Introduction
Ce chapitre concerne la description et le dimensionnement des échangeurs à plaques. Ces échangeurs ont été étudiés à l’origine pour répondre aux besoins de l’industrie laitière, puis utilisés à la suite dans diverses branches de l’industrie (chimie, pétrochimie, énergie, métallurgie, nucléaire, traitement de l’eau…). On regroupe sous ce vocable différentes technologies dont certaines sont de développement assez récent. Ces appareils compacts et de hautes performances ont de nombreux avantages par rapport aux autres types d’échangeurs : faible encombrement, forte turbulence, coefficient d’échange élevé, faible coût d’installation. Les inconvénients sont liés à leurs avantages : la perte de charge peut y être élevée.
Le type le plus commun est l’échangeur à plaques et joints, dont les applications sont limitées par la pression maximale de service et par la pression différentielle entre les deux fluides. On peut réaliser industriellement aujourd’hui des échangeurs fonctionnant à des pressions de l’ordre de 15 à 20 bars. La température maximale de service est limitée par la nature des joints. On admet, comme limite supérieure d’utilisation des joints standards, une valeur de l’ordre de 150°C et de 230°C pour les joints spéciaux.
Les échangeurs à plaques soudées ou brasées permettent d’utiliser ces surfaces d’échange à des niveaux de température et de pression plus élevés que les échangeurs à plaques et joints. Tous les fluides peuvent être véhiculés dans ces échangeurs, mais les fluides encrassants sont à utiliser avec précaution.
Enfin, les échangeurs dits "à surface secondaire" utilisent des ailettes plissées ou ondulées, qui sont insérées entre les plaques, de façon à accroître la turbulence et donc le transfert de chaleur. Ces échangeurs sont principalement utilisés dans le traitement de l’air, que ce soit pour des applications atmosphériques ou cryogéniques. Leur dimensionnement est relativement complexe et ne sera pas abordé dans ce cours.