ES2278695T3 - Cable calefactor. - Google Patents

Abstract

Un cable calefactor aislado con sustancia mineral que comprende dos conductores eléctricos que se extienden a lo largo de la longitud del cable y una serie de elementos calefactores distribuidos a lo largo del cable y conectados en paralelo entre los conductores, en el que, cada conductor va encajado en una funda interior de material aislante a través de la cual se llevan a cabo las conexiones de cada elemento calefactor, las fundas interiores y los elementos calefactores van encajados en una funda exterior de material aislante, y la funda exterior va cubierta por una envoltura metálica extruida alrededor de la funda exterior.

Description

Cable calefactor.

La presente invención se refiere a un cable calefactor para uso en aplicaciones calefactoras de trazado eléctrico.

Los cables calefactores de trazado caen dentro de las categorías generales, es decir, de los tipos de resistencias en paralelo cortadas a medida y de los tipos de resistencias fijas en serie.

En cables del tipo de resistencias en paralelo, generalmente dos conductores aislados (conocidos como cables del bus) se extienden longitudinalmente a lo largo del cable. Un hilo térmico por resistencia eléctrica va arrollado en espiral alrededor de los conductores, siendo llevadas a cabo conexiones eléctricas alternativamente a intervalos a lo largo de los conductores que se extienden longitudinalmente. Esto crea una serie de zonas calefactoras cortas separadas a lo largo de la longitud del cable. El hilo térmico debe ser selectivamente aislado de los conductores y también encajado dentro de una funda aislante. Los cables calefactores de trazado en paralelos disponibles o bien emplean fundas exteriores aislantes poliméricas las cuales limitan el uso de tales cables a temperaturas máximas de por ejemplo 250ºC, o emplean aislamiento de fibra de vidrio para las funda exteriores las cuales pueda operar a temperaturas más alta, por ejemplo por encima de 400ºC, pero las cuales no son impermeables al agua.

Los calefactores de resistencias en serie deben ser diseñados específicamente de manera que la potencia producida cumpla las exigencias para una longitud de cable particular. Esto no resulta práctico y representa una limitación importante. Generalmente los calefactores en serie incluyen hilos de resistencias que se extienden longitudinalmente embebidos en un aislamiento de sustancia mineral la cual puede resistir temperaturas elevadas. Una construcción típica comprende dos conductores calefactores de cromoníquel, aislamiento de óxido de magnesio en polvo, y una funda exterior de acero inoxidable. Todo el diseño puede reducirse desde un diámetro exterior típico de 80mm hasta un diámetro exterior de 4mm en cuyo momento el calefactor es flexible para permitir que el mismo pueda ser instalado de manera relativamente fácil y tenga una resistencia eléctrica que produzca una potencia deseada por unidad de longitud. Desafortunadamente la gama disponible de resistencias es limitada y, particularmente, no se dispone de longitudes cortas (normalmente menores de 10 metros) con potencias de salida bajas apropiadas.

En resumen, Los calefactores en paralelo resultan prácticos de usar pero no se hallan disponibles en formas que combinen una construcción tanto resistente a temperatura elevada como impermeable al agua, mientras que se hallan disponibles calefactores en serie que pueden resistir temperaturas elevadas y son impermeables al agua pero no pueden ser cortados a medida y por lo tanto tienen que ser diseñados especialmente para adaptarse a aplicaciones particulares y son difíciles de diseñar para uso en longitudes cortas.

La US 2,905,919 describe un cable eléctrico que comprende al menos dos conductores separados el uno del otro mediante material inorgánico semiconductor, siendo encerrados en su totalidad dentro de una capa circundante de material aislante de mineral pulverulento y una funda metálica exterior. La US 4.631.392 describe un conjunto que comprende un tubo metálico corrugado flexible y un elemento calefactor resistivo alargado que se halla dentro del tubo y el cual puede conectarse a una alimentación de energía para proporcionar un calefactor eléctrico alargado. La GB 272 166A describe un cable eléctrico calefactor que tiene un conductor hecho de un material con una resistencia óhmica elevada, una cubierta aislante de material termorresistente, y una funda exterior de material magnético que tiene una histéresis alta y pérdida por corrientes parásitas para aumentar la cantidad de calor generada en el cable. La US 4.816.649 describe un elemento eléctrico calefactor flexible hecho de conductores eléctricos alimentadores aislados y uno o más conductores calefactores arrollados en espiral alrededor de los conductores de alimentadores aislados. Al menos dos de los conductores de alimentadores incluyen puntos desnudos separados con el aislamiento eliminado, para permitir el contacto eléctrico entre los conductores de alimentadores y un conductor calefactor.

Un objeto de la presente invención es el de soslayar o mitigar los problemas explicados más arriba.

Según la presente invención, se ha provisto un cable calefactor aislado con sustancia mineral que comprende dos conductores eléctricos que se extienden a lo largo de la longitud del cable y una serie de elementos calefactores distribuidos a lo largo de las longitudes del cable y conectados en paralelo entre los conductores, en donde cada conductor va encajado en una funda interior de material aislante a través de la cual se llevan a cabo conexiones a cada elemento calefactor, las fundas interiores y los elementos calefactores van encajados en una funda exterior de material aislante, y la funda exterior va cubierta por una envoltura metálica extruida alrededor de la funda exterior.

El término "aislado con sustancia mineral" se utiliza aquí para indicar un cable calefactor en el cual todos los componentes pueden resistir la exposición prolongada a temperaturas elevadas, por ejemplo 250ºC y superior. En tales cables, el aislamiento podría formarse por ejemplo a partir de cinta fabricada de fibra de vidrio y/o mica.

La invención está basada en el descubrimiento de que con un control cuidadoso del proceso es posible extruir una envoltura de, por ejemplo, aluminio sobre un cable calefactor de trazado preformado del tipo de resistencias en paralelo, haciendo la funda de aluminio impermeable al agua a la totalidad del conjunto y por lo tanto permitiendo el uso de componentes dentro del cable, cuyos componentes propiamente dichos no tengan que ser impermeables al agua. Da como resultado una estructura impermeable al agua la cual puede resistir temperaturas elevadas.

Los conductores y las fundas interiores pueden ir encajados en una funda intermedia de material aislante a través de la cual se llevan a cabo las conexiones entre cada conductor y cada elemento calefactor. La funda intermedia puede formarse de cinta de fibra de vidrio la cual puede ser revestida con un estabilizador.

Los conductores pueden ser de cobre niquelado, los elementos calefactores pueden formarse de un hilo térmico resistente de cromoníquel en espiral alrededor de los conductores, y el hilo térmico por resistencia puede estar en contacto con los conductores a través de aberturas en la funda interior de tal manera que el hilo toque los conductores, efectuándose una conexión eléctrica positiva entre los conductores y el hilo mediante metalizado con pistola. El metal puede ser pulverizado con pistola sobre los conductores tanto antes como después de posicionar el hilo térmico.

Cada funda interior puede formarse de cinta de mica y la funda exterior puede comprender también cinta de mica. La funda exterior puede comprender también cinta de fibra de vidrio la cual puede ir revestida con un estabilizador. El estabilizador puede ser por ejemplo barniz a base de resina silicónica para proporcionar una impermeabilización inicial, o un adhesivo de fibras cerámicas que incorpore un rigidizador o un endurecedor.

La envoltura metálica puede ser de sección ovalada para mejorar la flexibilidad de la totalidad del producto.

A continuación se describirá una realización de la presente invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una ilustración esquemática de la estructura eléctrica de un cable calefactor de trazado de resistencias en paralelo según la presente invención;

La Figura 2 ilustra un cable calefactor de trazado de resistencias en paralelo conocido que incorpora componentes poliméricos;

La Figura 3 es una representación esquemática de un cable calefactor de trazado de resistencias en serie conocido:

La Figura 4 es una ilustración de un cable según la presente invención;

La Figura 5 es una ilustración esquemática de una línea de producción para fabricar un cable según se ilustra en la Figura 4;

La Figura 6 es una ilustración esquemática de un dispositivo de estirado incorporado en la línea de producción de la Figura 5; y

Las Figuras 7 y 8 son secciones a lo largo de las líneas 7-7 y 8-8, respectivamente de la Figura 6.

Haciendo referencia a la Figura 1, la estructura ilustrada comprende dos conductores 1, 2 entre los cuales van conectados una serie de elementos calefactores 3. Un extremo de cada elemento calefactor va conectado a una protuberancia 4 del conductor 1 mientras que el otro extremo de cada elemento calefactor va conectado a una protuberancia 5 del conductor 2.

La Figura 2 ilustra una estructura conocida resultante de una disposición eléctrica tal como se ilustra en la Figura 1. El cable conocido comprende conductores 1 y 2 recibido cada uno de ellos dentro de una funda aislante 6 de material polimérico. Los dos conductores van metidos dentro de otra funda 7. A través de las fundas 6 y 7 se forman aberturas 8 de manera que expongan los conductores 1, 2 subyacentes y un hilo térmico de cromoníquel 9 va arrollado en espiral alrededor del exterior de la funda 7 de manera que haga contacto con los conductores a través de las aberturas 8. Los elementos calefactores 3 de la Figura 1 corresponden a las longitudes de hilo 9 entre aberturas sucesivas 8. Normalmente, las aberturas 8 tendrán una longitud axial de unos 20mm y la separación a lo largo de la longitud del cable cerca de 750mm.

El hilo térmico 9 va cubierto con una envoltura polimérica interior 10 envuelta en una envoltura trenzada 11 encajada en una funda polimérica 12. La estructura total es flexible e impermeable al agua pero no puede ser usada a temperaturas elevadas, por ejemplo temperaturas superiores a 250ºC, debido a que dicho uso daría como resultado el deterioro de los componentes poliméricos.

Haciendo referencia a la Figura 3, la estructura ilustrada comprende dos hilos térmicos 13 y 14 embebidos en un material aislante de sustancia mineral 15 encajado dentro de una funda metálica exterior de cobre, acero inoxidable o aleación de base de níquel. La energía térmica producida por unidad de longitud de tales cables está en función de la composición y de la corriente a través de los conductores 13 y 14 y de ese modo es difícil fabricar longitudes cortas de potencia baja apropiada y el cable simplemente no puede ser cortado a medida para adaptarse a circunstancias particulares.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, la realización ilustrada de la invención comprende dos conductores 17, 18 cada uno de los cuales va cubierto con dos capas de cinta aislante de mica para temperaturas elevadas 19 y cada uno de los cuales es además constreñido por una capa 20 de cinta de fibra de vidrio para altas temperaturas. Las aberturas 21 se forman a través de las capas aislantes 19 y 20 para permitir que los conductores sean contactados por un hilo térmico por resistencia de cromoníquel 22 el cual va arrollado en espiral alrededor del exterior de la funda 20.

El hilo 22 va cubierto con dos capas de cinta de mica y una capa exterior de cinta de fibra de vidrio para formar una capa aislante 23 la cual a su vez va cubierta con una funda de aluminio 24.

Así, todos los componentes del cable ilustrado en la Figura 4 pueden resistir temperaturas elevadas y además el conjunto global es impermeable al agua como resultado de la provisión de la envoltura de aluminio 24.

Los conductores 17 y 18 pueden ser de cobre niquelado, pero también podrían ser de aluminio. En la fabricación de los conductores 17 y 18 y de la envoltura 24 existen ventajas por fabricarlos del mismo material (p.ej. aluminio) al evitar la dilatación diferencial entre los conductores y la envoltura. La funda intermedia 20 puede cubrirse con un estabilizador para proporcionar hidrofugacidad y robustez durante el proceso.

Las aberturas 21 pueden ser como en dispositivos del estado de la técnica, por ejemplo típicamente 20mm en longitud axial con una separación entre aberturas de 750mm. El hilo 22 puede ir en espiral alrededor de los conductores normalmente con ocho espiras por centímetro. Normalmente, con una disposición de estas características diez o más espiras de hilo de resistencia hacen contacto eléctrico con los conductores 17 y 18. Para mejorar la fiabilidad de la conexión eléctrica resultante, las zonas de contacto entre los conductores 17 y 18 y el hilo 22 pueden ser metalizadas con pistola, por ejemplo con aluminio, zinc o una aleación de aluminio/zinc. Esto forma una conexión eléctrica positiva. Preferentemente, los conductores 17 y 18 son metalizados con pistola antes de que el hilo 22 esté posicionado, y las zonas de contacto son metalizadas con pistola de nuevo una vez que el hilo 22 está posicionado.

La capa aislante final 23 la cual se halla en forma de dos capas de mica encintadas sobre las cuales va envuelta una capa de fibra de vidrio encintada puede ir revestida con un estabilizador de protección contra la humedad y mejorar la robustez durante el proceso.

El estabilizador puede ser un simple barniz de base de resina silicónica o un rigidizador resistente a la temperatura elevada diseñado para resistir al deterioro durante el proceso y proporcionar una impermeabilización inicial al agua. Un rigidizador apropiado sería el producto "adhesivo de fibras cerámicas 901/901A" que incorpora un endurecedor del aislamiento líquido cuyo producto puede conseguirse de Symonds Cableform Limited, Welwyn Garden City, Reino Unido.

El conjunto mostrado en la Figura 4 hasta la funda 23 inclusive se hace pasar a través de un extrusor de aluminio de tal manera que la envoltura de aluminio 24 sea extruída alrededor del resto de los componentes, formando un producto unitario el cual va provisto de impermeabilidad al agua fiable en virtud de la provisión de la envoltura de aluminio 24 y el cual además comprende solamente componentes que pueden resistir temperaturas elevadas. Preferentemente la envoltura 24 es de sección transversal ovalada para mejorar el contacto entre el cable y una superficie soporte y para mejorar la flexibilidad del producto.

La envoltura de aluminio 24 puede ser extruída directamente sobre la funda 23, pero preferentemente es extruída inicialmente de manera que sea de dimensiones relativamente grandes y después estirada mediante un dispositivo de estirado para que quede bien ajustada sobre la envoltura 23. La Figura 5 ilustra una línea de producción la cual incorpora dicho dispositivo de estirado.

Haciendo referencia a la figura 5, la línea de producción ilustrada esquemáticamente comprende un extrusor 25 el cual es alimentado con el aluminio a extruir a partir de un rodillo 26 y cuyo extrusor es alimentado con el cable que incorpora todos los componentes 17 a 23 de la Figura 4 (pero no la envoltura de aluminio 24) a partir de un rodillo 27. El extrusor 25 puede ser del tipo convencional, por ejemplo una máquina de "conformar" dispuesta para producir una extrusión ovalada 28 cuyas dimensiones interiores son mayores que las dimensiones exteriores del cable suministrado a partir de rodillo 27. Así, la extrusión 28 forma una ajuste holgado con la funda 23.

La extrusión 28 "sobredimensionada" es estirada en un dispositivo de estirado 29 para producir un producto final 30 el cual se corresponde con la estructura de cable ilustrada en La Figura 4 en la cual la envoltura de aluminio 24 forma un ajuste a presión con la funda 23. El cable 30 es arrastrado a través de la línea de producción mediante aparatos transportadores 31 y arrollado sobre un rodillo 32.

Haciendo referencia a la Figura 6, esta muestra la funda exterior 23 del cable suministrado procedente del rodillo 27. Corriente arriba del dispositivo de estirado 29, la funda de aluminio exterior 28 tiene unas dimensiones tales que entre la funda 23 y la extrusión 28 se define una holgura 33 tal como se muestra en la Figura 7. Corriente abajo del dispositivo de estirado 29, la extrusión 28 ha sido convertida en una envoltura exterior de aluminio 24 ajustada a presión tal como se muestra en la Figura 8.

Si bien en el proceso descrito se ha provisto un único dispositivo de estirado, se apreciará que podrían proveerse dos o más dispositivos de estirado en serie para reducir progresivamente las dimensiones de la envoltura inicialmente extruida.

Claims (13)

1. Un cable calefactor aislado con sustancia mineral que comprende dos conductores eléctricos que se extienden a lo largo de la longitud del cable y una serie de elementos calefactores distribuidos a lo largo del cable y conectados en paralelo entre los conductores, en el que, cada conductor va encajado en una funda interior de material aislante a través de la cual se llevan a cabo las conexiones de cada elemento calefactor, las fundas interiores y los elementos calefactores van encajados en una funda exterior de material aislante, y la funda exterior va cubierta por una envoltura metálica extruida alrededor de la funda exterior.

2. Un cable calefactor según la reivindicación 1, en el que, los conductores y las fundas interiores van encajados en una funda intermedia de material aislante a través de la cual se llevan a cabo conexiones entre cada conductor y cada elemento calefactor.

3. Un elemento calefactor según la reivindicación 2, en el que, la funda intermedia está formada de cinta de fibra de vidrio.

4. Un elemento calefactor según la reivindicación 2 ó 3, en el que, la funda intermedia va revestida con un estabilizador.

5. Un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, los conductores son de cobre niquelado, los elementos térmicos se forman a partir de hilo térmico por resistencia de cromoniíquel en espiral en alrededor de los conductores, y el hilo térmico por resistencia está en contacto con los conductores a través de aberturas en las fundas interiores de tal manera que el hilo toque los conductores, efectuándose una conexión eléctrica positiva entre los conductores y el hilo mediante metalizado con pistola.

6. un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, cada funda interior esta formada a partir de cinta de mica.

7. Un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, la cinta exterior comprende cinta de mica.

8. Un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, la funda exterior comprende cinta de fibra de vidrio.

9. Un cable calefactor según la reivindicación 8, en el que, la cinta de fibra de vidrio forma un componente exterior de la funda exterior y va revestida con un estabilizador.

10. Un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, la envoltura metálica es de sección ovalada.

11. Un cable calefactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que, la envoltura metálica es de aluminio.

12. Un método de formación de un cable calefactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de cubrir la funda exterior mediante una envoltura metálica extruida alrededor de la funda exterior.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que, la envoltura metálica es extruída inicialmente de tal manera que forme un ajuste holgado con la funda exterior y después sea estirada para formar un ajuste a presión con la funda exterior.