Un chiller mal dimensionné se remarque vite. S’il est trop petit, l’eau se réchauffe en été et les cycles s’allongent. S’il est surdimensionné, il démarre et s’arrête sans cesse, consomme plus que nécessaire et vieillit plus tôt. Bien dimensionner un chiller industriel n’est pas difficile : il faut un calcul simple, des données de process fiables et deux ou trois corrections que l’on oublie presque toujours. Ce guide les passe en revue avec un exemple réel d’injection plastique.
Chiller, groupe froid ou refroidisseur de process : de quoi parle-t-on
C’est le même équipement sous différents noms. En Espagne, on parle d’enfriadora, de refroidisseur d’eau ou, de plus en plus, de chiller. Au Mexique et dans une grande partie de l’Amérique latine, on parle de chiller, de refroidisseur d’eau ou d’unité d’eau glacée. Dans tous les cas, c’est une machine frigorifique qui refroidit un fluide (eau ou eau glycolée) et l’envoie au process en circuit fermé. À ne pas confondre avec un thermorégulateur, qui stabilise le moule à une température de consigne, normalement supérieure à celle de l’eau du réseau.
La formule : Q = m · cp · ΔT
La puissance frigorifique nécessaire au process est la chaleur à évacuer par unité de temps :
- Q : puissance frigorifique (kW).
- m : débit massique (kg/s) du produit refroidi ou de l’eau en circulation.
- cp : chaleur spécifique (kJ/kg·K). Eau : 4,18. Eau avec 30 % de glycol : env. 3,8.
- ΔT : écart de température (K ou °C).
En injection plastique, il est plus pratique de travailler avec l’enthalpie du polymère : la chaleur que libère chaque kilo en passant de la température matière à la température d’éjection. On évite ainsi de calculer séparément la chaleur sensible et, pour les semi-cristallins, la chaleur de cristallisation.
Enthalpie indicative par polymère
Valeurs approximatives entre température matière et température de démoulage. Elles suffisent pour un premier calcul ; pour un projet précis, il convient de les vérifier avec la fiche technique de la matière.
| Polymère | Chaleur à évacuer (kJ/kg) | Équivalent (kWh/kg) |
|---|---|---|
| PS | 250–300 | 0,07–0,08 |
| ABS | 300–380 | 0,08–0,11 |
| PC | 300–380 | 0,08–0,11 |
| POM | 420–500 | 0,12–0,14 |
| PA6 / PA66 | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PP | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PE-HD | 600–700 | 0,17–0,19 |
Les semi-cristallins (PP, PE, PA, POM) demandent presque deux fois plus de froid par kilo que les amorphes (PS, ABS, PC). C’est pourquoi deux presses à injecter identiques peuvent nécessiter des chillers très différents.
Exemple : presse à injecter transformant 50 kg/h de PP
- Chaleur de la matière. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30 000 kJ/h. Divisé par 3 600 s : 8,3 kW.
- Charges supplémentaires. Canal chaud, apports dans les tuyauteries et pompe : sur un moule à canal chaud, il est raisonnable d’ajouter 10 à 20 %. Nous prenons 15 % : 8,3 × 1,15 = 9,6 kW.
- Marge de sécurité. Entre 15 % et 25 %, selon la stabilité de la production et la probabilité d’une extension. Avec 20 % : 9,6 × 1,2 = 11,5 kW.
- Correction selon les conditions réelles (température d’eau et ambiante, voir plus bas). Si l’appareil fonctionne hors des conditions nominales, sa puissance utile baisse et il faut choisir un modèle plus grand.
Si le même chiller doit aussi refroidir l’huile hydraulique de la presse ou la goulotte de la trémie, ajoutez ces charges. La donnée fiable est fournie par le fabricant de la machine ; l’estimer à vue conduit souvent à un appareil trop petit.
Le débit d’eau
Une fois la puissance calculée, le débit se déduit de la même formule. Avec 11,5 kW et un écart de 5 °C entre départ et retour : m = 11,5 / (4,18 × 5) = 0,55 kg/s, soit environ 2 m³/h. La pompe du chiller doit pouvoir assurer ce débit avec la perte de charge réelle du circuit : moule, flexibles, raccords et distributeurs. Avec un écart plus grand, le débit diminue, mais le moule travaille avec une différence plus importante entre entrée et sortie. Pour le moule lui-même, consultez notre guide comment calculer le débit de refroidissement d’un moule.
Température de l’eau : chaque degré compte
Les catalogues indiquent la puissance aux conditions nominales, souvent eau 12/7 °C et 35 °C ambiant. En dehors de ces conditions, la puissance change :
- Eau plus froide : chaque degré en dessous du point nominal réduit la capacité, de l’ordre de 3 % par degré. Demander 5 °C alors que le process fonctionne bien à 12 °C coûte cher.
- En dessous d’environ 5 °C il faut travailler avec du glycol, qui réduit l’échange thermique et oblige à surdimensionner.
- Condensation : si l’eau entre dans le moule en dessous du point de rosée de l’air de l’atelier, le moule ruisselle et des défauts et de la corrosion apparaissent. En été, avec une humidité élevée, cela peut arriver dès 12–14 °C.
Fixez la température d’eau la plus élevée que le process accepte, pas la plus basse que l’appareil peut fournir. Pour référence, consultez le tableau des températures de moule par polymère.
Condensation par air ou par eau
| Critère | Condensation par air | Condensation par eau |
|---|---|---|
| Installation | Simple, électricité uniquement | Nécessite une tour de refroidissement ou de l’eau de puits |
| Chaleur rejetée | Dans l’air : dans l’atelier ou à l’extérieur | Dans le circuit d’eau de tour |
| Effet de l’été | Perd de la puissance par forte chaleur ambiante | Plus stable si la tour est bien dimensionnée |
| Efficacité | Plus faible par temps chaud | Normalement plus élevée |
| Entretien | Nettoyer les batteries | Traiter l’eau de tour contre le calcaire et la légionelle |
Un chiller à air installé dans l’atelier lui restitue toute la chaleur qu’il extrait, plus celle du compresseur. Dans un petit atelier, cela peut être acceptable ; dans un bâtiment fermé en août, non. S’il est à air, calculez avec la température ambiante maximale réelle du lieu d’installation, pas avec la valeur nominale.
Erreurs typiques de dimensionnement
- Calculer avec la production moyenne au lieu de la production maximale.
- Oublier le canal chaud, l’huile hydraulique ou les charges qui s’ajouteront d’ici un an.
- Choisir sur la puissance nominale sans corriger selon la température d’eau et ambiante.
- Ne pas vérifier que la pompe vainc la perte de charge de tout le circuit.
- Installer un chiller à air dans un local sans ventilation.
- Surdimensionner du double « au cas où » : l’appareil travaille à faible charge et régule moins bien.
Questions fréquentes
Combien de kW de chiller faut-il pour une presse à injecter ?
Cela dépend de la matière et des kilos par heure, pas de la force de fermeture. Multipliez les kg/h par l’enthalpie du polymère, divisez par 3 600 et ajoutez les charges supplémentaires et la marge.
Quelle marge de sécurité est raisonnable ?
Entre 15 % et 25 % au-dessus de la charge calculée. Au-delà, l’appareil fonctionne presque toujours à charge partielle.
Puis-je utiliser un seul chiller pour plusieurs machines ?
Oui, c’est courant avec un circuit centralisé. Additionnez les charges de toutes les machines, appliquez un facteur de simultanéité réaliste et assurez-vous que chaque machine reçoit son débit.
Ai-je aussi besoin d’un thermorégulateur ?
Si le moule travaille au-dessus de la température de l’eau glacée, normalement oui. Nous l’expliquons dans thermorégulateur ou chiller : différences et quand utiliser chacun.
Nous vous aidons à le dimensionner
Envoyez-nous la matière, les kg/h, la température d’eau dont vous avez besoin et l’emplacement de l’appareil, et nous vérifions le calcul avec vous. Découvrez notre gamme de refroidisseurs industriels, essayez le sélecteur d’équipement ou parlez à un technicien.