Échangeurs de chaleurs

1. Les données nécessaires au dimensionnement d’un échangeur à plaques sont :

• Nature, débits et caractéristiques des fluides,

• Températures d’entrée et de sortie de chacun des fluides,

• Perte de charge maximale admissible,

• Pression de service des fluides.

2. On commencera classiquement à calculer le flux de chaleur échangé dans l’installation par l’une des trois relations :

On notera au passage que le facteur correctif F est égal à 1 pour les échangeurs à plaques.

3. On prend ensuite une valeur initial H0 à partir des ordres de grandeur fournis ci-dessus. On peut ainsi calculer la surface d’échange S0.

4. Le choix des plaques utilisées sera fait selon la notice technique du constructeur, en fonction de la surface d’échange S0 précédemment calculée et du débit maximal admissible à la traversée de l’installation.

A titre d’exemple, la notice technique de la CIAT pour les échangeurs à plaques est partiellement reproduite ci-après.

5. Le type de plaque étant choisi, on peut calculer le nombre de plaques nécessaire N, et le nombre de canaux n disponibles pour chaque fluide (n=N+1/2).

On tient en effet compte des deux plaques extrêmes (contre les flasques), qui ne participent pas à l’échange de chaleur, mais permettent toutefois la circulation des fluides.

6. En prenant bien garde au fait que chacun des fluides se divise alors en n filets qui s’écoulent chacun entre deux plaques, on peut faire un calcul détaillé de l’échangeur, à partir notamment des corrélations donnant les coefficients de film présentées en partie 4. On en déduit alors un coefficient global de transfert de chaleur H1 disponible.

7. On compare enfin H0 (nécessaire) et H1 (disponible).

• Si le coefficient de transfert disponible est supérieur au coefficient de transfert nécessaire, la configuration envisagée est convenable d’un point de vue transfert de chaleur. On vérifie alors que la perte de charge dans l’installation est inférieure à celle maximale admissible, et l’on s’assure que l’échangeur est optimisé, en termes de taille ou de coefficient global de transfert de chaleur.

• Si le coefficient de transfert de chaleur disponible est inférieur au coefficient de transfert de chaleur nécessaire, l’installation ne convient pas, et il faut recommencer le calcul en prenant par exemple :

On recommence bien évidemment la procédure tant que la configuration de l’échangeur n’est pas optimisée (d’un point de vue transfert de chaleur, perte de charge et encombrement)