Les fluides de transfert thermique

L'eau et la vapeur sont les fluides thermiques les plus employés dans l'industrie.

L'eau en refroidissement est de préférence utilisée en circuit fermé sur une tour de refroidissement atmosphérique. La température de l'eau de refroidissement ne devra pas dépasser 45°C pour limiter les dépôts de tartre dans les échangeurs. Si le procédé à refroidir est à une température trop élevée, il sera préférable d'utiliser un refroidissement direct à l'air.

Les conditions atmosphériques font que la température la plus froide d'une tour atmosphérique ne pourra pas être inférieure à 25°C en été. Pour des températures plus basses, il faudra faire appel à un système frigorifique.

La vapeur peut être utilisée pour le chauffage depuis la température ambiante jusqu'à des températures de l'ordre de 300°C (pression de vapeur de 100 bars environ). Cependant, au delà de 100°C, l'eau et la vapeur requièrent des pressions de travail significatives, source de danger, et imposant des équipements coûteux. Ces contraintes limitent souvent la température d'utilisation de l'eau et la vapeur à 200°C environ. En comparaison, les fluides de transfert thermique, autorisent des températures de travail de 300°C et plus sous une pression proche de la pression atmosphérique.

Le chauffage par la vapeur nécessite une infrastructure importante (traitement de l'eau d'appoint, générateur de vapeur, recyclage des condensats, ...); pour des unités de petite taille on pourra envisager l'emploi d'un fluide caloporteur organique (huile chaude) lui-même chauffé électriquement ou dans une chaudière à combustible. Le mélange eutectique de biphényl (DP) et d'oxyde de diphényl (DPO) (Dowtherm, Therminol, ...) est largement répandu et utilisable jusqu'à une température de 400°C.

Jusqu'à une température de 500°C des sels fondus peuvent être utilisés pour assurer le chauffage ou le refroidissement. Le plus courant d'entre eux est le mélange de nitrate et de nitrite de sodium et potassium, liquide à partir de 140°C.

Propriétés physiques de fluides caloporteurs

	Eau 100 bars, 300°C	Eutectique DP:DPO	Nitrates:Nitrite 250°C	Nitrates:Nitrite 450°C
Masse volumique (kg/m3)	799	871	1895	1748
Caleur spécifique (kJ/kg/K)	4,84	2,56	1,56	1,56
Conductibilité thermique (W/m/K)	0,62	0,104	0,4	0,3
Viscosité
Température de fusion (°C)	0	12	146	146

Au delà de 500°C, le chauffage du fluide doit faire appel à un chauffage direct, électrique ou en brûlant un combustible dans un four.

Mise en oeuvre des fluides de transfert thermique

Le fluide de transfert thermique circule en boucle entre le générateur et l'équipement thermique utilisateur.
Un équipement tampon doit être inclu dans le circuit en boucle afin d'absorber les variations de volume du liquide consécutives aux variations de température. Celui-ci doit également permettre l'évacuation, pendant la montée en température de l'huile, d'un dégagement gazeux dû aux gaz atmosphériques ou à l'humidité qui ont pu s'accumuler.

Le maintien du fluide thermique à température très élevée pendant un temps long provoquera une dégradation chimique progressive qu'il faudra surveiller en effectuant les analyses périodiques préconisées par le fournisseur. Les fluides organiques seront particulièrement sensibles à l'oxygène dissout qui pourrait s'accumuler lors d'un stockage prolongé à température ambiante; pour l'éviter, le stockage du fluide pourra être maintenu sous une atmosphère inerte d'azote.

Il faut éviter l'accumulation de particules solides en suspension dans le fluide en circulation. Ces particules peuvent provenir de la dégradation du fluide thermique s'accompagnant de la formation de goudrons et de suies, mais aussi de poussière, de sable ou de rouille pénétrant à l'occasion d'opérations de maintenance. Ces particules solides seront éliminés en continu par une filtration en dérivation.