Hilos radiantes

Caracterizado específicamente por su conductor de calentamiento, el cable calefactor se utiliza en la industria de la refrigeración como una alternativa de control que mantiene la temperatura.

Por: Leonardo Salazar.

De utilidad en diversos sectores, los cables calefactores están habilitados para impedir la formación de hielo, la condensación, la acumulación de nieve; mantener la temperatura en tuberías (treceado eléctrico), o para el mantenimiento de temperatura en general. En la industria de la refrigeración, su aplicación es posible en:

Vitrinas, armarios, botelleros refrigerados (para evitar la condensación en cristales)

Tuberías de desagüe de los evaporadores de cámaras de congelación (para lograr el correcto flujo del agua proveniente de los deshielos)

Puertas de cámaras de congelación (por seguridad de los usuarios, se deben impedir bloqueos de las puertas). Otro beneficio es el ahorro de energía, ya que, en algunas puertas de cámaras tipo reach-in, la generación de hielo evita que las puertas sellen correctamente

En soportes y ventiladores (para evitar la generación de hielo)

Suelos y subsuelos de cámaras de baja temperatura (para prevenir, en el caso del suelo, la generación de pisos y rampas resbaladizas; en el caso del subsuelo, que se levante y rompa el piso)

Imagen 1.Aplicaciones más comunes del cable calefactor en el sector de la refrigeración

Algunos tipos de cable disponibles en el mercado

• Cordón flexible calefactor (aislamiento de PVC, silicona, fluoropolímero y fibra de vidrio)
• Cable calefactor autoregulante (aislamiento exterior de fluoropolímero y termoplástico anticorrosión)
• Cable calefactor de potencia constante (aislamiento de PVC, silicona, fluoropolímero y polietileno reticulado)
• Cables y cordones en serie (aislamiento de PVC y polietileno reticulado)
• Abrazaderas calefactoras

Constitución de un cable calefactor paralelo de potencia constante

Este tipo de cables se caracterizan porque el conductor de calentamiento está enrollado en espiral alrededor de los dos conductores aislados del cable, con los que hace contacto alternativamente en puntos determinados. El cable va formando internamente un sistema de resistencias en paralelo alimentadas por los dos conductores  (Ver imagen 2).

Al aplicar tensión entre los dos conductores del cable, el conductor de calentamiento recibe la misma tensión entre los puntos de contacto A-B, B-C, C-D, etcétera, ocasionando que la potencia de entrega por metro lineal de cable sea constante e independiente de la longitud de éste. Podemos decir que a más longitud de cable más potencia total, pero la potencia por metro lineal continúa siendo la misma.

Este tipo de cable, por su estructura, puede ser cortado y terminado a medida en obra, a cualquier longitud múltiple de la distancia entre contactos, y conectarse a la tensión de alimentación –normalmente 230 V (Ver nota).

Nota: Es importante recordar que en este modelo de cable se deben evitar cortes sobre los puntos de contacto del conductor de calentamiento, ya que abriríamos eléctricamente el circuito de la resistencia. Por ejemplo, si por error cortáramos en el punto B (véase imagen 2), se desperdiciarían los tramos AB y BC. Lo correcto es cortar entre muescas o puntos de contacto.

Imagen 2. Conformación de un cable calefactor paralelo de potencia constante

Aplicación del cable calefactor en el subsuelo de una cámara frigorífica de baja temperatura

Los subsuelos de las cámaras frigoríficas de baja temperatura habitualmente se acondicionan con una capa de aislamiento térmico para reducir el flujo de calor que, por conducción, atraviesa el suelo. A pesar del aislamiento, debe compensarse la cantidad de calor que lo atraviesa para evitar la formación de hielo en el subsuelo, ya que, si esto llega a pasar, se expandiría hacia arriba con fuerza suficiente para levantar y agrietar el suelo de la cámara frigorífica. Este efecto es conocido como frost heave.  Un sistema de protección contra el frost heave, recomendado por el Instituto Internacional del Frío, es precisamente la utilización de cables calefactores por debajo del aislamiento térmico, extendidos en forma de parrilla.

El cable calefactor paralelo de potencia constante en el sistema brinda protección y proporciona ventajas como:

• Facilidad de instalación; el cable proporciona la misma cantidad de watts por metro, independientemente de su longitud, lo que permite cortarlo a medida en obra al momento de su instalación
• Seguridad a bajo costo de instalación y mantenimiento

Cantidad de cable por utilizar

La potencia necesaria para evitar la congelación del subsuelo de las cámaras frigoríficas no sobrepasa, habitualmente, los 20 W/m².

Por las inercias térmicas, no es aconsejable que la distancia entre cables calefactores sea superior a 500 mm; se recomienda, por facilidad de instalación, la utilización de un cable de 10 W/m, lo que da como resultado el uso de 2 metros de cable por cada m² de superficie de suelo.

De tal forma que, si tenemos, por ejemplo, una cámara de 100 m², necesitaríamos al menos 200 m de cable de 10 W/m.

Pérdidas

A pesar de los metros indicados como habituales, debemos comprobar que las pérdidas a través del aislamiento térmico del suelo no sean superiores a los 20 W/m² indicados.

Para ello, podemos utilizar la siguiente fórmula:

(Formula)

Donde:

K = Conductividad térmica del aislamiento en W/m°C, a 0 °C

∆t = Diferencia de temperaturas entre la mínima de la cámara y el subsuelo a 0 °C

e = Espesor del aislamiento térmico del suelo de la cámara frigorífica en metros

Supongamos una cámara frigorífica con las siguientes características:

K = Conductividad térmica del aislamiento a 0 °C de 0.043 W/m°C

∆t = Temperatura mínima de la cámara de -40 °C

e = Espesor del aislamiento térmico del suelo de 150 mm

Añadimos un coeficiente de seguridad de 45% para compensar defectos en el aislamiento térmico, variaciones en la tensión de alimentación eléctrica, tolerancias de la potencia de entrega en la fabricación del cable, etcétera.

De modo que el resultado es inferior a 20 W/m². Si fuera superior, deberíamos reducir la distancia entre los cables calefactores, aumentando los metros de cable por metro de superficie de suelo de la cámara, para conseguir los W/m² necesarios.

Instalación

Los cables calefactores se instalan en tramos rectos para formar una parrilla con una distancia máxima entre cables de 500 mm. Como medida de seguridad, los cables se instalan dentro de un tubo conduit de plástico para dar protección y facilitar la recuperación en caso de necesitar reparación. Por facilidad de instalación, se recomienda dejar acceso al cable por dos lados opuestos de la cámara (Ver  imagen 3).

Imagen 3. Ubicación del cable calefactor en la preparación del subsuelo

Si no se dispone de acceso por dos lados opuestos, se pueden adoptar diversas soluciones, de las que se exponen algunas como ejemplo:

a)     Instalar cajas de registro en el suelo para unir los tramos rectos de los tubos que permitan una fácil instalación y mantenimiento (ver imagen 4)

Imagen 4. Caja de registro para suelo

b)    Instalar cajas de empalme situadas en la parte inferior de las paredes laterales. Deben colocarse en la parte exterior de la cámara, ya que no se deben exponer a temperaturas inferiores a -15 °C (ver imagen 5)

Imagen 5. Cajas de empalme

c)     Instalar cajas de empalme enterradas debajo del aislamiento térmico y a la misma altura que los tubos, situadas a 500 mm de las paredes laterales (ver imagen 6)

Imagen 6. Cajas de empalme enterradas

d)     Instalar doble circuito de cable calefactor (uno de servicio y uno de reserva) enterrando directamente los cables sin tubo de protección. En este caso, se recomienda que el tipo de cable a utilizar sea con trenza metálica de protección, más cubierta exterior de fluoropolímero (ver imagen 7)

Imagen 7. Doble circuito de cable calefactor

Eficiencia energética. Control de conexionado de los cables calefactores

Es importante considerar el uso de termostatos electrónicos para controlar el conexionado de los cables calefactores, de tal forma que se conecten sólo si son necesarios.

Se aconseja la instalación de dos termostatos electrónicos:

1. Termostato de arranque con temperatura de ajuste (set-point) entre 5 y 10 °C, con el sensor de la sonda situado en el punto más desfavorable y equidistante entre dos cables calefactores, lo que permitirá controlar el encendido de los cables
2. Termostato de paro con temperatura de ajuste (set-point) que proteja la instalación y evite el sobrecalentamiento del cable (el valor del set-point lo especifica el fabricante). El bulbo sensor de la sonda se coloca al tocar el cable calefactor y en el interior del tubo de protección, como se aprecia en la imagen 8.

Imagen 8. Esquema de conexión eléctrica

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