O sistema primário é composto por uma caldeira, bomba(s), tubagem, depósito de armazenamento, depósito de expansão, eventualmente um permutador de calor, etc., que são instalados como um circuito, naturalmente equipados com as necessárias unidades de proteção contra pressão e temperatura. A caldeira aquece o óleo térmico e a bomba faz circular o óleo no circuito primário.
Os sistemas de óleo térmico podem ser equipados com os chamados economizadores. Trata-se de unidades instaladas no sistema de gases de escape da caldeira, que permitem melhorar o rendimento em alguns pontos percentuais.
Nos circuitos secundários, ou seja, nas partes do sistema térmico que estão ligadas aos utilizadores (pode ser um tanque de reator, um túnel de secagem ou qualquer outra coisa), o calor necessário será fornecido através de válvulas controladas. O óleo arrefecido é bombeado de volta para o circuito primário para ser novamente aquecido pela caldeira.
É evidente que a capacidade da caldeira depende da dimensão dos circuitos secundários e do calor exigido por cada circuito. Nos sistemas de óleo térmico, todos os circuitos estão protegidos contra sobrepressão, temperatura demasiado elevada ou demasiado baixa, e o caudal é medido constantemente. Em caso de avaria da(s) bomba(s), a caldeira é automaticamente desligada para evitar o sobreaquecimento e/ou a combustão do óleo térmico.
A grande maioria dos sistemas de óleo térmico até 350 °C funciona praticamente sem pressão e na fase líquida do óleo térmico. A temperaturas superiores a 350 °C, a pressão pode atingir até 10 bar. Os sistemas de óleo térmico que operam em torno dos 400 °C podem funcionar não só na fase líquida, mas também na fase gasosa do óleo térmico, dependendo das preferências do cliente.
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