Les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés dans de nombreux secteurs, du CVC et de l’agroalimentaire à la chimie et à l’énergie. Ils sont compacts, transfèrent efficacement la chaleur et ont une conception modulaire. Sur site, vous ne profitez toutefois de ces avantages que si l’appareil est bien choisi pour l’application.
Un mauvais choix d’échangeur à plaques entraîne une capacité insuffisante, une forte consommation d’énergie de pompage, une corrosion prématurée, des fuites au niveau des joints et une maintenance fréquente. Quels critères techniques faut-il donc vérifier pour faire le bon choix ? Passons-les en revue étape par étape.
1. Données de procédé : puissance, débits et températures
La première étape consiste à définir entièrement les données de procédé des côtés chaud et froid. Le calcul thermique repose sur ces données. Si elles sont incomplètes ou estimées, vous obtenez un appareil surdimensionné ou trop petit.
- Puissance thermique (kW) : la quantité de chaleur à transférer.
- Débits (m³/h ou kg/s) : le débit de chaque côté.
- Températures d’entrée et de sortie (°C) : au moins trois des quatre températures doivent être connues.
- Mode de fonctionnement : le système fonctionne-t-il en continu, sous charge variable ou de façon saisonnière ?
Un atout majeur des échangeurs à plaques est le véritable contre-courant, qui permet des écarts de température (pincements) entre les côtés chaud et froid de seulement 1 à 2 °C. Cependant, plus le pincement est faible, plus la surface d’échange nécessaire augmente rapidement, et le coût avec elle. Les températures cibles doivent donc refléter les besoins réels du procédé.
Communiquez également les conditions de charge minimale et maximale. Dans les installations soumises à des écarts été/hiver ou à des charges variables, l’échangeur doit rester performant sur toute la plage de fonctionnement, et pas seulement au point de dimensionnement.
2. Propriétés des fluides et perte de charge admissible
La nature du fluide influe directement sur les performances thermiques et sur le choix des matériaux. On ne peut pas utiliser la même conception pour l’eau, le glycol, l’huile, l’eau de mer et les solutions chimiques.
- Type de fluide et concentration : la concentration en glycol (par exemple 30 % ou 40 %) modifie la capacité d’échange thermique et la viscosité.
- Viscosité : avec les fluides très visqueux (huile, sirop, etc.), le coefficient d’échange diminue et la perte de charge augmente.
- Teneur en particules et en fibres : elles peuvent obstruer les canaux étroits des plaques. Il faut alors envisager des plaques à passage large.
- Teneur en chlorures et pH : ce sont des données essentielles pour choisir le matériau des plaques.
La perte de charge est le paramètre le plus souvent négligé lors de la sélection. Dans un échangeur à plaques, une forte turbulence signifie à la fois un bon transfert thermique et une perte de charge élevée. Une faible perte de charge admissible impose davantage de plaques. Une perte de charge élevée réduit la taille de l’appareil mais augmente l’énergie de pompage.
3. Matériaux des plaques et des joints
Options courantes de matériaux de plaques et de joints selon l’application. Le choix final dépend de la chimie du fluide, de la température et de la teneur en chlorures.
N’oubliez pas qu’une plaque résistante ne suffit pas à elle seule. Par exemple, un joint EPDM peut gonfler au contact d’un fluide huileux et commencer à fuir en peu de temps. Les produits chimiques de nettoyage utilisés pendant la maintenance doivent eux aussi être compatibles avec la plaque et le joint.
Pour en savoir plus, consultez nos articles Choix du matériau des plaques et Types de joints des échangeurs de chaleur à plaques.
4. Type de construction et profil des plaques
Les échangeurs de chaleur à plaques se répartissent en trois grandes familles selon leur mode d’étanchéité, chacune adaptée à des applications différentes.
Comparaison des échangeurs de chaleur à plaques à joints, brasés et soudés selon leur caractéristique principale et leur application type.
Les échangeurs brasés ne pouvant pas être nettoyés mécaniquement, il faut les utiliser avec prudence pour les fluides encrassants ou chargés en particules. Lorsque la facilité de maintenance est prioritaire, le modèle à joints est généralement le meilleur choix.
Le profil des plaques (angle des chevrons) agit aussi directement sur les performances. Les plaques à angle aigu (« dures », type H) donnent plus de turbulence et de transfert thermique, mais augmentent la perte de charge. Les plaques à angle ouvert (« douces », type L) fonctionnent avec une perte de charge plus faible. Une bonne conception thermique combine les deux types de plaques (canal de type M) pour trouver le meilleur équilibre entre capacité et perte de charge.
Le diamètre des orifices de raccordement doit également être vérifié. Une vitesse trop élevée aux orifices peut entraîner une mauvaise répartition entre les plaques, une perte de charge supplémentaire et de l’érosion.
5. Conditions de calcul, marge d’encrassement et facilité de maintenance
Pression et température de calcul : l’échangeur doit être choisi pour la pression et la température les plus élevées pouvant survenir dans l’installation. Les valeurs de fonctionnement normales ne suffisent pas. Il faut aussi tenir compte des démarrages de pompes, des coups de bélier et de la différence de pression entre les deux circuits. Pour les modèles à joints, la limite de température est généralement fixée par le matériau du joint.
Marge d’encrassement : la forte turbulence des échangeurs à plaques réduit nettement l’encrassement par rapport aux échangeurs tubulaires. Trop de surface supplémentaire peut réduire la vitesse dans les canaux et, au contraire, augmenter l’encrassement. La marge d’encrassement doit donc rester raisonnable et tenir compte de la nature réelle du fluide.
Maintenance et extension : pour les échangeurs à joints, un bâti assez long pour recevoir des plaques supplémentaires permet d’augmenter la capacité plus tard sans acheter un nouvel appareil. Les raccords NEP (CIP), l’espace d’intervention et les délais de livraison des pièces de rechange (plaques, joints) doivent aussi être pris en compte dès la sélection. Pour les procédures de maintenance, consultez notre Guide de nettoyage et de maintenance des échangeurs de chaleur à plaques.
Normes et certificats : selon l’application, il faut exiger la conformité à la directive équipements sous pression (DESP/PED), une conception hygiénique pour les applications alimentaires et des certificats matières. Notre article Méthodes d’essai des échangeurs de chaleur à plaques détaille les essais de pression et d’étanchéité réalisés avant la livraison.
Liste de contrôle avant une demande de devis
Préparer les informations suivantes permet un calcul thermique rapide et précis :
Liste des données de procédé à transmettre à votre fournisseur pour un calcul thermique et un devis précis.
Conclusion
Le choix d’un échangeur de chaleur à plaques ne se limite pas à une valeur de puissance. C’est une démarche d’ingénierie qui prend en compte à la fois les données de procédé, les propriétés des fluides, les matériaux, le type de construction et les besoins de maintenance. Un échangeur bien choisi est rentabilisé par de faibles coûts d’exploitation et de longues années de fonctionnement sans problème.
Chez Refkar Soğutma, nous effectuons les calculs thermiques à partir de vos données de procédé et choisissons le type de plaque, de joint et de construction adapté à votre application. Contactez-nous pour bénéficier d’un accompagnement technique pour votre projet.
