seja a mesma independentemente da, entregando uma energia constante.

37
Figura 16 - Cabos de aquecimento de potência constante
4.1.3.Cabos Limitadores de Potência
Os cabos limitadores de potência foram desenvolvidos especificamente para
manutenção de temperatura ou proteção ao congelamento, quando são requeridas altas
temperaturas de manutenção ou de exposição.
Uma resistência constituída em uma liga provê a limitação de potência. A
característica do Coeficiente Positivo de Temperatura é proporcionar o decréscimo da
potência fornecida a tubulação de processo à medida que a temperatura desta aumente,
permitindo assim a sobreposição do cabo durante o processo de instalação.
Os cabos limitadores de potência são utilizados para manter temperaturas de até
210°C e uma exposição contínua de até 260°C quando o cabo estiver energizado. O cabo
consiste de dois condutores 12 AWG de cobre revestido em níquel e isolados individualmente
com um fluorpolímero de alta temperatura. Estes condutores centrais serão expostos
alternadamente através do contato com o elemento de geração de calor, de forma regular. O
condutor de Coeficiente Positivo de Temperatura deve ser espiralado em torno dos condutores

38
centrais, alguns fabricantes revestem o elemento gerador de calor com uma camada de fibra
de vidro com objetivo de aumentar sua resistência mecânica e evitar o seu rompimento
durante um manuseio inadequado. A camada de fibra é revestida por uma camada de malha
de terra que cobre 80% da superfície e exibirá uma resistência que não excederá a 0.0018
ohm/ft. Para aplicações em atmosferas corrosivas, o cabo deve ser revestido com uma camada
de fluorpolímero resistente a altas temperaturas. A estabilidade dos cabos é comprovada
através dos resultados dos testes recomendados pelo IEEE 515 Std-2004 (THERMON, 2008).
Na Figura 17 apresentamos como se comporta a resistência de um cabo limitador de potência,
ou seja, em paralelo, este cabo tem um Coeficiente positivo de temperatura (PTC), que faz
com que a resistência aumente com o aumento da temperatura (menor diferença entre a
temperatura de manutenção e a temperatura externa), diminuindo assim a energia fornecida.
Figura 17 - Cabos de aquecimento limitadores de potência

39
4.1.4.Cabos em Série
4.1.4.1. Flexíveis
Os cabos flexíveis de aquecimento em série são usados em linhas longas que
demandam a manutenção de temperatura, onde os comprimentos dos circuitos excedem aos
comprimentos dos circuitos dos cabos autorreguláveis, às temperaturas de manutenção ou
altas temperaturas de exposição. O comprimento dos circuitos pode chegar até 3.658 metros
numa uma única caixa de alimentação. Os cabos em série provêm uma potência consistente ao
longo de todo circuito sem quedas de tensão. A característica construtiva destes cabos é a
construção com dois ou três condutores de cobre, banhados em níquel e disponível em vários
diâmetros, desde 16 AWG até 10 AWG, de forma a garantir a resistência projetada para o
circuito. O isolamento elétrico da camada de fluorpolímero deve ser de 600Vac com a
capacidade de resistir uma exposição contínua de temperaturas até 260°C quando o circuito
estiver desenergizado. Para temperaturas superiores a 204°C os cabos devem ter uma camada
de fibra de vidro entre o condutor e a jaqueta de proteção. Os condutores devem ser
conectados para terminações a frio aprovadas. (THERMON, 2015). Na Figura 18 podemos
visualizar a construção mecânica de um cabo de aquecimento em série.
Figura 18 - Cabos de aquecimento em série flexíveis
Fonte: Thermon, catálogo TEP0021-0714.
Assim, numa construção temos:
a) Condutores aquecedores (2 ou 3);
b) Isolamento dielétrico em fluorpolímero sobre composto de fibra de vidro;
c) Jaqueta de fluorpolímero;

40
d) Malha de terra em cobre banhado em níquel;
e) Camada de fluorpolímero para prover proteção adicional ao cabo e a malha de
terra quando for exposto a produtos químicos ou corrosivos.
4.1.4.2. Semi-Rígidos – Isolamento Mineral
Os cabos de aquecimento em série semi-flexíveis com isolamento mineral são usados
em linhas que demandam temperaturas muito altas de manutenção, altas temperaturas de
exposição ou o ambiente de instalação é corrosivo/abrasivo. O cabo mineral possui uma capa
externa metálica, que aumenta sua robustez. Os cabos com isolamento mineral podem atingir
temperaturas de manutenção de até 500°C, e temperatura de exposição de até 600°C quando o
circuito estiver desligado. Os cabos com isolamento mineral são fabricados sob medida e não
podem ser cortados em campo.
O cabo de isolamento mineral pode ser construído com um ou dois condutores, com
um isolamento de óxido de magnésio e uma camada externa, em soldas, fabricada em uma
liga 825, que é formada com por uma liga de Nickel/Chromo ideal para altas temperaturas e
resistentes a corrosão por cloretos, ácidos sais e ambientes alcalinos. Os cabos são
alimentados com tensão entre 300 Vac e 600 Vac. (THERMON, catálogo TEP0020-0714). Na
Figura 19 mostramos a construção dos cabos de isolamento mineral:
Figura 19 - Cabos de aquecimento Mineral.
a) Condutor (es) de liga sólida ou cobre;
b) Isolamento de Óxido de magnésio compactado;

41
c) Camada de Liga 825 sem solda.
Os cabos de aquecimento com isolamento mineral devem ser fabricados no
comprimento exato do circuito e providos de uma conexão a frio, a qual será conectada à
caixa de alimentação ou então onde emendas são necessárias. As terminações a frio
normalmente possuem entre 1 e 2 metros, as quais são conectadas às caixas através de prensa-
cabos rosqueadas nas caixas de alimentação. Os cabos devem ser terminados e selados em
fábrica, pois são Higroscópicos, retendo humidade e condições de temperatura.
Na Figura 20 mostramos os tipos de circuitos com cabos com isolamento mineral e
suas terminações a frio:
Figura 20 - tipos de circuitos com cabos com isolamento mineral e suas terminações a frio
Fonte: Petrobrás, Norma N-2641ª de Out/2004.
4.1.5.Cabos Skin-Effect
Um sistema de efeito de pele é uma alternativa de baixo custo para sistema de
traçador de calor convencional em tubulações longas, eliminando a necessidade de um
sistema de distribuição de energia ao longo da mesma. Um oleoduto até 25 km de

42
comprimento pode ser aquecido através de um único circuito, com uma única fonte de
energia.
O sistema de aquecimento de efeito pele produz calor no "tubo de calor" pela
corrente elétrica de retorno que flui através da impedância da pele interna do tubo de calor.
Não há tensão ou corrente sobre a pele exterior do tubo de calor.
O condutor isolado é o coração do sistema de aquecimento de efeito de pele. Este
condutor é projetado com isolamento dielétrico e jaqueta para atender aplicações específicas
de projeto. Para proteção contra congelamento e aplicações de baixa temperatura manutenção,
podem ser utilizados condutores de cobre banhadoíquel e isolados com poliolefinas. Em altas
temperaturas deverão ser utilizadas camadas de isolamento de fluorpolímero.
O princípio de funcionamento de um sistema de aquecimento de efeito de pele é
baseado em dois fenômenos: efeito de proximidade e do efeito pele. O dispositivo de
aquecimento é um tubo de aço carbono com um condutor interno especialmente concebido, de
efeito de pele. O tubo de calor e o condutor isolado estão unidos em uma das extremidades,
enquanto que na extremidade oposta o tubo de calor e o condutor são ligados através de uma
fonte de tensão AC. (THERMON, 2015). Na Figura 21 podemos verificar a construção de um
cabo de aquecimento, com efeito, “skin”.
Figura 21 - Cabos de aquecimento Skin Effect
a) Condutor de cobre banhado em níquel;
b) Isolamento dielétrico em fluorpolimero ou poliolefina;
c) Jaqueta de fluorpolimero ou poliolefina para proteção a intemperies;

43
d) Tubo de aquecimento em aço carbono.
Quando o sistema é energizado, a corrente flui através do condutor até o ponto final,
em seguida, concentra-se na superfície interior do tubo de calor pelo fenómeno efeito de pele
e o efeito de proximidade. Esta interação eletromagnética assegura que a corrente de retorno
se desloque sobre a superfície interior do tubo de calor com virtualmente nenhuma tensão
mensurável na superfície externa. O fluxo de corrente através da impedância da pele interna
do tubo de calor gera o calor projetado. (THERMON, catálogo TEP0041-0214). A Figura 22
ilustra o local onde a tensão é aplicada e como a corrente gerada flui no tubo de aquecimento.
Figura 22 - Efeito Skin Effect
A tensão alternada aplicada no condutor gera uma corrente que retorna através da
superfície interna do tubo de aquecimento. Virtualmente, não nenhuma voltagem medível na
superfície externa do tubo de aquecimento, permitindo o aterramento do sistema de tubulação.
O Sistema de calor por efeito pele é utilizado para temperaturas de manutenção de
até 200°C e temperatura máxima de exposição de 260°C. Os condutores devem atender aos
requerimentos dos testes estabelecidos no IEEE 844 Std-2000 (THERMON, catálogo
TEP0096-0714). Na Figura 23, temos um exemplo de um sistema “skin effect” demonstrando
todos os componentes que fazem parte de uma solução de traçador de calor “slin effect”.

44
Figura 23 - Sistema de aquecimento Skin Effect

45
5. SISTEMAS DE CONTROLE E SEGURANÇA
Os sistemas de traçador elétrico podem funcionar à parte dos demais sistemas da
planta. À medida que os custos para identificar problemas, reparos ou reposição de partes do
sistema, as empresas estão optando por inserir sistemas de monitoramento para seus sistemas
de traçador elétrico. Estes sistemas podem ser implantados na concepção do projeto original
ou ser adicionado posteriormente. Embora os sistemas de traçador elétrico sejam
extremamente confiáveis, estão sujeitos a falhas. Estes sistemas podem implementar uma
rotina de manutenção preventiva ou preditiva.
5.1.1. Sistemas sem controle
A forma mais simples e de menor custo para implantar um sistema de traçador
elétrico, contudo não é possível assegurar a temperatura de manutenção com um pequeno ΔT.
Esta forma apesar de ter um baixo custo de implantação, apresenta um alto custo de operação,
pois o sistema estará 100% do tempo ligado.
Não é possível nenhuma intervenção remota ou mesmo receber alarmes de eventuais
falhas no sistema
5.1.2. Sistemas com Termostato mecânicos
Através do termostato é possível assegurar um pequeno Δt. O termostato permite
ligar o circuito assim que a temperatura de manutenção abaixar do ponto de manutenção e
desligar tão a logo temperatura seja superior a desejada. Na Figura 24 demonstramos o
circuito básico de um termostato mecânico:
Figura 24 - Sistema de controle por termostato
Fonte: Thermon, catálogo TEP0032U-0113.

46
Nos termostatos o diferencial de temperatura varia entre Δt 3 e 5°C.
5.1.3.Sistemas com Termostato Eletrônico
Estes sistemas são mais eficientes do que os primeiros, pois não simplesmente liga
ou desliga o sistema em função de uma medida de temperatura. Por possuir um controlador
eletrônico, é possível medir a temperatura na superfície da tubulação de processo e em função
da medida e da perda de energia para o ambiente tomar a decisão de ligar ou desligar o
circuito. Este equipamento reduz o consumo de energia em mais de 50% quando comparado
com um termostato mecânico, possuem uma variação de temperatura com relação a
temperatura de manutenção de Δt1°C e ainda permitem ter limitadores de temperatura, que
atuam quando alguma falha for observada no controlador, possui portas de comunicação RS-
485 que permitem a leitura de falhas e estado, em sistemas de monitoramento centralizado da
planta.
Na Figura 25 apresentamos um controlador eletrônico e seu painel de ajustes de
temperatura e de limitador, assim como o barramento de conexões. (THERMON, catálogo,
TEP0128U-1113).
Figura 25 - Sistema de controle por controlador eletrônico
Fonte: Thermon, catálogo, TEP0128U-1113.
Nos controladores o diferencial de temperatura é de Δt 1°C
5.1.3.1 Sistemas com painéis de controle e monitoramento
Os sistemas de controle e monitoramento exercem um papel essencial em aplicações
de traceamento térmico, que vão desde a proteção contra o congelamento de tubulações de
água até a manutenção de temperaturas de processos críticos. O sistema com

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microprocessador traz mais eficácia e confiabilidade às unidades de controle e monitoramento
eletrônico. Esses sistemas de controle e monitoramento eletrônico garantem precisão nas
medições de temperatura, economia energética e maior vida útil para o sistema.
A versatilidade de utilizar redes de controle e monitoramento no sistema de traçador
elétrico é essencial para reduzir o custo operacional de fábricas.
O controlador pode ficar localizado no campo, reduzindo assim a fiação e, ao mesmo
tempo, proporcionando eficiência na gestão energética e custos operacionais menores. A
comunicação com cada um desses controladores pode ser feita por meio de conexão serial,
Ethernet, fibra óptica ou sem fio com o centro de controle centralizado da fábrica. (Thermon,
catálogo TEP0142-0414). Na Figura 26 mostramos a construção mecânica de um painel de
distribuição e controle, com janela de vidro na porta frontal, que permite a leitura de status e
alarmes dos circuitos.
Figura 26 - Painel de controle e distribuição elétrica com CLP
Os painéis deverão ser dotados de sistema de detecção de fuga de corrente para terra
e ser capaz de desligar os circuitos que apresentarem corrente de fuga igual ou superior a 20 a
225 mA. (Thermon, catálogo TEP0131U-1013)
A Petrobras em sua norma N-2641-A recomenda que o dispositivo de proteção deve
possuir um tempo de interrupção não superior a 150 ms a 5 vezes a corrente residual de
operação. Valores de 30 mA e 30 ms são recomendáveis, a menos que existam evidências de
que isto resulte em
Elevados eventos de “trips” indesejáveis (Petrobras, Norma N-2641-A de out 2004).

48
5.2. ÁREAS CLASSIFICADAS
A utilização de equipamentos elétricos em áreas com atmosferas explosivas é uma
fonte de ignição dessas atmosferas, quer pelo centelhamento normal como na abertura e
fechamento de contatos de relés mecânicos, como devido a temperatura elevada atingida pelo
mesmo em operação normal ou em falhas.
O Brasil através da ABNT segue as normas Europeias, segundo o organismo IEC,
vamos detalhar brevemente estas classificações neste trabalho. (http://alpha-ex.com.br).
5.2.1.Classificação das Áreas
É aquela onde foram avaliados os níveis de risco, e delimitada como local com
probabilidade da existência ou com possibilidade de formação de misturas explosivas pela
presença de gases, vapores, poeiras ou fibras combustíveis misturadas com o ar.
A ABNT NBR IEC 60079-0 de 2013 define área classificada como:
Área na qual uma atmosfera explosiva está presente, ou pode estar presente, em
quantidade tal que requeira precauções especiais para a construção, instalação e
utilização de equipamentos elétricos.
5.2.2.Atmosfera Explosiva
Termo utilizado para definir uma área onde haja risco de explosão. A ABNT NBR
IEC 60079-0/2013 define como atmosferas explosivas: “Mistura com ar, sob condições
atmosféricas, de substâncias inflamáveis na forma de gás, vapor, poeira, fibras, ou
combustíveis suspensos os quais, após ignição, permitem auto sustentação da propagação”.
Para que se inicie uma explosão, três elementos são necessários conforme Figura 27.
Figura 27 - Atmosfera Explosiva
Fonte: http://alpha-ex.com.br.

49
Com o oxigênio presente no ar, basta reunir os outros dois elementos (combustível +
centelha) para que se produza uma explosão. A centelha não é elemento indispensável para se
produzir uma explosão. Um equipamento pode, por aquecimento de superfície, atingir a
temperatura de inflamação do gás ou do pó, e causar a ignição do combustível. Conhecer a
temperatura de ignição (menor temperatura em que a mistura explosiva entra em combustão)
do combustível é de extrema importância para a correta especificação dos equipamentos
destinados a atmosfera explosiva.
Da mesma forma é importante conhecer o ponto de fulgor na classificação de área.
Ponto de fulgor (flash point) é a menor temperatura na qual um líquido libera vapor em
quantidade suficiente para formar uma mistura explosiva. Todo material destinado a
instalação em atmosferas potencialmente explosivas estão sujeitos a certificação compulsória
conforme legislação. O Certificado de conformidade E é realizada e emitida pelo OCP -
Organismo de Certificação de Produto, acreditado pelo INMETRO. (http://alpha-ex.com.br)
Nos Estados Unidos é utilizada a classificação por DIVISÃO e CLASSE, na Europa
e Brasil é utilizada a classificação por ZONA.
Geralmente a classificação da área é realizada por um grupo multidisciplinar de
profissionais como:
a) Engenheiro responsável pelo projeto;
b) Engenheiro responsável pela manutenção industrial;
c) Engenheiro de processo;
d) Responsável pela operação da planta;
e) Responsável pela segurança industrial;
f) Especialistas “E”. A classificação da área se dará nas condições de:
a) Gases e Vapores Inflamáveis;
b) Poeiras Combustíveis.
Com a classificação da área baseada na frequência e duração da ocorrência de uma
atmosfera explosiva, surge a divisão de níveis de risco pelo conceito de zonas.

50
5.2.3.Conceito de Zona de Risco
5.2.3.1. Áreas com possibilidades ou presença de Gases e Vapores Infamáveis
5.2.3.1.1 Zona 0
Local onde uma atmosfera explosiva na forma de gás, vapor ou névoa está presente,
frequentemente, continuamente, ou por longos períodos.
5.2.3.1.2 Zona 1
Local onde uma atmosfera explosiva na forma de gás, vapor ou névoa poderá ocorrer
ocasionalmente em operação normal
5.2.3.1.3 Zona 2
Local onde é improvável de ocorrer (em condições normais) uma atmosfera
explosiva na forma de gás, vapor ou névoa, e se ocorrer será por um curto período de tempo.
Os equipamentos certificados para Zona 1 também é adequado para Zona 2.
Equipamento certificado para Zona 0 é adequado para Zonas 1 e 2.
5.2.3.2. Áreas com possibilidades ou presença de Poeiras Combustíveis
5.2.3.2.1 Zona 20
Local onde uma atmosfera explosiva na forma de poeira combustível em nuvem no
ar está presente frequentemente, continuamente, ou por longos períodos.
5.2.3.2.2 Zona 21
Local onde uma atmosfera explosiva na forma de poeira combustível em nuvem no
ar poderá ocorrer ocasionalmente em operação normal.

51
5.2.3.2.3 Zona 22
Local onde é improvável de ocorrer (em condições normais) uma atmosfera
explosiva na forma de poeira combustível em nuvem no ar, e se ocorrer será por um curto
período de tempo.
Equipamento certificado para Zona 21 também é adequado para Zona 22.
Equipamento certificado para Zona 20 é adequado para Zonas 21 e 22.
Na Figura 28 apresentamos uma ilustração com exemplo de classificação destas
áreas:
Figura 28 - Atmosfera Explosiva – Zonas.
5.2.4.Grupos
Os equipamentos elétricos para atmosferas explosivas são divididos em grupos:
a) Grupo I (minas de carvão): Equipamentos elétricos destinados para utilização
em minas de carvão suscetíveis ao gás metano (Grisu);
b) Grupo II (gases): Equipamentos elétricos para utilização em locais com
atmosfera explosiva de gás. O grupo II é subdividido em:
- IIA, um gás representativo é o propano,
- IIB, um gás representativo é o etileno;
- IIC, um gás representativo é o hidrogênio.

52
Os Equipamentos certificados para o Grupo IIB são adequando para o Grupo IIA.
Equipamento certificado para grupo IIC é adequado para os Grupos IIA e IIB. (http://alpha-
ex.com.br). Na Figura 29 apresentamos uma ilustração com o conjunto dos grupos.
Figura 29 - Atmosfera Explosiva – Grupos
Na Tabela 9 apresentamos exemplos de gases e vapor inflamáveis, os quais devem
ser considerados quando da elaboração de um projeto, de forma a se prever a utilização de
uma solução adequada para a área e devidamente certificada pelo Inmetro
Tabela 9 - Exemplo de gases e vapores inflamáveis
Exemplo de gases e vapores inflamáveis
Grupos Substâncias
IIA Acetona
Amônia
Benzeno
Butano
Gasolina
Hexano
Propano
Acetaldeído
Álcool
Benzol
Gás natural
Propileno
Cetona
Mentanol
IIB Etileno
Ciclopropano
Sulfeto de Hidrogênio
Éter
Óxido de Eteno
Acroleína
Óxido de Propileno
Butadieno
Etílico
IIC Acetileno
Hidrogênio
Dissulfeto de Carbono
Fonte: http://alpha-ex.com.br

53
c) Grupo III (poeiras): Equipamentos elétricos para utilização em locais com
atmosfera explosiva de poeira. O grupo III é subdividido em:
- IIIA: fibras combustíveis,
- IIIB: poeiras não condutoras;
- IIIC: poeiras condutoras.
Os equipamentos certificados para o Grupo IIIB são adequando para o Grupo IIIA.
Equipamento certificado para grupo IIIC é adequado para os Grupos IIIA e IIIB.
Na Tabela 10 apresentamos exemplos de gases e vapor inflamáveis, os quais devem
ser considerados quando da elaboração de um projeto, de forma a se prever a utilização de
uma solução adequada para a área e devidamente certificada pelo Inmetro
Tabela 10 - Exemplo de Grupo III (poeiras)
Fonte: Alpha-http://alpha-ex.com.br/áreas perigosas/informativotecnico (5).pdf
5.2.4.1 Comparação Entre As Normas NBR IEC X NEC
Na Tabela 11, correlacionamos a padrão norte-americano com o brasileiro, pois é
muito comum o projetista ter dúvidas sobre esta correlação. Muitos projetos são
desenvolvidos por empresas de Engenharia do exterior e normalmente estas empresas
mencionam o padrão comum em seus paises.
Substâncias
Rayon
Algodão
Linho
Fibras de roupas
Sisal
Juta
Fibras de madeiras
Cânhamo
Fibra de cacau
Fibras de sementes, etc.
Farinha de trigo
Ovo em pó
Amido de milho
Açúcar em pó
Pó de arroz
Cortiça em pó
Proteína de soja
Goma arábica
Celulose
Vitamina B1
Vitamina C
Aspirina
Alumínio em pó extrafino
Magnésio moído

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Tabela 11 - Comparação entre normas NBR IEC e NEC
NBR IEC NEC
ZONA 0 DIVISÃO 1
ZONA 1
ZONA 2 DIVISÃO 2
GRUPO I CLASSE D
GRUPO IIA CLASSE C
GRUPO IIB CLASSE A
GRUPO IIC CLASSE B
Fonte: Alpha-http://alpha-ex.com.br/areas_perigosas/informativotecnico(5).pdf
5.2.5.Nível de Proteção de Equipamento (EPL)
Descrição dos Tipos de Proteção.
5.2.5.1 À Prova de Explosão Ex d (“Explosion Proof” ou “Flame Proof”)
Invólucro à prova de explosão: é um sistema suficientemente resistente e vedado
para não propagar uma explosão, e cuja temperatura superficial não provoque a ignição de
uma atmosfera explosiva. Isto implica uma construção robusta, com tampas roscadas ou
parafusadas. Esses invólucros são construídos de forma que, ocorrendo a ignição de uma
mistura dentro dele, resistir mecanicamente à pressão, impedindo que a explosão se propague
para o meio externo.
A NBR 5363 especifica os interstícios máximos entre as peças dos invólucros
blindados (entre a tampa e a caixa, ou entre o eixo e o furo da tampa do invólucro de um
comutador, por exemplo). Tais interstícios auxiliam no alívio da pressão interna ao invólucro,
quando de uma explosão no interior deste. A largura e comprimento destes interstícios
(limitados aos valores normalizados) devem ser suficientes para que o gás se resfrie antes de
alcançar o ambiente externo.
Aplicação: Zonas 1 e 2.
5.2.5.2 Segurança Aumentada (Ex e) (NBR 9883/87 e IEC 79-7)
Equipamento elétrico de segurança aumentada é aquele que “sob condições normais
de operação não produz arcos, faíscas ou aquecimento suficiente para causar ignição da
atmosfera explosiva para a qual foi projetado, e no qual são tomadas as medidas adicionais

55
durante a construção, de modo a evitar com maior segurança, que tais fenômenos ocorram em
condições de operação e de sobrecarga previstas”. Equipamentos típicos com segurança
aumentada são os motores de gaiola, transformadores de potência e de medição, luminárias e
caixas de distribuição e de ligação.
5.2.5.3 Equipamento Elétrico Imerso em Óleo - Ex o (NBR 8601 e IEC 60079-6)
O equipamento elétrico é imerso em óleo de tal modo que não inflame uma
atmosfera inflamável acima do líquido ou na parte externa do invólucro. Este tipo de proteção
é aplicável somente para equipamentos fixos.
5.2.5.4 Equipamentos Pressurizados – Ex p
Neste tipo de proteção uma pressão positiva superior à pressão atmosférica, é
mantida no interior do invólucro de modo a evitar a penetração de uma atmosfera explosiva
que venha a existir ao redor do equipamento. São definidos três tipos de pressurização que
reduz a classificação no interior do invólucro pressurizado de:
a) px – Zona 1 para não classificada ou Grupo I para não classificada;
b) py – Zona 1 para Zona 2;
c) pz – Zona 2 para não classificada.
5.2.5.5 Equipamentos Imersos em Areia – Ex q
Neste tipo de proteção as partes que podem inflamar uma atmosfera explosiva são
imersas por um material de enchimento de modo a evitar a ignição de uma atmosfera
explosiva externa. Este tipo de proteção só se aplica a equipamentos com corrente nominal
menor ou igual a 16A; que consumam potência menor ou igual a 1000VA cuja tensão de
alimentação não seja superior a 1000V.

56
5.2.5.6 Equipamento Elétrico Encapsulado – Ex m
As partes que podem causar ignição são encapsuladas por uma resina de modo a não
conseguir inflamar uma atmosfera explosiva externa.
5.2.5.7 Equipamentos de Segurança Intrínseca – Ex i
São aqueles que em condições normais (isto é, abertura e fechamento do circuito) ou
anormais (curto circuito, falta à terra) não liberam energia suficiente para inflamar a
atmosfera explosiva. Os equipamentos elétricos de segurança intrínseca são classificados em
duas categorias: “ia” – estes são projetados de tal forma que não são capazes de causar uma
ignição em operação normal e mesmo com aplicação de duas falhas evidentes mais as falhas
não evidentes; e “ib” – que são aqueles incapazes de causar uma ignição em operação normal
e com a aplicação de uma falha evidente mais a aplicação das falhas não evidentes.
Aplicação: “ia” – Zona 0; e “ib” – Zonas 1 e 2.
Considera-se falha evidente como aquela que está em conformidade com os
requisitos (regras de construção da norma IEC 60079-11) de construção básicos do tipo de
proteção; e as falhas não evidentes são aquelas não em conformidade com essas regras.
5.2.5.8 Equipamento Elétrico não Acendível – Ex n
Equipamentos que, em condições normais de operação e sob determinadas condições
anormais especificadas, não causam a ignição da atmosfera explosiva de gás existente no
ambiente.
Aplicação: Zona 2
5.2.5.9 Equipamento com proteção Especial
Não há uma definição neste tipo de proteção, que foi previsto para permitir o
desenvolvimento de novos tipos de proteção pelos fabricantes.
Abaixo temos a Figura 30 relacionando os métodos de proteção e as normas
associadas a cada um dos métodos, sendo uma fonte de consulta quando o projeto mencionar
somente a norma ou então o método de proteção:

57
Figura 30 - Níveis de proteção de equipamentos
Fonte: Heat Trace, http://www.heat-trace.co.uk/admin/files/106.pdf
5.2.6.Classe de Temperatura
5.2.6.1. A ABNT NBR IEC 60079-0/2013 define:
Maior temperatura que é atingida em serviço sob as condições mais adversas (mas
dentro de uma tolerância especificada) por qualquer parte ou superfície do
equipamento elétrico.
Para atmosfera explosiva de gás, a temperatura pode ocorrer na parte interna ou na
superfície externa do invólucro, dependendo do tipo de proteção utilizado. Para poeira
combustível, a temperatura ocorre na superfície externa do invólucro. A Figura 31 relaciona
as temperaturas com as classes de serviços e faz uma comparação entre as normas ABNT
NBR IEC com a NEC

58
Figura 31 - Classes de Temperatura
Fonte: Alpha-Ex, material da Internet site http://alpha-
ex.com.br/areas_perigosas/informativotecnico(5).pdf
Quanto maior a classe de temperatura (T6) menor é a temperatura de superfície
atingida pelo equipamento. Exemplo: o equipamento classificado como T6 é adequado para
instalações com T5, T4, T3, T2 e T1.
5.2.6.2. Classificação IP (IEC 60529)
A ABNT NBR IEC 60529 define com IP:
Nível de proteção provido por um invólucro contra o acesso às partes perigosas,
contra a penetração de objetos sólidos estranhos e/ou contra a penetração de água,
verificado através de métodos de ensaios normalizados.
Na Figura 32, apresentamos a disposição do código IP e o significado de cada
algarismo/letra da classificação IP:

59
Figura 32 - Código de proteção IP – Classes de Temperatura
Fonte: Alpha - site http://alpha-ex.com.br/areas_perigosas/informativotecnico(5).pdf)
5.2.6.3. Tipos De Isolamento Térmico
Abaixo apresentamos os principais isolantes térmicos utilizados no isolamento de
tubulações e equipamentos em âmbito mundial. No Brasil, a maioria das instalações é
realizada com Silicato de Cálcio, Lá de Rocha e em menor escala a fibra de vidro.
5.2.6.3.1. Fibra de Vidro -Fiberglass
Isolamento de tubos de fibra de vidro é para uso em tubulação, quente, fria, coberta e
exposta em prédio comercial, plantas industriais e de processo ou de energia. Isolamento de
tubos de fibra de vidro é concebido para temperaturas de aplicação a partir de -18 ° C a 454 °.
Na figura 6.1 temos uma foto ilustrativa da Fibra de Vidro
Figura 6.1 - Figura 33 - Fibra de vidro
Fonte: http://www.industrialinsulation.com/pipe_insulation.htm

60
5.2.6.3.2. Silicato de cálcio
Isolamento de silicato de cálcio é um isolamento de alta temperatura, resistente para
uso em sistemas operacionais até 1200 ° F (650 ° C). O silicato de cálcio o é o produto
preferido para aplicação na tubulação e equipamentos de alta temperatura. Na figura 34 temos
uma ilustração do Silicato de cálcio.
Figura 34 - Silicato de Cálcio
5.2.6.3.3. Polyisocyanurate
Polyisocyanurate é fornecido em uma célula fechada, de alta performance para
isolamento de tubos, vasos, equipamentos e dutos. Polyisocyanurate podem ser utilizados
dentro da gama de temperatura de -183 ° C a 149 ° C. Na figura 35, temos uma ilustração do
Polyisocyanurate.
Figura 35 - Polyisocyanurate
Fonte: site http://www.industrialinsulation.com/pipe_insulation.htm

61
5.2.6.3.4. Foamglas
FOAMGLAS é ideal para tubulações, equipamentos, navios, tanques, processos
químicos, utilização acima e abaixo da terra em linhas de vapor. FOAMGLAS tem
temperaturas operacionais de -268 ° C a + 482 ° C. Na figura 36 temos uma ilustração da
Foamglas.
Figura 36 - FOAMGLASS
5.2.6.3.5. Lã de Rocha - Mineral Wool
A lã de rocha é um material não inflamável, resistente ao fogo, repelente a água
ainda e não permeável ao vapor. A Lã de rocha reduz efetivamente o ruído, proporcionando
excelentes performances térmicas. É ideal para tubulações processo com traçador de
vapor/eletrico em temperaturas de até 1.200 ° C. Na figura 37 temo suma ilustração da Lã de
Rocha.
Figura 37 - Lã de Rocha

62
5.2.6.3.6. Perlite
Isolamento Perlite é um excelente produto para aplicação em tubulações e
equipamento com alta temperatura devido à sua resistência à compressão, uma baixa
condutividade térmica e propriedades de inibição a corrosão. É o produto preferido para a
tubos de aço inoxidável, que são susceptíveis à corrosão sob tensão, em temperaturas de
operação acima de 60 ° C. Na figura 38 temos uma ilustração da Perlite.
Figura 38 - Perlite
5.2.6.3.7.Isolamentos removíveis
O isolamento em válvulas, instrumentos e outros que necessitem de uma manutenção
preventiva ou qualquer tipo de acesso constante pode ser feito através de mantas removíveis.
As quais podem ser somente isolantes ou aquecidas com a utilização de traçador elétrico. Na
figura 39 temos uma ilustração das Mantas isolantes removíveis.
Figura 39 - Mantas Isolantes removíveis
Fonte: http://www.straightlineinsulation.com/RemovableBlanket.html

63
5.2.6.3.8. Fatores de condutividade térmica dos principais isolantes térmicos:
Abaixo apresentamos uma tabela com os principais materiais isolantes e seu fator k
de condutividade térmica para que possam ser usados em dimensionamentos de sistemas. Na
Tabela 12, apresentamos os principais materiais utilizados em um isolamento térmico e seu
fator de condutividade térmica, o que permite fazer o cálculo de perda térmica do conjunto.
Tabela 12 - Condutividade térmica dos principais Isolantes
Thermal Conductivity – k –
W/(m k)
Material/Substance
Temperature
- º C
25
Calcium silicate 0.05
Fiberglass 0.04
Foam glass 0.045
Mineral wool insulation material, wool
blankets.. 0.04
Perlite, atmospheric pressure 0.031
Polyethylene low density, PEL 0.33
Polyethylene high desnity, PEH 0.42 – 0.51
Polyisoprene natural rubber 0.13
Polyisoprene hard rubber 0.16
Rock Wool insulation 0.045
5.2.6.4. INMETRO
Todo material destinado a instalação em atmosferas potencialmente explosivas estão
sujeitos a certificação compulsória conforme legislação. O Certificado de conformidade Ex é
realizada e emitido pelo OCP - Organismo de Certificação de Produto, acreditado pelo
INMETRO.
É o documento que assegura a conformidade de um produto com requisitos
específicos para atmosfera explosiva. A portaria “179 do INMETRO” define certificado de
conformidade como: “Emissão de uma afirmação, baseada numa decisão feita após a análise
crítica, de que o atendimento aos requisitos especificados foi demonstrado”.
5.2.6.5. Norma ABNT NBR IEC 60079-0/13:

64
a) Componente Ex: “parte de um equipamento elétrico ou módulo, marcado com
símbolo “U”, o qual não é projetado para ser utilizado sozinho e requer
consideração adicional quando incorporado ao equipamento elétrico ou sistema
para utilização em atmosfera explosiva”. Esta condição está identificada através do
símbolo “U” como sufixo no número do certificado.
b) Equipamento Ex: Possui um certificado preparado para o equipamento completo.
Não possui o símbolo “U” e em alguns casos, pode possuir a letra “X” como sufixo
no número do certificado. O símbolo “X” é utilizado para identificar condições
específicas de utilização.
5.3. NORMA PETROBRAS N-2641 REV. A OUT / 2004
Esta Norma fixa as condições exigíveis e as práticas recomendadas para o
fornecimento de sistemas de aquecimento por traçador elétrico resistivo utilizados nas
instalações da PETROBRAS, para aplicações industriais terrestres e marítimas, em áreas
classificadas e não classificadas.
5.4. TESTES E AUDITORIA EM SISTEMAS DE TRAÇADOR ELÉTRICO
As vantagens de se realizar auditorias é que desta forma é possível detectar a
tendência de uma falha do Sistema.
Auditorias iniciais no sistema de Traçador Elétrico de Calor irão ajudá-lo a prever
quando seu traçador poderá falhar. A única certeza é que um dia haverá uma falha, como todo
sistema. Quando seu sistema de traçador de calor está instalado é possível medir, tensão,
capacitância e resistência do sistema. Com auditorias regulares você pode fazer as leituras e
detectar quais mudanças estão ocorrendo. Usando esses dados, você pode ver se o que está
acontecendo com a sistema e estimar a vida útil restante do mesmo. Isso permite que seja
possível planejar o orçamento de manutenção para substituir o sistema de acordo com seu
cronograma.
Os Testes de Meggar - Quebra do isolamento - é um dos problemas mais comuns que
irá causar o mau funcionamento do traçador de calor. Teste Meggar é uma maneira em que as
equipes podem verificar a condição do seu sistema. O teste Meggar verifica a resistência do
núcleo do traçador de calor núcleo para a camada externa e indicará se o isolamento possui
problemas. O Teste de capacitância é outro teste, que irá indicar o comprimento do traçador.
Ele serve como uma ferramenta de resolução de problemas para comprovar se existe algum
segmento de traçador de calor com falha, permitindo que você detecte onde o cabo está

65
rompido e, em seguida substituir apenas esta parte do sistema. Ao invés de substituir toda uma
linha de traçador de calor, pode-se identificar o intervalo defeituoso e substituir apenas a
seção que não está funcionando corretamente. Com a auditoria regular, é possível identificar o
não-funcionamento ou potencial problema do traçador de calor, evitando uma queda da
planta, que impacta em altos custos, perdas de produtos e até mesmo das tubulações e
equipamentos.

66
6. DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA - ESTUDO DE CASO NORMA
PETROBRAS, TRAÇADOR CONDUÇÃO E TRAÇADOR ELÉTRICO
Neste capítulo iremos inicialmente fazer um dimensionamento usando as tecnologias
disponíveis e depois compararmos os resultados de cada projeto. Na sequência iremos
considerar os dados de um projeto real.
Vamos iniciar fazendo o projeto segundo a N-0042 da Petrobras, com sistemas de
traçador por convecção, posteriormente um sistema de traçador por condução, utilizando os
compostos de transferência térmica e por último um sistema de traçador elétrico.
Considerando uma tubulação d e 10” de diâmetro que possui um fluido que deve ser
mantido a uma temperatura de 120°C. Sendo que a temperatura máxima externa é de 40°C, a
temperatura do vapor é de 202°C, isolamento térmico de Hidrosssilicato de cálcio de 1 ½ de
espessura.
Abaixo seguem os parâmetros de projeto:
a) Diâmetro do tubo: 10”;
b) Temperatura do tubo: 120°C;
c) Temperatura do vapor: Tv=202°C;
d) Temperatura ambiente máxima Tm=40°C;
e) Temperatura ambiente mínima Tm=10°C;
f) Espessura do isolamento (Hidrossilicato de Ca) = 1 ½”;
g) Comprimento da tubulação de processo: 100 metros.
Na Figura 13 Utilizmos o ábaco da N-0042, abaixo, para consultarmos o traçador de
vapor recomendado:

67
Figura 40 - Ábaco Petrobras – N-0042
Fonte: Petrobrás, 2013
Para obtermos o resultado no ábaco devemos seguir os passos abaixo:
a) Trace uma reta passando pelo ponto "A" e pelo diâmetro do tubo, até o ponto "M",
na reta da espessura do isolamento.
b) Trace uma reta do ponto "M” até a origem.
c) Calcule a diferença Ta - Tm = 120-40 = 80 ºC, e Tv - Tm = 202 - 40 = 162 ºC.
d) Marque o ponto da diferença Ta - Tm no eixo T (ponto P).
e) Trace uma perpendicular pelo ponto "P" até a reta de "M" à origem, determine o
ponto "Q".
f) Trace uma reta do ponto "Q" ao ponto "N", correspondente à diferença Tv - Tm.
g) Trace pelo ponto "B" uma paralela à reta "NQ", determinado o número necessário
de tubos de aquecimento, no caso, servem 2 tubos de 1/2".
h) A perda de calor por hora e por metro de tubo, deve ser a ordenada do ponto "Q".

68
O resultado encontrado na norma recomenda a utilização de:
a) 2 traçadors de ½” ou;
b) 2 traçadors de 3/8” ou;
c) 1 traçador de 1”.
Da mesma forma, recorremos ao software de dimensionamento de sistemas de
traçador de vapor por condução da empresa Thermon, o Computrace St Versão 3.0. A
Thermon é fabricante do Composto de transferência térmica: (Thermon, donwload no site
http://thermon.com/us/default.aspx?c=United%20States)
Na Figura 40, tela do software Thermon, entramos com os dados de design de
circuito, como temperatura máxima e mínima ambiente, temperatura de manutenção e
temperatura do vapor. Na coluna do meio, entramos com os dados de isolamento, como
espessura, material, tipo do traçador de calor, no caso, optamos pela utilização do composto
de transferência térmica (Channeltrace), o diâmetro do tubo do traçador de calor e a espessura
de sua parede. Na coluna da esquerda, escolhemos o propósito do projeto, ou seja,
manutenção de temperatura, a pressão do vapor, o comprimento da tubulação de processo,
diâmetro desta tubulação e a quantidade de passes de traçador de vapor desejado, a qual
sempre iniciamos com 1 que é a condição ideal, caso não seja possível, o sistema avisará que
não é possível fazer o design, então subimos para 2 e assim em diante até conseguir fazer o
design. Após entrar com os dados, clicamos na caixa d ”design” e o sistema irá retornar com
as informações de projeto na parte inferior, que neste caso nos trouxe uma temperatura
máxima de manutenção de 142°C, mínima d e130°C, uma perda de calor de 175.1 w/m,
tamanho nominal do isolamento (lembrar que temos que considerar o diâmetro da tubulação
mais o espaço demandado pelo tubo de traçador a vapor. Na coluna esquerda inferior, temos a
informação o comprimento do traçador de vapor de 105 metros, estes 5 metros adicionais
serão para flanges e terminações.

69
Figura 41 - Tela do software Computrace – design traçador vapor
Fonte: Thermon, donwload no site http://thermon.com/us/default.aspx?c=United%20States.
O resultado foi um passe de tubo de 12 mm para o mesmo projeto. Este resultado
representa uma economia de um traçador de vapor, mais todos os acessórios como uniões e
estações de purga.
Neste trabalho não iremos aprofundar o estudo e dimensionamento de estações de
purga.
Vamos agora ao dimensionamento de um sistema de traçador elétrico usando o
aplicativo Computrace 6.0.16.2 da fabricante dos cabos de aquecimento, a empresa norte
americana Thermon:
Na Figura 41, temos a tela do software de projeto do traçador elétrico, o primeiro
passo é definir as unidades métricas, que acontece quando abrimos o software, as
classificações de área segundo a IEC e depois entramos com os parâmetros de projeto. Ao
selecionar a caixa de “new system default circuit” o software permite entrar com o tipo de
processo: manutenção de temperatura, os dados elétricos como tensão, disjuntos e depois a
classificação da área, controle de temperatura e no lado esquerdo o input data com os dados
da tubulação e isolamento. Após estas inserções clicamos no ícone de engrenagem para
cálculo do sistema. O software nos retorna na tela com os dados da tubulação, como perda de
calor, comprimento total de cabos considerado, que foi de 600 metros, logo foram
considerados seis passes de cabo na tubulação. Da mesma forma é informada potência de cada
passe, o número de circuitos (1) e temperaturas máxima na capa que não pode ultrapassar a

70
temperatura da área que é 300°C e a temperatura máxima do cabo se o controlador não
funcionar. Este procedimento pode ser repetido para inserir diversos segmentos da tubulação,
segundo o P & ID e isométricos. O design busca sempre o projeto com a menor quantidade de
cabos e menor número de circuitos que atenda as premissas de projeto.
Fonte: Thermon, donwload no site http://thermon.com/us/default.aspx?c=United%20States
O mesmo software, na seção de relatórios informa a quantidade de material
necessário para implantar o projeto, ficando a critério do projetista determinar manualmente o
tipo de controle e seus componentes, como termostato, termopar, controlador e painel. Na
Figura 42 apresentamos a relação de material necessária para implantação do sistema de
traçador de calor, este relatório é gerado pelo software da Thermon:
Current Date 10/5/2015 4:04:56 PM
Customer N/A
Purchase Order Number N/A
Item Number Part
Number
Catalog
Number
Description Quantity Units
1 25972 VSX 20-2 OJ Self-Regulating Heater with braid and overjacket 606.0 m
2 40000 FT-1H Fixing Tape, Polyester 108' roll 1/2" wide 61.0 EA.
3 27200 CL Caution Label (English), 25 per pkg. 34.0 EA
4 431.121.255 ZP-XP Terminator Power Connection Kit - Pipe Mount 6.0 EA
5 422.301.211 PETK-1 Circuit Fabrication Kit 6.0 EA
Bill Of Materials
CompuTrace Version 6.0.16.2
Fonte: Thermon, donwload no site http://thermon.com/us/default.aspx?c=United%20States

71
Na Figura 43 a seguir, apresentamos mais um relatório do software, com todos os
dados de entrada e saída, com os resultados do projeto como temperatura, tipo de cabo e
potência, dados elétricos, que permitem a Engenharia de implantação executar o projeto
elétrico e do traçador.
Project Name UFF TCC 2 Customer N/A
Project Number TCC 2 For Location N/A
Designer N/A Job Number N/A
Project Manager Paulo Costa Purchase Order Number N/A
For Customer N/A By Customer N/A
Location N/A By Location N/A
Caution Label Interval 3 Default Termination Allowance 0.5
Max Spiral Ratio 1.9 Electric Codes And Standards IECEx: Ordinary/Zones
Remarks / Warnings
Circuit Name Circuit 1 Analysis Type Temperature Maintenance
Voltage 220 Vac Maintenance Temp. 120 °C
Heater Voltage 220 Vac Area Classification G-Gas
Circuit Breaker Size 42 A Division/Zone Zone 2
Circuit Breaker Type C T-Class T2 300°C
Circuit Operating Load 17270 W Autoignition Temp. N/A °C
Circuit Operating Current 78.5 A Temperature Control Type Pipe Sensing
Circuit Maximum Current 182.6 A Temp. Sensing Segment Segment 1
All Heater Sets on a Single Breaker Ambient Sensing Setpoint N/A °C
Individual Breaker Per Heater Set X Control Limited Setpoint N/A °C
IDF Drawings N/A Reference Drawings N/A
P & ID Drawings N/A Other Drawings N/A
Remarks / Warnings
Segment Name Segment 1 Line Number N/A
Customer Drawing #. N/A Drawing #. N/A
Pipe Size 250.000 mm Module N/A
Pipe Length 100.00 m Work Package N/A
Min Ambient Temperature 10 °C Area N/A
Max Ambient Temperature 40 °C Insulation configuration Single layer
Start Up Ambient Temperature 10 °C Insulation Size 273.00 mm
Wind 40 km/h Insulation Type CS
Safety Factor 20 % Insulation Thickness 60.00 mm
Insulation K Value 0.7433 W/m-°C
Insulation Mean Temp. 66 °C
Weather Barrier Aluminum
Jacket Emissivity 0.12
Type Allocation Method Pipe Size(mm) Spacing(m) Quantity
Total Termination Allowance 6.0 m Miscellaneous Allowance 0.0 m
Additional Power 0.0 W
Catalog Number VSX 20-2 Heater Sheath Temperature 147 °C
Heat Loss 127.0 W/m Heater Sheath Temperature High N/A °C
Power Output 25.5 W/m Max Cable Temp. 181.1 °C
Trace Ratio Per Set 1 Minimum Controlled Temperature 120.0 °C
Number Of Sets 6 Maximum Controlled Temperature N/A °C
Uncontrolled Pipe Temperature 168.3 °C
For Piping Number of Sets Trace Ratio Per Set Pipe Length(m) Total Allocation(m)
250.0(mm) Pipe 6 1.00 100.00 600.00
For Heatsinks Quantity Unit Heat Loss(W) Unit Allocation(m) Total Allocation(m)
Total Heater Length 606.0
Segment - Design Data
Heat Loss and Heater Length
Segment Data
Success
Segment - Pipe / Insulation / Environment Data
Segment - Additional Allowances
Circuit Segment Report
CompuTrace Version 6.0.16.2
Project Information
Design Defaults
Circuit Data
Success
Fonte: Thermon, download no site http://thermon.com/us/default.aspx?c=United%20States

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