CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Esta Patente de Invenção refere-se a um "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" de alta resistência térmica, destacável, ou removível, estanque e/ou evacuado, para tubulações e equipamentos que possibilita facilitar a instalação/montagem, como também a operação, por elevar o rendimento térmico dos ramais de aquecimento minimizando drasticamente a perda (operação em alta temperatura) de energia térmica para o ambiente, e a minimização dos custos de manutenção em relação aos sistemas convencionais que envolvem STEAM-TRACERS, considerando as superfícies externas das tubulações e/ou equipamentos industriais. Devido á sua concepção, e estanqueidade, este dispositivo também é indicado para linhas (tubulações) sem ramais de aquecimento, cujas temperaturas variam de criogênicas até temperaturas de incêndio.

[0002] Assim torna- se, seguramente, possível manter, em excelentes níveis, a temperatura e as características físico-químicas dos fluidos ao longo das tubulações devido a baixíssima condutividade térmica efetiva do dispositivo aplicado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003] O objeto desta Patente de Invenção é o "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" é composto por vários elementos e/ou peças metálicas obtidos por processo de extrusão e/ou conformação, que atuam independentes entre si, tendo seções transversais, na forma de um setor curvo, cujo ângulo varia de acordo com o diâmetro da tubulação ou equipamento onde será aplicado, [0004] Estes módulos são acoplados um aos outros de modo a envolver completamente a tubulação ou equipamento, tendo como básicos, mas não exclusivos, os módulos angulares de 12.5°, 15°, 30°, 45°, 60° e 120°, além dos retangulares que se aplicam principalmente em equipamentos. O comprimento e/ou o ângulo do arco destes módulos dependerá dos cálculos térmicos associados às dimensões externas das tubulações e equipamentos e conforme a resistência mecânica exigida quanto a impactos e pisoteamentos.

[0005] Em casos especiais, que envolvam a aplicação de vácuo, o sistema é pré-preparado para a instalação de dispositivos e sensores de temperatura e/ou de pressão de modo possibilitar a monitoração do seu desempenho diretamente na unidade operacional ou à distância, por cabeamento ou via ondas eletromagnéticas, numa estação e painel central de controle.

[0006] O "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" de alta resistência térmica, destacáveis, ou removíveis, estanques e/ou evacuados, para tubulações e equipamentos foram concebidos para, atuarem com alto rendimento, desde temperaturas criogênicas até temperaturas de incêndio (1260 °C) como também para ter grande resistência mecânica, ser laváveis, ser compostos por materiais totalmente recicláveis, podendo ser aplicados em áreas propensas à inundações e garantir que cada módulo possa atuar independentemente dos demais e assim, caso ocorra algum problema operacional, não previsto, o módulo defeituoso será restaurado no próprio local e/ou retirado para conserto e reaplicado sem prejudicar o alto rendimento térmico do sistema. DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA.

[0007] O aquecimento externo por STEAM-TRACERS ou HEAT- TRACERS é utilizado para linhas que transportam líquidos de alta viscosidade de modo a melhorar o fluxo do fluido bombeado e um dos métodos adotados é o aquecimento utilizando-se tubos(ramais) com vapor d' água ou por resistências elétricas dispostas externamente envoltas da tubulação ou equipamentos.

[0008] As tubulações, equipamentos e instrumentos aquecidos devem ser isolados para a conservação de calor, em conjunto com os ramais de aquecimento. A geometria do conjunto, no caso da utilização dos STEAM- TRACERS (ramais com vapor), ainda muito adotado em todos os segmentos industriais, o contato entre a tubulação de processo e o(s) tubo(s) em contato, possibilita(m) apenas que ocorra a condução térmica em uma de suas geratrizes, que é considerado de desprezível magnitude, ou seja, praticamente NULA, além de causar uma dificuldade enorme para a aplicação do isolamento térmico envolvendo tanto a tubulação de processo quanto o(s) ramal(is) de aquecimento(Steam Tracers) que obriga a colocação do isolante térmico, como o silicato de cálcio ou a perlita, de forma excêntrica em volta das tubulações, dificultando inclusive a eficiência do sistema de aquecimento ou mesmo quando se utiliza isolantes fibrosos como lã de rocha, lâ de vidro, fibra cerâmica etc. aplicados diretamente sobre as tubulações criam uma barreira ou resistência térmica indesejável tornando ineficiente o sistema.

[0009] Nos glossários constantes nas normas técnicas e literaturas pertinentes é possível encontrar definições sobre os sistemas adotados para aplicação de STEAM-TRACERS, como por exemplo:

"sistema de aquecimento convencional

sistema para o qual a transferência de calor se dá, basicamente, por contato direto do ramal de

aquecimento com a tubulação. "

"sistemas de aquecimento de alta performance

sistemas para os quais a transferência de calor do ramal de aquecimento para a tubulação é significativamente aumentada, possibilitando obter-se temperaturas mais próximas à do vapor" [0010] O sistema utilizado em larga escala ainda é o sistema convencional, que, à princípio, adota a transferência por condução, mas que na prática apenas mantêm pontos de contato com a superfície da tubulação de processo, em muitos outros pontos se constata a existência de restícios de isolantes térmicos entre o ramal de aquecimento e a tubulação de processo, gerando um rendimento sofrível devido a resistência térmica de contato

[0011] Somado-se a estas deficiências ou limitações deve-se acrescentar que o ramal de aquecimento(STEAM TRACER) é instalado objetivando manter também um excelente contato físico com o isolante térmico, seja rígido ou fibroso, que apesar de à principio conservar grande parte da energia , proporciona também perdas diretas por condução térmica para o ambiente, limitadas aos fatores de condutividade térmica do isolante convencional aplicado.

[0012] Nas normas técnicas, em todo o mundo, se observam restrições ao uso deste sistema e que textualmente citam que a transferência de calor por condução do sistema convencional deve ser considerado nulo, para efeito de cálculos. Como exemplo pode-se citar normas técnicas muito utilizadas no Brasil, nos segmentos industriais de óleo&gás e na petroquímica, sejam nacionais e/ou estrangeiras, cujo texto cita:

Calor por Condução do Ramal para Tubo de Processo (Qc):

Para ramais retos convencionais, o calor por condução é considerado nulo (Qc = 0). O calor de condução é significativo somente quando se utiliza ramais com fita ou perfil de alumínio."

[0013] No entanto raramente o perfil de alumínio é utilizado, por aumento de custos e também por não haver um correto convencimento de sua eficiência, na forma considerada pela norma técnica citada que perpetua dúvidas quando complementa incluindo o seguinte texto:

"Diâmetros Utilizados para Ramal de Aquecimento Os diâmetros utilizados para ramais de aquecimento devem ser de 3/8" para cobre, 1/2" para aço inoxidável (OD) e 1/2" e 3/4" para aço-carbono, mas nos anexos, da própria norma, também inclui o diâmetro máximo de r e diz:

Nota 5 - Para sistemas de alta performance(utilizando o perfil de alumínio)o diâmetro do ramal de aquecimento deve ser de 1/2".

[0014] Então se pergunta: E por que não para os demais ramais de ¾" e 1", que são citados nas próprias normas técnicas? Algumas normas técnicas reconhecem que a transferência de calor é mais ineficiente ou

NULA sem a aplicação do perfil e ao mesmo tempo estabelece que para os ramais de diâmetro de ¾" e 1" não devem ser utlizados o perfil de alumínio, ou seja, na realidade praticamente quase todos os ramais de aquecimento ainda são aplicados sem o perfil de alumínio.

[0015] A falta de alternativas no mercado quanto a utilização de dispositivos e/ou mecanismos que objetivem realmente o aumento de rendimento térmico dos STEAM-TRACERS associado a facilidade de montagem, minimização e otimização do número de ramais, sustentabilidade, aproveitamento máximo da energia térmica proveniente dos ramais de aquecimento etc, leva as empresas e/ou usuários a se tornarem reféns e perpetuarem sistemas, metodologias e procedimentos que foram desenvolvidos e elaborados há décadas sendo que em alguns casos há mais de um século, representando a manutenção de custos altos, ineficiência e desperdício de energia térmica respaldado apenas pela imposição de normas técnicas ultrapassadas no que se refere à conservação de energia térmica.

[0016] Para se ter uma idéia desta realidade basta analisar a metodologia de seleção e cálculos dos STEAM-TRACERS cuja tecnologia se resume basicamente na utilização de ramais tubulares de aquecimento acoplados à superfície externa das tubulações de processo ou equipamentos envolvidos conjuntamente através de materiais isolantes térmicos convencionais como os fibrosos e/ou rígidos. A concepção referente à utilização dos isolantes térmicos convencionais fibrosos como mantas ou calhas de lã de rocha, lã de vidro, e rígidos como silicato de cácio e perlita etc, na aplicação no conjunto STEAM-TRACERS-TUBULAÇÃO foi muito importante durante muitas décadas, mas atualmente não tem qualquer sentido continuar acreditando ser ainda esta a solução técnica mais adequada.

[0017] Esta e outras soluções envolvendo apenas isolantes térmico, em mantas ou calhas, foram concebidas há mais de um século, a partir do arranjo ou configuração da aplicação do isolante térmico nas tubulações com ramais de aquecimento (STEAM-TRACERS) conforme Figuras le 2.

[0018] Especialistas há anos passaram a elaborar procedimentos de montagem/aplicação e metodologias de cálculos para estes modelos apenas para explicar e/ou justificar o que já estava em uso e assim considerar dados básicos e/ou resultados, a partir de hipótese de aproximação de áreas de troca de calor, simplificação e adequação fórmulas/equações, até mesmo correlações, e fatores conservativos de modo a não ocorrerem riscos ou falhas, Esta concepção, devido às dificuldades de elaboração de cálculos e por ser impraticável, levou ao desenvolvimento de gráficos e ábacos com aproximações grosseiras, mas muito adotados pela simplicidade e baixo custos na obtenção de resultados exageradamente hipotéticos, mas aceitos pela engenharia de processo.

[0019] Estes ábacos são utilizados em todo o mundo e são citados e anexados em muitas normas técnicas internacionais o que leva a maioria dos profissionais a entender que tanto as normas técnicas como os ábacos são inquestionáveis e a partir desta interpretação praticamente todos permanecem reféns do que está escrito e não mais buscam melhores soluções mesmo reconhecendo na prática o desperdício de energia, fragilidade e degradação contínua dos sistema isolantes térmicos, geração excessiva de condensado, consumo de vapor, aumento progressivo dos custos de manutenção etc. , e consequentemente não estimula o surgimento de novas tecnologias ou melhoramentos dos sistemas até então utilizados.

[0020] No Brasil, como também ocorre em países do primeiro mundo, o ábaco é regra geral para o dimensionamento e a quantificação dos ramais de aquecimento, perpetuando assim a aquisição de isolantes térmicos convencionais para aplicação nos STEAM-TRACERS mesmo com os já conhecidos prejuízos a serem proporcionados com sua aplicação.

[0021] Através do ábaco é possível, a partir de alguns dados básicos, em menos de 2(dois) minutos, definir um leque de opções dos possíveis ramais de aquecimento para uma determinada tubulação de processo, além de quantificar grosseiramente o consumo de vapor e a carga térmica. Esta facilidade e praticidade no entanto tem um custo alto para o usuário, basta analisar que devido as aproximações e/ou adequações e fatores de segurança(risco de erro) é possível para uma determinada tubulação ter como resposta as seguintes alternativas:

Steam tracer de ½" : 3ramais

¾" : 3ramais

1" : 2ramais

[0022] Devido a imprecisão da metodologia o ábaco deixa entender que tanto faz utilizar 2ramais de 1" ou 3ramais de ½" ou 3ramais de ¾" , o que está longe de ser verdadeiro devido a diferença das superfícies externas somadas dos tubos e as respectivas parcelas de perdas de calor devido ao contato direto com o próprio isolante, das parcelas referente a uma restrita convecção térmica que não atinge toda a superfície ou área de troca da tubulação de processo, a radiação térmica que seria mais dirigida para o isolante térmico do que para a tubulação de processo etc, associado ao consumo de vapor de cada tubo para uma mesma temperatura. [0023] Esta facilidade leva também a afirmar, como está escrito nas próprias normas técnicas, que como aproximação pode se considerar o número de ramais igual à metade do número definido pelo ábaco caso se utilize o perfil de alumínio. Baseado em que?

[0024] Os efeitos da Convecção e Radiação térmica, tanto do(s) STEAM-TRACERS como da tubulação(que não deveria ocorrer) incidem diretamente na superfície do isolante numa parcela razoável gerando perdas para o ambiente e assim os STEAM-TRACERS ficam submetidos a uma esquisita condição de suprir à tubulação uma quantidade de energia que acabou de ser dissipada daquela tubulação, mesmo com a presença dos ramais de aquecimento. A energia proveniente dos STEAM-TRACERS seriam insuficientes para promover um bom balanço térmico com uma razoável transferência de calor para a tubulação caso não fosse considerada a disponibilidade de vapor com o aumento do número e/ou diâmetros dos ramais de aquecimento, em função do consequente arranjo adotado, como se observa nas Figuras 1 e 2.

[0025] Isto ocorre principalmente pelo fato de que os espaços e/ou áreas existentes entre o ramal de aquecimento, a tubulação de processo e o isolante térmico jamais foram dimensionados para maximizar o aproveitamento destes meios de transferência de calor a partir dos STEAM- TRACERS..

[0026] Os espaços e áreas consideradas em alguns modelos matemáticos para cálculos térmicos do sistema convencional são apenas consequência do arranjo promovido, há décadas, por profissionais que buscavam, apenas, a melhor forma de executar o isolamento térmico da tubulação com ramal de aquecimento.

[0027] Daí desde os primórdios da utilização de STEAM-TRACERS ou HEAT TRACERS em tubulações ou equipamentos se conhece as dificuldades de obtenção de um bom rendimento tanto no aquecimento em si quanto na eficiência térmica do isolante devido a geometria do conjunto das duas tubulações que se tocam permanentemente em toda sua extensão, como apresentadas na Figura n° 1 e 2 , como também apresenta a fragilidade do isolante rígido ou fibroso, quanto às trincas, quebras ou rasgamentos, como ocorre com o silicato de cálcio, perlita, lã de rocha, lã de vidro, fibra cerâmica etc, por utizarem calhas de maior diâmetro que a tubulação de processo devido a excentricidade do conjunto, ou simplesmente aplicados diretamente na superfície da tubulação ou equipamento o que provoca a inserção de partículas ou restícios de fibras ou pós do isolante térmico entre os ramais de aquecimento e a tubulação de processo que torna o sistema ineficiente.

[0028] Disponíveis no mercado, como se observa em pesquisa em bibliotecas técnicas através da literatura técnica e/ou através de meios de comunicação como a internet, quanto a existência de produtos voltados para aplicação em STEAM-TRACERS ou HEAT-TRACERS para tubulações ou equipamentos associados à algum mecanismo ou sistema de conservação de energia térmica é possível encontrar simplesmente a utilização sem quaisquer melhorias ou avanços de isolantes térmicos como:

[0029] ISOLANTES TÉRMICOS CONVENCIONAIS - tipo massa como lã de rocha, silicato de cálcio, lá de vidro, fibra cerâmica, poliuretano etc, cujas tecnologias foram desenvolvidas há mais 60(sessenta) anos. São ainda bastante indicados ou especificados pela engenharia de processo, principalmente pela carência de alternativas, nos diversos segmentos industriais, como meio de minimização das perdas e/ou ganhos de energia térmica. As restrições e/ou limitações para a fabricação, aplicação e atuação destes isolantes térmicos, podem ser facilmente relacionadas, como por exemplo: • fragilidade quanto a resistência mecânica, principalmente os fibrosos, que se deformam e rasgam sem muito esforço como lâ de rocha, lâ de fibra de vidro, fibra cerâmica etc, mas no caso dos isolantes rígidos como silicato de cálcio e a perlita, normalmente apresentam trincas e/ou esfarelamento que não ficam à amostra devido a existência da capa de proteção em alumínio que dá em muitos dos casos um aspecto de aparente normalidade, mas que pode ter atingido um estado de ineficiência sem que seja percebido;

• absorção de umidade e não permitem ser aplicados em áreas propensas à inundações , este é um dos maiores fatores da degradação que sofrem os isolantes convencionais e é praticamente irreversível, exigindo a substituição imediata de todo o isolante térmico, No entanto apesar dos clientes/usuários constatarem esta realidade permanecem durante muitos anos com as inevitáveis perdas(alta temperatura) ou ganhos(baixa temperatura) gerando enormes prejuízos financeiros e de lucros cessantes além dos altíssimos custos das reposições/substituições dos isolantes degradados e consequentes aumentos na geração de energia térmica e emissão de C0 ₂ para o ambiente;

• degradação natural com o passar do tempo(idade desde a aplicação):

• não atendem plenamente a política de SUSTENTABILIDADE, atualmente muito em voga sendo uma exigência básica em todo o mundo, por não serem recicláveis, ou de reciclagem economicamente inviável, e nem reutilizáveis.

• Os perigos e alertas quanto a utilização de isolantes rígidos e/ou fibrosos devido a liberação de pós e/ou fibras para o ambiente, a irritação na pele e nos olhos dos trabalhadores, além de problemas pulmonares, o que exigem cuidados especiais tanto para a fabricação quanto para a montagem e instalação no sítio de trabalho, podem ser comprovados pelas próprias informações dos fabricantes que emitem, por exigência da legislação vigente, os respectivos MSDS de seus produtos onde se encontram orientações como:

"Identificação de perigo

Principais perigos:

O trabalho com a lã de rocha pode causar irritação na pele e algum grau de irritação nos olhos e garganta "

Primeiros socorros

Inalação .Remover a pessoa para local aberto, beber suficiente água para limpar a garganta soprar o nariz para expulsar as fibras.

Contato com a pele: Lavar com sabão e água abundante o local irritado. Contato com os olhos: Lavar com água limpa por aproximadamente 15 minutos. Se os sintomas persistirem consulte um especialista.

Ingestão: Lavar a boca e tomar muita água, caso persista os sintomas procurar um médico.

Medidas de proteção pessoal

Proteção respiratória: Usar mascara para pó tipo 3M, modelo 8710 ou equivalente.

Proteção da pele: Usar luvas impermeáveis.

Proteção ocular: Usar óculos de segurança.

Outros equipamentos de proteção: Camisa de manga longa, roupa solta e capacete.

Medidas de higiene: Lava a roupa do trabalho separadamente para evitar o contato com as fibras.

Ventilação: Usar ventilação natural caso não seja suficiente ventilação mecânica para manter as concentrações de fibra no ar abaixo do valor limite umbral (TVL).

• São dimensionados apenas para uma restrita faixa de temperatura, e assim normalmente sempre apresentam um quadro de ineficiência e grandes desperdícios de energia térmica ao longo do tempo. [0030] ISOLANTES TÉRMICOS METÁLICOS - Existem, ainda, de forma muito incipiente, sistemas de isolamento térmico metálicos desenvolvidos há décadas, praticamente banidos do mercado, pelas dificuldades de fabricação, peso e custos envolvidos, que basicamente eram painéis retangulares ou quadrados de multicamadas de folhas metálicas e/ou peças especiais para tubulações obtidos através de serviços de funilaria com cortes, dobramentos e conformação de chapas metálicas, com baixa produtividade. Neste exemplo se enquadram, também, os "Dispositivos de Estratificação de Convecção Térmica" patenteado no Brasil, sob o registro PI 9903604-5, de mesma autoria deste "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", ora apresentado, não tendo seguramente qualquer similaridade com o produto desenvolvido em 1999, que era apenas mais uma opção para isolantes térmicos.

[0031] Em resumo se percebe que no caso de conservação de energia térmica para aplicação dos STEAM-TRACERS, em tubulações e/ou em equipamentos, existe a necessidade do desenvolvimento de sistemas, dispositivos ou mecanismos que além de se caracterizarem como produtos de alta resistência térmica, agreguem ou atendam exigências em conjunto, ao mesmo tempo, que possam:

• Facilitar e tornar mais eficiente a conservação de energia térmica de linhas que transportam fluidos viscosos conjuntamente com o STEAM-TRACER (ramal de aquecimento).

- ser compostos por módulos independentes entre si, pois em caso de falhas ou defeitos em algum deles não afetariam os demais possibilitando sua restauração no local ou sua retirada para manutenção e reaplicação; - possuir boa resistência mecânica de modo a suportar impactos mecânicos e/ou pisoteamentos;

- ser removíveis e reutilizáveis;

- permitir a restauração e ser compostos por materiais recicláveis;

- ser aplicáveis em tubulações e/ou equipamentos que operem em temperaturas até temperaturas de incêndio (1260 °C);

- possibilitar a aplicação mesmo em áreas propensas a inundações, mas que não sejam degradados pela umidade, encharcamento e nem pelo ambiente agressivo sendo assim encapsulado ou envolvido por proteção mecânica selada e estanque;

- obter alto rendimento térmico com utilização de vácuo, com ou sem inserção de isolantes convencionais em pós, flocos ou triturados;

• Utilizar materiais metálicos rígidos na conformação ou extrusão, para proteção aos diversos isolantes térmicos como os fibrosos, os rígidos, espumas, ar estratificado e/ou evacuado etc;

• Utilizar qualquer tipo de isolantes térmicos convencionais, exclusivamente ou em uma combinação dos mesmos, como o silicato de cálcio, a lã de rocha, lã de vidro, fibra cerâmica, poliuretano etc, e o ar estratificado ou o vácuo, desde que inseridos e protegidos em câmaras seladas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0032] A Patente de Invenção, compreende a provisão do DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" de alta resistência térmica, destacáveis, ou removíveis, estanques e/ou evacuados, para tubulações e equipamentos constituído por longos módulos(câmaras) obtidos por processo de extrusão, ou conformado, hermeticamente selado, ou não, de acordo com as exigências operacionais, que atuam independentemente entre si, tendo seções transversais na forma de um setor curvo cujo ângulo e quantidades variam de acordo com o diâmetro da tubulação ou equipamento onde será aplicado.

[0033] Estes módulos são acoplados uns aos outros de modo a envolver completamente a tubulação ou equipamento. Os formados por setores angulares têm como básicos, mas não exclusivos, setores de 15°, 22.5°, 30°, 45°, 60° e 120°.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0034] A FIGURA 1 apresenta figuras típicas citadas no Estado da Técnica referente aos STEAM-TRACERS.

[0035] A FIGURA 2 apresenta um sistema que não se configura propriamente como STEAM-TRACER.

[0036] A FIGURA 3 é uma vista explodida e em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" da invenção , para aplicações em tubulações.

[0037] A FIGURA 4 é uma vista FRONTAL da seção transversal e em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", para aplicações em tubulações.

[0038] A FIGURA 5 é uma vista em perspectiva dos principais componentes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" que são os MÓDULOS ou CÂMARAS SELADAS

[0039] A FIGURA 6 é uma vista em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", para aplicações em tubulações, incluindo o PERFIL DE FECHAMENTO/ACOPLAMENTO LONGITUDINAL, os ANÉIS SEPARADORES e a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER".

[0040] A FIGURA 7 objetiva deixar bem definidos todos os componentes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", para aplicações em tubulações.

[0041] A FIGURA 8 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", idêntica ao exemplo anterior, mas aplicado numa tubulação SEM STEAM-TRACER, mas mantendo a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" vazia.

[0042] A FIGURA 9 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", idêntica ao exemplo anterior, aplicado numa tubulação SEM STEAM-TRACER, mas retirando a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER".

[0043] A FIGURA 10 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO PARA EQUIPAMENTOS, VASOS VERTICAIS ou HORIZONTAIS, FORNOS E TANQUES DE ARMAZENAMENTO".

[0044] A FIGURA 11 apresenta uma vista FRONTAL da seção transversal e em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", para ramais de aquecimento para equipamentos, vasos verticais ou horizontais, fornos e tanques de armazenamento.

[0045] As FIGURAS 12 e 13 apresentam detalhes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO PARA EQUIPAMENTOS, VASOS VERTICAIS ou HORIZONTAIS, FORNOS E TANQUES DE ARMAZENAMENTO". [0046] As FIGURAS 12 e 13 apresentam

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0047] Para que a atual Patente de Invenção para "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" de alta resistência térmica, destacável, ou removível, estanque e/ou evacuado, para tubulações e equipamentos seja mais bem compreendida, sua descrição detalhada será feita a seguir.

[0048] E, portanto, objetivo da presente Patente de Invenção, a provisão do DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" de alta resistência térmica, destacáveis, ou removíveis, estanques e/ou evacuados, para tubulações e equipamentos constituído por longos módulos (câmaras) obtidos por processo de extrusão, ou conformado, hermeticamente selado, ou não, de acordo com as exigências operacionais, que atuam independentemente entre si, tendo seções transversais na forma de um setor curvo cujo ângulo e quantidades variam de acordo com o diâmetro da tubulação ou equipamento onde será aplicado.

[0049] Estes módulos são acoplados uns aos outros de modo a envolver completamente a tubulação ou equipamento. Os formados por setores angulares têm como básicos, mas não exclusivos, setores de 15°, 22.5°, 30°, 45°, 60° e 120°.

[0050] A definição do comprimento, do formato da seção transversal, e do ângulo do arco dependerá das condições operacionais de temperatura e pressão e das condições atmosféricas como a temperatura ambiente, velocidade do vento, umidade relativa do ar do espaço disponível externamente nas tubulações e equipamentos e conforme a resistência mecânica exigida quanto a impactos e pisoteamentos e dos cálculos térmicos obtidos através de programas/softwares avançados. [0051] O "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" apresenta também outros recursos adicionais jamais adotados nos sistemas de STEAM-TRACERS ou HEAT-TRACERS pois além da própria resistência estrutural, obtida no processo de extrusão ou conformação, dispõe de exclusivas ancoragens, jamais utilizadas ou concebidas nos sistemas convencionais,, ou encaixes longitudinais, para adicionar, pelo próprio usuário, caso sejam necessárias, calhas de aço de até 2mm de espessura que eleva em muito a resistência ao pisoteamento e impactos mecânicos, por produzir o mesmo efeito mecânico do denominado "ARCO ROMANO", pois quando ocorrer o pisoteamento, a carga será distribuída para as extremidades laterais da calha se concentrando nas ancoragens longitudinais existentes na superfície externa do DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO.

[0052] A existência da exclusiva "CÂMARA DO STEAM TRACER" localizada na geratriz inferior da tubulação que permite sua retirada, sem deslocar os módulos do sistema, para facilitar serviços de reparos/manutenção e inspeção na tubulação de processo ou no ramal de aquecimento (STEAM TRACER) é uma indiscutível inovação, eliminando uma das mais claras fragilidades dos sistemas convencionais.

[0053] Este "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO

RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" é basicamente composto por 2(duas) áreas distintas de resistência térmica, tornando-os de excelente rendimento térmico atendendo a um extenso range de temperaturas exigido pelos clientes/usuários, que são:

[0054] PRIMEIRA ÁREA DE RESISTÊNCIA TÉRMICA

[0055] Área INTERNA, estanque e selada hermeticamente, cuja seção transversal tem formatos de um arco(setor angular), com suporte com aletas que permitem colocar e encaixar, internamente, folhas metálicas, pequenos perfis tubulares redondos, retangulares, quadrados, triangulares e/ou oblongos, objetivando a minimização dos efeitos de convecção e radiação térmica no espaço confinado, cujos formados e quantidades são definidos na fase de elaboração dos cálculos térmicos e de resistência mecânica ou estrutural e de acordo também com a forma e posicionamento dos equipamentos como tanques de armazenamento com teto cónico ou reto, vasos horizontais ou verticais), fornos, caldeiras ou tubulações etc. onde serão aplicados.

[0056] Para esta área interna, que é estanque e selada, considerada a

"ALMA", ou "CORAÇÃO", do dispositivo, foram desenvolvidos dois tipos para obtenção da maior resistência térmica, que são:

[0057] SEM INSERÇÃO DE PRODUTOS TIPO MASSA

O ar existente é tratado de duas formas diferentes de acordo com a aplicação e/ou exigência do cliente/usuário:

- AR ESTRATIFICADO em função da existência de barreira térmica com uma partição(folha metálica), ou dos pequenos perfis tubulares dentro do módulo, constituindo assim barreiras paralelas, retas côncavas ou triangulares, interligadas paralelamente, entre si, de modo a minimizar a ação interna das isotermas e da radiação térmica. Neste caso a condutividade térmica efetiva dos módulos ficará em bom nível de resistência térmica superior aos isolantes convencionais como o silicato de cálcio, a lâ de rocha etc, mas limitada a condutividade térmica do ar parado, que é o melhor isolante térmico natural, de conhecimento de toda comunidade científica que atua em termociências.

- AR EVACUADO em função de alto rendimento térmico exigido pelo usuário/cliente. ^■ Aplicação de vácuo com a inserção de finas barreiras metálicas retas e paralelas, triangulares, quadradas e ou circulares concêntricas para eliminar praticamente os efeitos da radiação térmica;

^■ Neste caso o vácuo aplicado poderá atingir diferentes níveis desde o considerado ROUGH VACCUM(abaixo de 1 bar até 50mbar) MÉDIUM VACUUM até o ULTRA HIGH VACUUM (até 0,001mbar). A tecnologia da utilização de vácuo é sofisticada e complexa, e não se resume simplesmente a utilização de bombas e a estanqueidade de ambientes ou volumes fechados, como em tubulações, vasos, tanques ou câmaras. A diferença de pressão existente entre o ambiente externo (pressão atmosférica) e o interior dos módulos evacuados apresentam peculiaridades não consideradas quando se trata de produtos ou sistemas que são fabricados para operarem na pressão atmosférica ao nível do mar, como por exemplo:

• Os materiais utilizados em sistemas com vácuo têm que ser especificados considerando além da boa resistência mecânica, neste caso os metais são infinitamente superiores aos polímeros(plásticos), a taxa de permeabilidade do material referente ao oxigênio(0 ₂ ) ou seja a RATE OF PERMEABILITY deve ser baixa pois ao longo do tempo ocorrerá inevitavelmente a permeação do oxigénio existente no ar externo através da parede das tubulações, vasos, tanques ou câmaras, neste caso também os metais são bastantes superiores aos polímeros, mas mesmo entre os metasi e suas ligas deve buscar matérias que um aceitável baixo nível da taxa de permeabilidade e não contenham alguns componentes que liberem também o chamado OUTGASSING, ou seja, gases que são provenientes do próprio sólido e que contaminam o ambiente evacuado gerando um pequeno aumento do número de moléculas principalmente quando se atinge um alto vácuo, não sendo portanto tão preocupante quando se trata de vácuos em maiors pressões.

^■ A limpeza cuidadosa das superfícies dos produtos, que operam com vácuo, é fundamental de modo a retirar qualquer oleosidade, restícios de cavacos e/ou fragmentos de metais, pois a presença dos mesmos proporcionará o aumento do OUTGASSING.

^■ Os materiais metálicos e suas ligas não devem ter em sua composição zinco, fósforo e/ou chumbo.

^■ O OUTGASSING é minimizado com aquecimento das peças em fornos e também com a inserção de pastilhas de material ativado que "capturam" os gases remanescentes no interior dos volumes fechados. O capturador de gases é uma pastilha de material reativo que é colocada dentro do sistema de vácuo com o propósito de mantê-lo praticamente sem matéria. Quando as moléculas de gases contidas no espaço evacuado colidem com o material do capturador, elas combinam- se quimicamente ou por absorção com ele, removendo pequenas quantidades de gás do espaço evacuado que causariam condução de calor indesejada. [0058] COM INSERÇÃO, TAMBÉM, DE ISOLANTES CONVENCIONAIS TIPO MASSA

1. Caso a exigência do cliente/usuário não considere um altíssimo rendimento térmico, será então feito apenas o preenchimento do espaço interno dos módulos selados e estanques com isolantes térmicos tipo massa como o pó de perlita, flocos de lã de rocha, flocos de lá de vidro, flocos de fibra cerâmica ou outros isolantes que originalmente retenham o ar nos intertíscios das fibras ou partículas de pó etc. e que possibilitem sua inserção dentro do módulo por injeção, sopro ou socagem;

2. Os materiais ou produtos isolantes tipo MASSA, após o preenchimento individual ou em combinação(dois ou mais isolantes convencionais e/ou com ar estratificado) ficarão completamente protegidos, acrescentando características que normalmente não possuem ou não atingem um rendimento satisfatório, Isto passa a ocorrer devido a rigidez das paredes e ao ambiente totalmente SELADO e ESTANQUE sendo assim protegidos de impactos mecânicos, pisoteamentos, e processos contínuos de degradação em função da umidade, encharcamento, rasgamento, perda de eficiência térmica, liberação de fibras ou pós para o ambiente, o que provocaria irritação da pele e dos olhos das pessoas etc.

[0059] SEGUNDA ÁREA DE RESISTÊNCIA TÉRMICA

[0060] Composta pelos pequenos espaços anulares, longitudinais ou circunferenciais, existentes entre as camadas do dispositivo complementada pela região localizada abaixo da geratriz inferior das tubulações de processo horizontais, criada propositadamente, formando um arco ou vão livre de 60° até 180°, denominada "CÂMARA STEAM TRACER". Nesta área, a atuação térmica é singular, pois difere das demais, e é utilizada apenas quando aplicada em tubulações horizontais, que são predominantes em mais de 90% (noventa por cento) das linhas, isoladas termicamente, e equipamentos como vasos horizontais e nas áreas inferiores de outros equipamentos elevados,

[0061] O espaço livre da "CÂMARA STEAM TRACER", não é obrigatoriamente selado e estanque em suas extremidades, e descarta a aplicação de qualquer isolante térmico tipo massa, rígido ou fibroso.

[0062] A eficiência térmica na "CÂMARA STEAM TRACER" é obtida em função dos seguintes aspectos:

- CONVECÇÃO NATURAL CORRETAMENTE

DIMENSIONADA

^■ O movimento e velocidade das isotermas, neste espaço anular ou vão livre, dependem diretamente do dimensionamento do espaço e da diferença de densidade do ar que se altera de acordo com a temperatura da temperatura da tubulação de processo ou equipamento e do ambiente externo.

^■ O que governa o movimento das moléculas do ar, na convecção natural, é a atração gravitacional, ou seja, as moléculas mais aquecidas se afastam e sobem por empuxo, enquanto as menos aquecidas permanecem naturalmente nas camadas mais baixas.

^■ Assim, neste espaço ou vão livre, é possível aumentar ou diminuir o movimento e velocidade das isotermas, cujas moléculas partem da superfície externa muito aquecida do STEAM-TRACER ou HEAT-TRACER, localizado na geratriz inferior da tubulação dentro da CÂMARA STEAM-TRACER e sobem, em função da menor densidade, pelo espaço anular propositadamente e corretamente formado envolvendo a tubulação, As moléculas tangenciam e colidem com a superfície da tubulação até a atingir a geratriz superior da mesma, quando então, devido a troca de energia térmica com a tubulação e o consequente aumento de densidade, retornam um pouco mais afastadas da superfície externa da tubulação, para a região mais baixa dentro da CÂMARA STEAM-TRACER. Este ciclo contínuo de movimento das isotermas promove então uma perfeita distribuição de energia térmica proveniente do STEAM-TRACER atingindo uniformemente e inevitavelmente todas as áreas existentes na superfície externa da tubulação de processo facilitando assim a manutenção da temperatura no patamar especificado pela engenharia de processo que é o objetivo principal da aplicação dos STEAM- TRACERS ou HEAT-TRACERS.

TUBULAÇÃO DE PROCESSO OU EQUIPAMENTO COM RAMAIS DE AQUECIMENTO (STEAM-TRACERS):

^■ Neste caso a "CâMARA STEAM TRACER", passa a ser ocupado parcialmente pela instalação dos ramais de aquecimento fixados junto a superfície externa da tubulação de processo. Esta fixação é feita de acordo com procedimentos convencionais adotados há décadas, utilizando cintas metálicas de amarração ou por pontos de solda de modo que a transferência de calor ocorra principalmente por condução térmica devido a um desejado contato físico, entre as partes, desprezando praticamente a contribuição dos efeitos da

CONVECÇAO TÉRMICA, considerando que a temperatura de aquecimento dos STEAM TRACERS, é bem maior e que gira em torno de 2 a 4 vezes superior a da tubulação de processo. ^■ Com este tipo de fixação o contato entre as superfícies da tubulação de processo e dos STEAM TRACERS é na realidade pontual e comprovadamente ineficiente, apesar de, ainda, ser adotado em quase todas as aplicações conhecidas nas unidades industriais, a temperatura e o consequente consumo de vapor de aquecimento é muito acima do efetivamente necessário, exigindo maior quantidade de ramais e/ou aumento de diâmetros para garantir a manutenção da temperatura da tubulação de processo.

^■ A adoção de um perfil longitudinal de alumínio para acoplamento dos STEAM-TRACERS passou a ser considerada em algumas aplicações visando aumentar a eficiência da transferência de calor por condução térmica, desprezando ainda a contribuição da CONVECÇAO TÉRMICA para a manutenção da temperatura da tubulação de processo.

^■ Neste caso das TUBULAÇÕES DE PROCESSO OU EQUIPAMENTOS COM RAMAIS DE AQUECIMENTO (STEAM- TRACERS o aumento do movimento e velocidade das moléculas do ar, visa uma melhor distribuição do calor, também por CONVECÇÃO TÉRMICA, de forma substancial e efetiva proveniente dos ramais de aquecimento(STEAM TRACERS), atingindo rapidamente e constantemente toda a superfície externa da tubulação de processo.

^■ A "CÂMARA STEAM-TRACER" atuará como um autêntico "sugadouro" de moléculas menos aquecidas, pois devido a comunicação ou interligação direta com o espaço anular existente em torno da tubulação, dimensionado para permitir um aumento de fluxo, por convecção natural, das moléculas aquecidas provenientes da superfície externa do ramal de aquecimento(STEAM TRACER) provocará uma razoável velocidade durante a subida quando ocorre a troca térmica com a superfície externa da tubulação de processo, mantendo-a na temperatura de operação, que é o principal objetivo do STEAM TRACER, e também permitir, paralelamente, retorno das moléculas até atingir a "CÂMARA STEAM-TRACER" com se constata na Figura...

Obs.: A temperatura do ramal de aquecimento é normalmente maior que a temperatura da tubulação de processo e objetiva manter o equilíbrio ou manutenção da temperatura de operação da mesma, por condução e convecção térmica.

[0063] A presença do ramal de aquecimento dentro da "CAMARA STEAM-TRACER" não gera perdas de calor para o ambiente, via convecção térmica, por estar num espaço confinado com as camadas mais afastadas do ar praticamente paralisadas ou estratificadas.

[0064] Obs.: A adoção da "CÂMARA STEAM-TRACER" jamais foi considerada nas aplicações de ramais de aquecimento em tubulações ou equipamentos, daí por não existir qualquer citação, desenho, imagem ou fotografia de isolantes térmicos convencionais como silicato de cálcio, lá de rocha, fibra cerâmica, lâ de vidro, poliuretano, perlita, aerogel, microporosos etc. como se observa nas figuras 1 e 2.

- TUBULAÇÃO DE PROCESSO OU EQUIPAMENTO SEM RAMAL DE AQUECIMENTO (STEAM-TRACER):

^■ Para estes casos que são muito mais abrangentes, numa quantidade muitas vezes maior, para temperaturas desde criogenia até temperaturas de incêndio, a utilização do DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO também é extremamente indicado, pois com o devido dimensionamento da CÂMARA STEAM-TRACER, juntamente com os afastamentos e/ou espaços existentes entre a superfície externa da tubulação de processo ou do equipamento e as superfícies do DISPOSITIVO DE ALTO RENDIMENTO, minimizar naturalmente a velocidade(m/s) do deslocamento das moléculas do ar atmosférico existente tornando praticamente desprezível a transferência de calor por convecção térmica a partir da tubulação de processo ou equipamento, atingindo a chamada ESTRATIFICAÇÃO DO AR que é exatamente o que se objetiva quando a aplicação é feita em tubulações e/ou equipamentos em geral sem os ramais de aquecimento(STEAM TRACERS).

[0065] RADIAÇÃO TÉRMICA DESPREZÍVEL

[0066] Os efeitos da radiação térmica nos espaços fechados, como no caso da "CAMARA STEAM-TRACER" são praticamente eliminados devido o espelhamento existente nas suas superfícies internas. Os materiais que compõem as suas paredes e o acabamento refletivo de baixíssima emissividade proporcionam uma drástica minimização no fluxo de energia térmica entre as partes tornando desprezível a transferência de calor.

[0067] CONDUÇÃO TÉRMICA DESPREZÍVEL

[0068] A presença do ramal de aquecimento dentro do "CAMARA STEAM-TRACER" não gera perdas de calor para o ambiente, via condução térmica, por não manter qualquer contato físico com as paredes em volta, exceto com a tubulação de processo que é o objetivo. [0069] A condução térmica através das moléculas do ar é conhecida por toda comunidade científica, cujo fator gira em torno de 0,026 W/m.K, para a maioria das temperaturas de operação nas unidades industriais, por isso é considerado o melhor isolante térmico natural.

[0070] A concepção do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" é assustadora e à princípio jamais seria considerada pelos fabricantes de isolantes térmicos convencionais como lã de rocha, silicato de cálcio, perlita, poliuretano, fibra cerâmica, lã de vidro etc, pois é difícil entender como um isolante térmico, tipo massa, poderia ser "enclausurado" e selado dentro de câmaras formadas por perfis metálicos rígidos, que têm como característica ou propriedade a resistência mecânica e a alta condutividade térmica de suas paredes ou superfícies, e ainda ser aplicado na superfície externa de uma tubulação ou equipamento, de baixa ou alta temperatura, e atuar de forma mais eficiente que o próprio isolante térmico puro, ou seja, jamais conceberam, que o isolante térmico "EFETIVO" fosse o próprio sistema formado sem emendas a partir perfis metálicos rígidos extrudados..

[0071] O desenvolvimento desta tecnologia só foi possível com a utilização de softwares avançados de cálculos térmicos, por modelagem e análises de elementos finitos, contando com módulos específicos, sofisticados, complexos e conjugados, de transferência de calor(condução, convecção e radiação térmica entre superfícies) que incluem cálculos simultâneos com materiais sólidos e fluidos inclusive gases rarefeitos e de sistemas com vácuo, modelagem de sólidos e simulações, complementados por testes em laboratórios e no campo.

[0072] Devido a utilização exaustiva de recursos computacionais de última geração e a adoção de diversos solvers(dispositivos ou recursos de cálculos de matemática avançada) simultâneamente, que possibilitam definir pequenos espaços, afastamentos ou distanciamentos e formas além de gerar apenas pontuais resistências de contato entre os componentes metálicos, minimizando quase ao máximo a condução térmica, a redução dos efeitos da radiação térmica entre as superfícies devido baixíssima emissividade das mesmas e a re-radiação, a estraficação do ar atmosférico existente entre as câmaras seladas e estanques.

[0073] O "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" surpreende principalmente por utilizar componentes metálicos, extrudados,ou conformados, selados e estanques, que quando aplicados envolvendo tubulações e equipamentos atingem excelente resistência térmica e eliminam praticamente todas as conhecidas limitações dos sistemas convencionais para STEAM-TRACERS que utilizam apenas isolamento térmico convencional.

[0074] O "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO", em casos especiais, são pré-preparados para a instalação de dispositivos e sensores de temperatura e/ou de pressão de modo possibilitar a instalação/montagem de sistemas de monitoração do seu desempenho diretamente na unidade operacional ou à distância, por cabeamento ou via ondas eletromagnéticas, numa estação e painel central de controle.

[0075] O DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO foi concebido para atingir alta resistência térmica em tubulações e equipamentos que operem desde temperaturas criogênicas até temperaturas de incêndio (1260 °C) como também para ter grande resistência mecânica, ser removível, lavável, ser composto por materiais totalmente recicláveis, podendo ser aplicado em áreas propensas à inundações e garantir que cada módulo, que compõe o sistema, possa atuar independentemente dos demais e assim caso ocorra algum problema operacional, não previsto, o módulo defeituoso será restaurado no próprio local e/ou retirado para conserto e reaplicado sem prejudicar o alto rendimento térmico do sistema.

[0076] O DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO é padronizado para cada diâmetro de tubulação tanto para os trechos retos como para curvas, tês, válvulas e demais acessórios. No caso de equipamentos são padronizados para aplicação em superfícies retas e/ou curvadas com variações de largura, espessura da parede e altura do espaço anular para os módulos ou de acordo com o diâmetro e espessura de parede.

[0077] Estes objetivos, características e vantagens do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" objeto da presente Patente de Invenção, tornar-se-ão mais aparentes a partir da seguinte descrição detalhada quando tomada em conjunto com os desenhos que acompanham o presente relatório, nos quais:

[0078] A FIGURA 1 apresenta figuras típicas citadas no Estado da Técnica referente aos STEAM-TRACERS (10) que recebem apenas manta de isolantes fibrosos (15) aplicada envolvendo também a tubulação de processo (20), sendo assim totalmente vulnerável quanto a amassamentos, rasgamentos, encharcamento devido as inevitáveis pequenas infiltrações de água de chuvas ou inundações, e degradações com o tempo. Não se trata, portanto de um dispositivo mecânico. Nesta figura também se observa esquematicamente o fluxo de energia térmica dissipada através do isolante térmico (15) devido as áreas de contato direto tanto com o STEAM-

TRACER como a própria tubulação. E importante observar que o STEAM- TRACER é colocado na geratriz inferior ou superior da tubulação de processo. Os fabricantes argumentam as vantagens ou desvantagens do posicionamento de seus produtos. No entanto em nenhum dos casos a convecção térmica será um dos meios de transmissão de calor que contribuam para a manutenção de temperatura da tubulação de processo e muito menos quando colocado na geratriz superior da tubulação. O Heater Tracing (60) ou ramal de aquecimento elétrico, também é apresentado nesta figura. O HEATER-TRACER (60) é na realidade um cabo elétrico de seção retangular(em sua maioria), ou circular, de delgada espessura acoplado diretamente na superfície externa da tubulação, longitudinalmente ou de forma helicoidal, diferentemente do STEAM_TRACER que exige espaços para passagem dos ramais(tubos), linhas de retorno, curvas de dilatação, purgadores etc.

[0079] A FIGURA 2 apresenta um sistema quem não se configura propriamente como STEAM-TRACER, pois se trata de um encamisamento (50) da tubulação (20) de processo onde o vapor circula no espaço anular existente entre a tubulação (20) e o tubo-camisa (50). Neste sistema o vapor transfere calor diretamente na superfície externa da tubulação (20), sendo, portanto, de alto rendimento, no entanto sua aplicação é normalmente inviabilizada por questões óbvias como as dificuldades de construção/montagem, dimensões e peso do tubo-camisa (50) somando-se ás dimensões e peso do isolante (15) térmico aplicado, prazo extenso, suportação interna e externa, dificuldades para operação e manutenção da tubulação (50) de processo, altíssimo custo envolvido etc. Nesta mesma figura está apresentada uma configuração típica de STEAM-TRACER com isolante térmico rígido (16) como o silicato de cálcio ou a perlita em calhas. Este é o procedimento mais adotado na indústria, principalmente na de petróleo e petroquímica imposto pelas normas técnicas vigentes.

[0080] Sem muito esforço é fácil verificar que a configuração proposta leva a um trabalho praticamente artesanal, pois as calhas (16) utilizadas são as mesmas que são normalmente fabricadas de acordo com o diâmetro externo das tubulações. Assim quando o diâmetro da tubulação passa a ser somado ao diâmetro externo do STEAM-TRACER (10), que pode ter o diâmetro nominal de ½", ¾" ou 1" o valor final jamais coincidirá com o diâmetro de calhas (16) disponíveis no mercado, sendo, portanto, especificado o diâmetro imediatamente superior. Para que ocorra o tangenciamento da calha do isolante com o STEAM-TRACER (10) são feitos recortes e adaptações gerando desperdícios e prazos maiores na aplicação.

[0081] Outro fator importante se refere a fragilidade das calhas de isolante rígido (16) que jamais suportariam impactos ou esforços mecânicos, mesmo pequenos, nas áreas onde não estejam bem apoiados na superfície externa das tubulações, provocando trincas e quebras inaceitáveis. As perdas de calor para o ambiente ocorrem através do isolante devido ao contato direto com o STEAM-TRACER (10) e com a própria tubulação (20).

[0082] A FIGURA 3 é uma vista explodida e em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), para aplicações em tubulações, incluindo as respectivas TAMPAS SOLDÁVEIS (36) para SELAGEM e ESTANQUEIDADE, a TUBULAÇÃO (20) e o STEAM-TRACER (10). Nesta mesma figura aparecem numa vista explodida os diversos componentes do dispositivo mecânico.

[0083] A FIGURA 4 é uma vista FRONTAL da seção transversal e em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), para aplicações em tubulações, incluindo as respectivas TAMPAS SOLDÁVEIS (36) para SELAGEM e ESTANQUEIDADE, a TUBULAÇÃO (20), A exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35) e o STEAM-TRACER (10). Nesta mesma figura aparecem numa vista explodida os diversos componentes do dispositivo mecânico.

[0084] A FIGURA 5 é uma vista em perspectiva dos principais componentes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30) que são os MÓDULOS ou CAMARAS SELADAS (31) dimensionadas para aplicação de vácuo e também para utilização com ar estratificado e/ou inserção de isolantes térmicos convencionais isoladamente ou em combinação inclusive com ar estratificado. Apresenta o detalhe das ESTRIAS (34) de suporte para a inserção e utilização de blindagens térmicas e de pequenos perfis tubulares redondos, quadrados, retangulares, triangulares e/ou oblongos que objetivam restringir a convecção e minimizar os efeitos da radiação térmica.

[0085] São apresentados, também, o RESSALTO DE ANCORAGEM LONGITUDINAL (38) que permite tanto o encaixe/acoplamento dos MÓDULOS ou CÂMARAS SELADAS (31), entre si, utilizando o PERFIL DE FECHAMENTO/ACOPLAMENTO LONGITUDINAL (37), constante na próxima figura, como da PLACA DE PISOTEAMENTO (39), que atua como um "ARCO ROMANO" ,ou seja, quando ocorrer o pisoteamento (pessoas caminhando sobre o dispositivo mecânico) as cargas serão dirigidas para as laterais longitudinais da PLACA DE PISOTEAMENTO (39), que já estava encaixada no RESSALTO DE ANCORAGEM LONGITUDINAL (38) onde as cargas ficarão distribuídas.

[0086] A FIGURA 6 é uma vista em perspectiva do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), para aplicações em tubulações, incluindo o PERFIL DE FECHAMENTO/ACOPLAMENTO LONGITUDINAL (37), os ANÉIS SEPARADORES (32) e a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35). [0087] Esta vista deixa claro que mesmo mantendo a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35) o "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), pode e deve ser aplicado também em tubulações de processo que não necessitem de ramais de aquecimento(STEAM-TRACERS), devido ao excelente desempenho térmico quanto à conservação de energia quando aplicado nas tubulações em geral.

[0088] A FIGURA 7 objetiva deixar bem definidos todos os componentes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), para aplicações em tubulações, incluindo as TAMPAS SOLDÁVEIS (36) para SELAGEM e ESTANQUEIDADE, o PERFIL DE FECHAMENTO/ACOPLAMENTO LONGITUDINAL (37), os ANÉIS SEPARADORES (32) e a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35).

[0089] Esta configuração do "DISPOSITIVO METÁLICO DE ALTO RENDIMENTO PARA STEAM TRACERS (RAMAIS DE AQUECIMENTO COM VAPOR) ou HEAT TRACERS (RAMAIS DE AQUECIMENTO ELÉTRICO)" (30) foi simulada exaustivamente através de análise por elementos finitos, ou seja, Finite Element Modeling (FEA) and Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques, considerando CONJUGATE HEAT TRANSFER , que inclui os efeitos da condução, convecção e radiação.

[0090] Todos os três meios de transferência de calor foram considerados. Primeiro a condução térmica a partir do aquecimento do Steam-Tracer. A partir do aumento de temperatura dos componentes sólidos a convecção térmica interna provoca um movimento ou fluxo nos espaços vazios do dispositivo transferindo calor entre as superfícies internas pelo movimento do AR e finalmente a parcela referente à Radiação térmica incluindo a radiação de superfície para superfície e a radiação térmica para o ambiente.

[0091] A partir dos dados calculados é possível obter os resultados do modelo simulado por integração, como exemplo alguns resultados foram plotados e estão apresentados na FIGURA 12.

[0092] A FIGURA 8 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), idêntica ao exemplo anterior, mas aplicado numa tubulação SEM STEAM-TRACER (10), mas mantendo a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35) vazia.

[0093] Esta configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30) foi simulada exaustivamente através de análise por elementos finitos, ou seja, Finite Element Modeling (FEA) and Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques, considerando CONJUGATE HEAT TRANSFER , que inclui os efeitos da condução, convecção(laminar e/ou turbulenta) e radiação térmica.

[0094] Todos os três meios de transferência de calor foram considerados. Primeiro a condução térmica a partir do aquecimento do Steam-Tracer. A partir do aumento de temperatura dos componentes sólidos a convecção térmica interna provoca um movimento ou fluxo nos espaços vazios do dispositivo transferindo calor entre as superfícies internas pelo movimento do AR e finalmente a parcela referente à Radiação térmica incluindo a radiação de superfície para superfície e a radiação térmica para o ambiente.

[0095] A partir dos dados calculados é possível obter os resultados do modelo simulado por integração, como exemplo alguns resultados foram plotados e estão apresentados na FIGURA 13 [0096] A FIGURA 9 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30), idêntica ao exemplo anterior, aplicado numa tubulação SEM STEAM-TRACER (10), mas retirando a exclusiva "CÂMARA DO STEAM-TRACER" (35), cujo espaço ficou ocupado por mais um dos MÓDULOS ou CÂMARAS SELADAS (31). Esta configuração também atende sem alterações a utilização do HEAT-TRACER ou ramal de aquecimento elétrico, pois este tipo de ramal de aquecimento não exige espaços especiais para sua aplicação.

[0097] Esta configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO" (30) foi também simulada exaustivamente através de análise por elementos finitos, ou seja, Finite Element Modeling (FEA) and Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques, considerando CONJUGATE HEAT TRANSFER , que inclui os efeitos da condução, convecção(laminar e/ou turbulenta) e radiação.

[0098] Todos os três meios de transferência de calor foram considerados. Primeiro a condução térmica a partir do aquecimento do Steam-Tracer. A partir do aumento de temperatura dos componentes sólidos a convecção térmica interna provoca um movimento ou fluxo nos espaços vazios do dispositivo transferindo calor entre as superfícies internas pelo movimento do AR e finalmente a parcela referente à Radiação térmica incluindo a radiação de superfície para superfície e a radiação térmica para o ambiente.

[0099] A partir dos dados calculados é possível obter os resultados do modelo simulado por integração, como por exemplo alguns resultados foram plotados e estão apresentados na FIGURA 14.

[0100] A FIGURA 10 apresenta uma configuração do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO PARA EQUIPAMENTOS, VASOS VERTICAIS ou HORIZONTAIS, FORNOS E TANQUES DE ARMAZENAMENTO" (70), Todos os componentes do Dispositivo mecânico são idênticos aos utilizados em tubulações, excetuando-se os MÓDULOS ou CÂMARAS SELADAS (31) que neste caso são retangulares e não em formato curvo com um determinado ângulo de abertura, Assim os MÓDULOS ou CAMARAS SELADAS passam a ser identificados pelo número (71).

[0101] As FIGURA 12 e 13 apresentam detalhes do "DISPOSITIVO MECÂNICO DE ALTO RENDIMENTO PARA RAMAIS DE AQUECIMENTO PARA EQUIPAMENTOS, VASOS VERTICAIS ou HORIZONTAIS, FORNOS E TANQUES DE ARMAZENAMENTO" (70). O que difere dos componentes utilizados para aplicação em tubulações são os MÓDULOS ou CÂMARAS SELADAS (71) e o local onde será aplicado que passa a ser o costado de um tanque(80) ou superfícies planas de grandes dimensões de fornos etc.