Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Étude de l’huile de jatropha curcas pour son utilisation comme fluide de transfert et de stockage thermique à haute température. | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Aboubakar GOMNA | Année de publication : | 2020 | Importance : | 151 p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | Le bilan des huiles thermiques minérales et synthétiques utilisées dans les procédés industriels montre qu’elles sont, pour la plupart, toxiques et très peu biodégradables. Aujourd'hui, avec la recrudescence des préoccupations environnementales, l’utilisation des huiles végétales à ces fins suscite un intérêt croissant.
Les travaux de cette thèse ont contribué à l’étude de l’utilisation de l’huile végétale de Jatropha curcas comme fluide de transfert de chaleur ou fluide de stockage de chaleur pour des applications dans la plage de températures de 100 °C à 300 °C. La revue de la littérature a montré, au vu de leurs propriétés physicochimiques, le grand potentiel des huiles végétales pour ce type d’applications. Leur principale limitation reste néanmoins la faible stabilité à l’oxydation qui s’accentue avec l’augmentation de la température.
Les tests de stabilité thermique ont révélé que l’huile de Jatropha curcas peut être utilisée jusqu’à environ 250 °C pour assurer sa durabilité. Au terme des tests thermiques réalisés à 210 °C pendant 2160 h, la valeur initiale de la viscosité cinématique de l’huile a triplé. Les autres propriétés mesurées n’ont cependant pas connu de changements notables. Le mélange avec l’huile Dowtherm A, sans doute l’huile la plus utilisée dans les centrales solaires à concentration, a permis de réduire la viscosité et d’améliorer la stabilité thermique par rapport à l’huile végétale pure. L’étude des interactions et la détermination des proportions optimales des deux huiles dans le mélange restent à mener.
Les tests de vieillissement thermique ont montré une bonne compatibilité entre l’huile de jatropha et divers métaux testés. L’effet catalytique de la température sur la corrosion des métaux a également été mis en évidence. Par exemple, l’acier inox 316L, le métal le plus stable, a à 210 °C un taux de corrosion 50 fois plus important qu’à la température ambiante. Avec un taux de corrosion d’environ 0,09 mm·an-1, l’acier au carbone est le métal le moins recommandé pour une utilisation avec l’huile de jatropha à 210 °C. À température ambiante, le cuivre est le moins stable avec un taux de corrosion autour de 0,002 mm·an-1.
Au vu des résultats obtenus lors de ces travaux de thèse, l’huile de Jatropha curcas présente un réel potentiel comme fluide caloporteur et fluide de stockage de chaleur pour des applications dans la plage de température de 100 °C à 250 °C.
Abstract : Mineral and synthetic fluids used as thermal oils in industrial processes are either petroleum derivatives or chemical synthesis products. These oils are generally toxic and poorly biodegradable. Today, with environmental concerns, there is growing interest in the use of vegetable oils for these purposes.
In this thesis, the use of Jatropha curcas oil as heat transfer fluid or thermal energy storage material has been investigated for temperature ranging from 100 °C to 300 °C. First, a review of the literature showed the great potential of vegetable oils for applications at high temperatures in regard to their physicochemical properties. The main limitation of these vegetable oils remains their low oxidation stability which is enhanced as the temperature increases.
The thermal stability tests carried out indicate that the maximum temperature for using Jatropha curcas oil is around 250 °C. Tests carried out at a temperature of 210 °C, during 2160 h revealed evidences of Jatropha curcas oil polymerisation. The initial value of the viscosity of jatropha oil was tripled due to this polymerisation. However, no significant changes were recorded when measuring the other properties of the oil. Blending with Dowtherm A synthetic oil, the most used heat transfer fluid in concentrated solar plants, has reduced viscosity and improved thermal stability compared to pure vegetable oil. Nevertheless, more tests have to be carried out to understand the interactions between jatropha and Dowtherm and to determine an optimal blending.
Thermal ageing tests of Jatropha curcas oil with various metals show good compatibility between the oil and these metals. The corrosion rates recorded were higher in high temperature tests compared to ambient temperature tests. The results show the catalytic effect of temperature in the corrosion of metals by Jatropha curcas oil. For example, 316L stainless steel, the most stable metal, has a corrosion rate 50 times higher at 210 °C than at ambient temperature. At 210 °C, carbon steel has the highest corrosion rate, around 0.09 mm·year-1 while copper, with 0.002 mm·year-1 has the highest corrosion rate at ambient temperature. At high temperatures, carbon steel is the least indicated material while for storage at ambient temperature, copper is the least recommended.
According to the main results obtained, Jatropha curcas oil is of great interest as heat transfer fluid or thermal energy storage material for applications in temperature range of 100 °C to 250 °C. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Étude de l’huile de jatropha curcas pour son utilisation comme fluide de transfert et de stockage thermique à haute température. [texte imprimé] / Aboubakar GOMNA . - 2020 . - 151 p. Langues : Français ( fre) Résumé : | Le bilan des huiles thermiques minérales et synthétiques utilisées dans les procédés industriels montre qu’elles sont, pour la plupart, toxiques et très peu biodégradables. Aujourd'hui, avec la recrudescence des préoccupations environnementales, l’utilisation des huiles végétales à ces fins suscite un intérêt croissant.
Les travaux de cette thèse ont contribué à l’étude de l’utilisation de l’huile végétale de Jatropha curcas comme fluide de transfert de chaleur ou fluide de stockage de chaleur pour des applications dans la plage de températures de 100 °C à 300 °C. La revue de la littérature a montré, au vu de leurs propriétés physicochimiques, le grand potentiel des huiles végétales pour ce type d’applications. Leur principale limitation reste néanmoins la faible stabilité à l’oxydation qui s’accentue avec l’augmentation de la température.
Les tests de stabilité thermique ont révélé que l’huile de Jatropha curcas peut être utilisée jusqu’à environ 250 °C pour assurer sa durabilité. Au terme des tests thermiques réalisés à 210 °C pendant 2160 h, la valeur initiale de la viscosité cinématique de l’huile a triplé. Les autres propriétés mesurées n’ont cependant pas connu de changements notables. Le mélange avec l’huile Dowtherm A, sans doute l’huile la plus utilisée dans les centrales solaires à concentration, a permis de réduire la viscosité et d’améliorer la stabilité thermique par rapport à l’huile végétale pure. L’étude des interactions et la détermination des proportions optimales des deux huiles dans le mélange restent à mener.
Les tests de vieillissement thermique ont montré une bonne compatibilité entre l’huile de jatropha et divers métaux testés. L’effet catalytique de la température sur la corrosion des métaux a également été mis en évidence. Par exemple, l’acier inox 316L, le métal le plus stable, a à 210 °C un taux de corrosion 50 fois plus important qu’à la température ambiante. Avec un taux de corrosion d’environ 0,09 mm·an-1, l’acier au carbone est le métal le moins recommandé pour une utilisation avec l’huile de jatropha à 210 °C. À température ambiante, le cuivre est le moins stable avec un taux de corrosion autour de 0,002 mm·an-1.
Au vu des résultats obtenus lors de ces travaux de thèse, l’huile de Jatropha curcas présente un réel potentiel comme fluide caloporteur et fluide de stockage de chaleur pour des applications dans la plage de température de 100 °C à 250 °C.
Abstract : Mineral and synthetic fluids used as thermal oils in industrial processes are either petroleum derivatives or chemical synthesis products. These oils are generally toxic and poorly biodegradable. Today, with environmental concerns, there is growing interest in the use of vegetable oils for these purposes.
In this thesis, the use of Jatropha curcas oil as heat transfer fluid or thermal energy storage material has been investigated for temperature ranging from 100 °C to 300 °C. First, a review of the literature showed the great potential of vegetable oils for applications at high temperatures in regard to their physicochemical properties. The main limitation of these vegetable oils remains their low oxidation stability which is enhanced as the temperature increases.
The thermal stability tests carried out indicate that the maximum temperature for using Jatropha curcas oil is around 250 °C. Tests carried out at a temperature of 210 °C, during 2160 h revealed evidences of Jatropha curcas oil polymerisation. The initial value of the viscosity of jatropha oil was tripled due to this polymerisation. However, no significant changes were recorded when measuring the other properties of the oil. Blending with Dowtherm A synthetic oil, the most used heat transfer fluid in concentrated solar plants, has reduced viscosity and improved thermal stability compared to pure vegetable oil. Nevertheless, more tests have to be carried out to understand the interactions between jatropha and Dowtherm and to determine an optimal blending.
Thermal ageing tests of Jatropha curcas oil with various metals show good compatibility between the oil and these metals. The corrosion rates recorded were higher in high temperature tests compared to ambient temperature tests. The results show the catalytic effect of temperature in the corrosion of metals by Jatropha curcas oil. For example, 316L stainless steel, the most stable metal, has a corrosion rate 50 times higher at 210 °C than at ambient temperature. At 210 °C, carbon steel has the highest corrosion rate, around 0.09 mm·year-1 while copper, with 0.002 mm·year-1 has the highest corrosion rate at ambient temperature. At high temperatures, carbon steel is the least indicated material while for storage at ambient temperature, copper is the least recommended.
According to the main results obtained, Jatropha curcas oil is of great interest as heat transfer fluid or thermal energy storage material for applications in temperature range of 100 °C to 250 °C. |
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