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    La chimie des fluides thermiques expliquée

    Dow Chemical propose deux types fondamentaux de fluides thermiques à basse température avec ses portefeuilles DOWTHERM™ (à base d'éthylène glycol) et DOWCAL™ (à base de propylène glycol).  Les deux produits chimiques sont reconnus comme des solutions efficaces de contrôle de la température, mais comment diffèrent-ils et quelle solution est le fluide le plus adapté à vos besoins ? Cet article a pour but de simplifier et de répondre à ces questions afin de garantir une sélection correcte du fluide thermique.


     

Expertise en fluides thermiques - DOWCAL™ et DOWTHERM™


DOWFROST™ et DOWTHERM™ sont la solution pour les besoins de transfert de chaleur à basse température, avec plus de 30 ans de succès prouvé dans les systèmes CVC, les installations de transformation alimentaire et autres équipements exposés à des températures modérées (<350°F). Il existe de légères différences dans la composition chimique de ces produits, mais des procédures de manipulation et d'utilisation distinctes et individuelles ne sont pas nécessaires.
 
Il y a trois facteurs principaux à évaluer pour choisir entre une solution de propylène glycol et une solution d'éthylène glycol :

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    Toxicité relative

    L'éthylène glycol (EG) est classé comme modérément toxique en cas d'ingestion, la dose létale étant d'environ 100 ml ou 3 onces.  Dans les milieux industriels où les travailleurs peuvent être exposés à la GE par inhalation, contact cutané ou oculaire, les problèmes de santé sont relativement mineurs.
     
    Le propylène glycol (PG) présente une faible toxicité orale et est utilisé depuis longtemps dans les produits alimentaires et pharmaceutiques. L'exposition industrielle ne pose généralement pas de problème de santé.  Bien que ces fluides diffèrent légèrement, il est recommandé de traiter les deux produits avec les mêmes précautions, une manipulation sûre et les mêmes procédés.
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    Impact réglementaire

    L'éthylène et le propylène glycol ne figurent pas sur la liste des "substances dangereuses" de l'EPA.  Cependant, le DOWTHERM™ est soumis aux exigences de déclaration de la Superfund Amendments and Reauthorization Act (SARA) et de la Comprehensive Environmental Response, Compensation and Liability Act (CERCLA) en raison de sa toxicité orale aiguë et de son potentiel de polluant atmosphérique.
     
    Le PG est considéré comme GRAS (généralement reconnu comme sûr) par la FDA en vertu de la norme 21 CFR 187.1666 et peut être utilisé dans une large gamme d'équipements alimentaires, de boissons et pharmaceutiques.
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    Efficacité du transfert de chaleur

    Le PG est plus visqueux que l'EG, surtout à très basse température.  Il en résulte une possible perte d'efficacité dans les applications de réfrigération.
     
    Pour mieux déterminer l'efficacité du transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur refroidi par air, l'équation suivante peut être utilisée ;


    Heat-Transfer-Equation.png

    Lorsqu'il est utilisé à une dilution de 50 % avec de l'eau (tableau 1), il y a une différence d'efficacité appréciable entre l'EG (4,7 % de perte) et le PG (11,7 % de perte) en raison de la viscosité plus élevée du fluide PG.  
     
Tableau 1 : Comparaison du transfert de chaleur (50% EG) avec (50% PG)
    Temp °C
    Re (EG)
    Re (PG)
    hi (EG)
    hi (PG)
    A†
    U (EG)
    U (PG)
    B††
    76.6
    54,612
    45,564
    968
    855
    11.7
    18.69
    18.64
    99.7
    48.8
    31,554
    23,648
    739
    628
    15.0
    18.58
    18.49
    99.5
    21.1
    15,318
    8,983
    508
    356*
    29.9
    18.36
    18.09
    98.5
    -3.8
    6,152
    2,478
    275*
    121*
    56.0
    17.82
    16.46
    92.4
    -17.7
    3,054
    947
    151*
    --*
    --*
    16.92
    --**
    --
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Tableau 2 : Comparaison des propriétés physiques de EG et PG
     
    Éthylène glycol (100%)
    Propylène glycol (100%)
    Ethylène glycol (solution à 50%)
    Propylène glycol (solution à 50%)
    Poids moléculaire          
    62.1
    76.1
    --
    --
    Point de congélation     
    8°F (-13°C)
    -71°F (-58°C) Tg
    -34°F (-36°C)
    -29°F (-33°C)
    Gravité spécifique          
    1.110
    1.033
    1.082
    1.050
    Densité (lb/ft^3)            
    69.12
    64.32
    67.05
    65.14
    Point d'éclair    
    240°F (115°C)
    220°F (104°C)
    None
    None
    Point d'ébullition           
    387°F (198°C)
    369°F (188°C)
    225°F (108°C)
    222°F (105°C)

Explication des propriétés physiques


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    Viscosité

    Le PG est plus visqueux que l'EG, cette différence est particulièrement sensible à basse température où la viscosité augmente. En fonctionnement à 170°F, la différence de viscosité entre EG et PG est d'environ 10% et est généralement imperceptible.  À des températures plus froides et dans des conditions de démarrage, le PG nécessitera beaucoup plus d'énergie. 
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    Point de congélation

    Le propylène glycol a un poids moléculaire plus élevé que l'EG et est moins efficace pour réduire le point de congélation de l'eau.  Il faut environ 2 % de concentration de PG en plus pour obtenir une protection contre le gel équivalente à celle d'une solution à base d'EG.
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    Poids spécifique

    La gravité spécifique du propylène glycol est très similaire à celle de l'eau, il est donc impossible d'identifier la gravité spécifique des solutions de PG de la même manière que pour les solutions d'EG.  À un niveau élevé, un gallon de PG pèsera moins que EG.
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    Paramètre de solubilité

    Le PG a une plus grande affinité pour les matières huileuses que l'EG, ce qui se traduit par un paramètre de solubilité plus faible.  Le PG agit légèrement mieux comme solvant que l'EG et peut avoir un effet plus important sur certains plastiques/élastomères à des températures plus élevées.


     

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