Diez Consejos para Maximizar el Desempeño de las Resistencias

Rodríguez y Urbina Ltda. comparte a través de estos diez consejos el conocimiento que ha construido Watlow en casi 100 años de experiencia en la fabricación y uso de resistencias eléctricas.

De hecho, la mayoría de ingenieros de operaciones no piensan mucho en las resistencias y calefactores que tienen funcionando en sus procesos y aplicaciones, a menos que esas resistencias fallen, requieran altos niveles de mantenimiento o causen otros problemas. Desafortunadamente las resistencias juegan un papel fundamental en muchas aplicaciones, por lo que pequeños problemas pueden terminar convirtiéndose en grandes dolores de cabeza.

Siguiendo unos simples consejos no solo se reducirá la probabilidad de que surjan problemas con las resistencias, sino que de hecho pueden también tener un impacto positivo significativo en la eficiencia de los sistemas y a la vez reducir los requerimientos y costos de mantenimiento.

Los siguientes son 10 maneras de maximizar la vida útil y el desempeño de resistencias y calefactores.

1. Proteja la resistencia contra contaminación

La contaminación es la causa más frecuente de fallo de las resistencias. A medida que las resistencias se expanden y contraen durante su ciclo de operación, usualmente se les adhieren materiales orgánicos o conductores. Esto puede llevar a fallas por arco eléctrico entre diferentes secciones del bobinado o entre el bobinado y la funda exterior aterrizada.

Cuando se permite que la contaminación se acumule en el extremo de los terminales, esos contaminantes pueden producir cortos entre los mismos terminales o los pines.

Por lo tanto es importante impedir que los lubricantes, aceites, cintas de baja temperatura o materiales de proceso entren en contacto con los terminales de la resistencia. Si fuera el caso, se podrían usar sellos.

2 Proteja las terminales de las altas temperaturas y de los movimiento excesivos

En ambientes con temperaturas de hasta aproximadamente 260ºC, se pueden usar terminales en cable estándar aislado en fibra de vidrio. Si la temperatura a la que se expondrán los terminales supera ese valor, se debería usar cable de alta temperatura o aislado con cerámica. De todas formas, dejar una ‘zona fría’ (sin calentamiento) hacia el área por donde salen los terminales, permite que éstos operen en condiciones más adecuadas de temperatura.

Cuando las resistencias son montadas en maquinaria en movimiento, es fundamental sujetar los terminales para evitar que se dañen. Para esto se puede solicitar adicionalmente la opción de una protección de terminales.

3. Seleccione y dimensione adecuadamente la resistencia

La potencia (Watts) de una resistencia debería ajustarse tanto como sea posible a los requerimientos reales de carga de la aplicación con el fin de limitar los ciclos de Encendido/Apagado.

Para procesos que requieran un ajuste de la resistencia a alguno de los elementos de la aplicación, es importante garantizar un ajuste óptimo. Esto permitiría minimizar los espacios de aire y reducir los sobrecalentamientos localizados.

4. Aterrice los equipos

Es una práctica de seguridad y de sentido común aterrizar eléctricamente todos los equipos en los que las resistencias van a ser usadas. Esto ayuda a proteger la planta y el personal en el evento de una falla eléctrica en el sistema de calefacción.

5. Regule el voltaje para asegurar que el voltaje nominal de la resistencia se ajusta al suministrado

Es fundamental garantizar que el voltaje nominal de la resistencia coincida con el voltaje de suministro disponible, ya que la potencia crece (o decrece) con el cuadrado del cambio en voltaje aplicado a la resistencia.

Por ejemplo, si una resistencia está calificada nominalmente como 1.000W/120V y se conecta a un suministro de 240V, va a generar cuatro veces la potencia nominal, es decir, 4.000W. Esto causará que la resistencia falle relativamente rápido y puede producir daños significativos en el equipo.

6. Evite ciclos de temperatura excesivos

Los ciclos de temperatura excesivos afectan negativamente la vida útil de una resistencia. El escenario más negativo es el de ciclos que permiten la expansión y contracción total del hilo conductor a ritmos elevados (ciclo encendido/apagado de 30 o 60 segundos). Esto causa esfuerzos severos y oxidación sobre el hilo conductor al interior de la resistencia.

Un mal ciclo de temperatura se encuentra típicamente cuando se usan termostatos. Los termostatos responden lentamente a los cambios de temperatura y tienen amplios diferenciales en los cambios Encendido/Apagado. Sobre este escenario se puede realizar una mejora utilizando controladores PID o Encendido/Apagado (ON/OFF) con relés mecánicos. En este caso es importante no tener muy alta la frecuencia de cambio de estado o el tiempo de ciclo (entre 3 a 10 segundos) porque de otro modo los contactos del relé pueden desgastarse rápidamente.

La manera más efectiva de minimizar los ciclos de temperatura de la resistencia es a través del uso de relés de estado sólido (SSR) y rectificadores controlados de silicio (SCR) en conjunto con controladores de temperatura PID. Esta combinación provee el mejor desempeño tanto para el sistema térmico, como para la resistencia misma. Los dispositivos interruptores de estado sólido permiten ciclos muy cortos de suministro de energía a la resistencia (desde un segundo con los SSR, hasta milisegundos con los SCR con ángulo de fase). Estos ciclos sustancialmente cortos reducen dramáticamente las desviaciones de temperatura del hilo conductor de la resistencia y extienden notoriamente la vida útil de la misma.

7. Asegúrese que el material exterior y la densidad de potencia nominal son compatibles con el material que está siendo calentado

Esto es absolutamente crítico para garantizar larga vida útil a la resistencia y un equipo de proceso saludable.

 

Cuando se calientan sólidos, tales como metales, la definición del material externo y la densidad de potencia se basa en la temperatura de operación y en el ajuste físico de la resistencia al elemento de la aplicación. Para temperaturas bajas (unos cientos de grados) funciona bien usar aceros al carbón, aluminio y gomas siliconadas. Sin embargo, a medida que las temperaturas sobrepasan ese punto, las opciones de material externo se limitan a aceros galvanizados o inoxidables y algunas otras aleaciones metálicas de alta temperatura. De la misma manera, a medida que la temperatura se incrementa, la densidad de potencia debe decrecer para prevenir que los hilos conductores interiores se oxiden rápidamente y fallen prematuramente. Por otro lado, un buen ajuste entre la resistencia y el elemento de la aplicación garantiza una transferencia de calor adecuada y no fuerza al hilo conductor a sobrecalentarse.

 

Cuando se calientan gases tanto el material externo, como la densidad de potencia son definidas de acuerdo a la temperatura de operación y las tasas de flujo. Por ejemplo, se pueden tener más altas densidades de potencia cuando se calienta hidrógeno en comparación con nitrógeno, pero por otro lado el hidrógeno requiere Alloy800 como material externo, mientras que la mayoría de las aplicaciones con nitrógeno podrían calentarse usando como material externo Acero Inoxidable 304. Al incrementar el flujo y la turbulencia a lo largo de los elementos del calefactor, mejora la transferencia de calor, lo que aumenta los valores de la densidad de potencia.

 

Cuando se calientan líquidos, el criterio principal para material externo y densidad de potencia es el material del fluido y la tasa de flujo. El agua puede fácilmente manejar de 42,52 a 70,87 W/cm2 usando cobre como material externo, mientras que una mezcla 50/50 de agua y glicol puede manejar solo 21,26 W/cm2 y debe usar acero como material externo.

8. Monte las resistencias de inmersión horizontalmente cerca del fondo del tanque

Las resistencias de inmersión deberían ser ubicadas horizontalmente y cerca del fondo de los tanques para maximizar la circulación por convección. El montaje vertical es recomendable solo cuando hay limitaciones, como la restricción de espacio, que hacen imposible la ubicación horizontal. Independientemente de si se hace el montaje vertical u horizontal, es fundamental localizarlo suficientemente elevado con respecto al fondo para evitar cualquier lodo o acumulación de residuos que se haya formado en esa parte del tanque. De la misma manera, para cualquiera de las formas de montaje es necesario que la totalidad de la longitud ‘caliente’ de la resistencia permanezca inmersa de manera permanente (de hecho esta es una de las razones por las que el montaje vertical es muy poco recomendado). También es importante evitar ubicar las resistencias en espacios restringidos que limiten el flujo por convección, o en sitios donde trampas de calor o vapor puedan ocurrir.

9. Evite acumulaciones y lodos en los elementos de la resistencia

Debe minimizarse la acumulación de lodos, costras y partículas en la parte exterior de las resistencias. Cualquier acumulación debe removerse periódicamente, o por lo menos minimizarse para evitar obstáculos que impidan la transferencia adecuada del calor. El mantenimiento y la limpieza periódica pervienen que los elementos de las resistencias tengan que operar a más altas temperaturas, lo que puede llevar a una falla temprana de la resistencia. También es muy importante tener en cuenta que específicamente en resistencias de inmersión se debe evitar que llegue lubricante de silicona a la zona caliente de la resistencia, ya que la silicona actuaría como un aislante evitando el contacto directo de la resistencia con el líquido alrededor y podría producir el fallo de la misma.

10. Asegure un control de temperatura adecuado y ajustado, más una protección de seguridad por límite

Para un desempeño robusto y una larga vida de la resistencia, es importante acompañarla de un sistema de control de temperatura apropiado. Cada aplicación de proceso debería -por lo menos- incluir un sensor de temperatura (para tomar la temperatura del elemento que está siendo calentado) y un sensor límite (que tome la temperatura de la pare exterior de la resistencia). El sensor de proceso debería estar directamente embebido en el material que se está calentando o en un termopozo dentro del fluido.

Por seguridad, se deberían usar dos sistemas de control separados: uno para el control de la temperatura de proceso, y otro para el control límite por alto.

Los controles de proceso y temperatura tipo PID ofrecen un control más estable y una respuesta más rápida que los termostatos o interruptores Encendido/Apagado. Sin embargo los controles PID son generalmente un poco más costosos que los del tipo Encendido/Apagado y se podría prescindir de ellos en procesos que no requieren un control de temperatura altamente preciso.

1 Comentario

  1. Aparra 27 octubre, 2016 Responder

    Gracias por esta información. Sencilla y útil.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

*