Come si fa il dimensionamento dei cavi scaldanti?

I cavi scaldanti si utilizzano per evitare il congelamento di tubazioni o serbatoi e possono essere del tipo a potenza costante oppure autoregolanti. Il loro dimensionamento deve avvenire seguendo delle precise indicazioni.

Per evitare il congela­mento di tubazioni o serbatoi, o l’accumulo di neve e ghiaccio su tetti e grondaie si ricorre all’uti­lizzo di cavi scaldanti. Sebbene il dimensionamento di questi com­ponenti sia un’attività più ter­mica che elettrica, spesso viene richiesto agli elettricisti di pre­vederne la fornitura e posa. Nel seguito si forniscono alcune in­dicazioni per il dimensionamento di questa tipologia di cavi a pro­tezione del gelo delle tubazioni.

Tipologia di cavi scaldanti

I cavi scaldanti possono essere del tipo a potenza costante o au­toregolanti. Senza entrare trop­po nel dettaglio tecnico possia­mo riassumere come segue.

Cavi scaldanti a potenza costante

I cavi scaldanti a potenza costan­te sono costituiti da un condutto­re di corrente di rame isolato con gomma siliconica, che genera calore. Erogano dunque una po­tenza costante e predetermina­ta, non è possibile sovrapporre il cavo su sé stesso (potrebbero crearsi dei surriscaldamenti) ed è regolato da un termostato che viene attivato quanto è necessa­rio. I cavi a potenza costante pre­sentano i seguenti vantaggi:

• costo ridotto;
• ridotto spessore il che lo rende preferibile per applicazioni sot­topavimento;
• assenza di correnti di spunto;
• maggiore robustezza.

Cavi scaldanti autoregolanti

I cavi scaldanti autoregolanti so­no costituiti da due conduttori in rame stagnato connessi da un nucleo scaldante in polimero con particelle di grafite, oltre che da vari strati di guaine isolanti che servono da protezione dagli a­genti chimici e meccanici. Il nu­cleo si autoregola, ossia varia il suo comportamento sulla base alla temperatura, aumentando la sua potenza, su tutta la lunghez­za del cavo scaldante, in modo inversamente proporzionale alla temperatura dell’elemento con cui è a contatto e non richiede necessariamente l’utilizzo di un termostato.

Questa sua autore­golazione evita problemi di sur­riscaldamento e bruciature ed è quindi possibile sovrapporlo senza alcun rischio di danneg­giamento. I cavi ad autoregolanti presentano i seguenti vantaggi:

• regolazione puntuale della po­tenza emessa;
• possibilità di essere tagliato su misura durante la posa;
• nessuna possibilità di surriscal­damento;
• possibilità di sovrapposizione del cavo su sé stesso (facilità di posa su valvole, flange…);
• efficienza energetica.

Dimensionamento di un cavo scaldante e protezione di una tubazione

Il cavo da installare a protezio­ne di una tubazione deve essere scelto di potenza tale da mante­nere la tubazione stessa a una temperatura superiore a quella di congelamento (solitamente 4 °C). Nel caso di tubazioni con un singolo strato di isolante termi­co, la potenza nominale del cavo scaldante potrà essere determi­nata con la seguente formula:

P=[7,85*k*(Tm – Ta)]/Ln(D2/D1)

Dove:

• P = potenza W/m del cavo scal­dante;
• k = conducibilità termica dell’i­solante in W/m °C;
• Tm = temperatura che si vuole mantenere della tubazione;
• Ta = temperatura minima am­bientale;
• ln(D2/D1) = logaritmo naturale del rapporto dei diametri di iso­lamento esterno ed interno e­spresso in metri.

Supponiamo di voler protegge­re contro il gelo una tubazione di diametro 150 mm coibentata con lana di roccia spessore 20 mm (k = 0,04 W/m °C) ed installata in un ambiente dove la temperatu­ra può scendere fino a –10 °C:

• la temperatura minima ammes­sa della tubazione Tm, a favore della sicurezza, sarà pari a 5 °C (e pertanto Tm – Ta = 15 °C);
• il diametro esterno dell’isolante sarà pari al diametro della tuba­zione sommato al doppio dello spessore dell’isolante stesso (150 + 20 + 20 mm = 0,19 m);
• il diametro interno dell’isolante sarà pari al diametro della tuba­zione (0,15m).

Avremo pertanto che:

P= 7,85*0,04*15/0,236 = 19,96 W/m

Dal catalogo di un costruttore possiamo pertanto scegliere il cavo con potenza adeguata al caso in esame che nello specifico sarà un 25 W/m.

Ovviamente, una volta definita la potenza del cavo, bisognerà con­teggiare i metri necessari per di­mensionare correttamente l’ali­mentazione elettrica in base alla potenza complessivamente as­sorbita (con un margine di tolle­ranza per evitare scatti intempe­stivi delle protezioni).

Per evitare infine che il cavo, an­che se autoregolante, rimanga permanentemente in tensione (anche quando le temperature ambiente non creano rischio di congelamento), è consigliabile installare un termostato che lo a­limenti solo al di sotto di un certo valore di temperatura.