1. DIAGRAMA DE MOLLIER O DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA
El diagrama Mollier, diagrama presión-entalpía o simplemente diagrama entálpico, es una representación grafica de las características de un refrigerante y por tanto es distinto para cada uno. Se representa en el eje vertical la presión absoluta sobre una escala logarítmica. Debes prestar especial atención al utilizar este tipo de escalas, ya que las distancias entre los distintos puntos no son iguales que en una escala decimal. Como puedes ver en la siguiente imagen, en una escala logarítmica la distancia del 1 al 10 es la misma que la del 10 al 100, cosa que no ocurre en una escala decimal.
Fig. 1: Escala logarítmica.
Para ti no es importante saber cómo se construyen este tipo de escalas, pero sí que debes prestar especial atención cuando intentes localizar puntos en ella. Por otro lado en el eje horizontal se representa la entalpía específica (h). Recuerda que la entalpía es la cantidad de energía térmica que contiene el refrigerante por kg del mismo. Se expresa en kJ/kg. Por ejemplo, si un compresor proporciona 1 kJ de trabajo mecánico a 1Kg del fluido que comprime, su entalpía aumenta en 1kJ/kg. Por otro lado existe un punto crítico que coincide con la unión de las líneas de vapor saturado y líquido saturado de la curva de Andrews y que en algunos casos no se representa, como ocurre en el diagrama de la siguiente imagen. Cuando superamos la presión correspondiente a ese punto, el refrigerante no es posible condensarlo. Si te has fijado, en el diagrama p-h se representan muchas líneas que tienen un significado y que nos van a permitir estudiar el comportamiento de la máquina cuando dibujemos sobre el diagrama los cuatro procesos del ciclo frigorífico. En la siguiente imagen tienes representadas cada una de estas líneas así como su denominación. Comentaremos a continuación el significado de cada una de estas líneas: Isobaras. Son líneas de presión constante, es decir, cualquier punto que elijamos sobre una isobara tendrá la misma presión (iso = igual). Como la presión se representa en el eje vertical, las isobaras son líneas horizontales. En la figura 8 hemos dibujado la isobara correspondiente a 1 bar de presión absoluta. Isoentálpicas. Son líneas de entalpía constante, es decir, cualquier punto que elijamos sobre una isoentálpica tendrá la misma entalpía. Como la entalpía se representa en el eje horizontal, las isoentálpicas son líneas verticales. En la figura 8 hemos representado la isoentálpica correspondiente a 220 kJ/kg. Isotermas. Son líneas de temperatura constante y tienen tres zonas bien diferenciadas: • • •
En el interior de la curva de Andrews, las líneas son horizontales, ya que se corresponden al cambio de estado de líquido a vapor o de vapor a líquido. En la zona de vapor, son líneas curvas descendentes, ya que al aumentar la cantidad de calor aportado al vapor, el volumen aumenta y la presión disminuye. En la zona de líquido, parecido a la zona de vapor, aunque aquí las líneas son más verticales y rectas, debido a la escasa comprensibilidad de los líquidos.
En el grafico de la siguiente imagen se ha dibujado la isoterma de 30 ºC
1
Fig. 1: Líneas del diagrama de Mollier.
Iséntropa. Son líneas de entropía constante. En la figura 8 aparece dibujada la línea de 1,9 kJ/kg K. Generalmente no se dibujan en la región de liquido para no complicar en exceso el diagrama. El exponente isentrópico (inclinación de las líneas iséntropas, cuanto más inclinadas mayor índice isentrópico) debe ser reducido, para que el trabajo de compresión Wcomp sea menor y tengamos mayor eficiencia energética. Isócora. Son líneas de volumen específico constante. Estas líneas son importantes, ya que si el volumen específico aumenta, la cantidad de refrigerante en circulación disminuye, puesto que la capacidad de los cilindros del compresor es limitada. En la figura 8 aparece resaltada la línea correspondiente a 0,1 m3/kg. Titulo de vapor. Estas líneas están situadas en el interior de la curva de Andrews y representan la cantidad de vapor que existe en la mezcla "líquido+vapor" en un punto cualquiera durante el cambio de estado. En la imagen anterior se ha representado la línea correspondiente a X = 0,2 (20 % de vapor + 80 % de líquido). También se denominan líneas de calidad de líquido.
2
EJEMPLO 1: Sobre el diagrama p-h del refrigerante R-134a, representa los 4 puntos que se indican en la siguiente tabla.
SOLUCCION: Los puntos que deberías haber señalado en el diagrama del R-134a se representan en la figura siguiente y se dibuja el ciclo frigorífico.
3
EJEMPLO 2: El diagrama p-h que se muestra a continuación corresponde al refrigerante R410a. Dibuja sobre este diagrama las líneas siguientes: • • • •
Isoterma correspondiente a -15 °C. Isobara correspondiente a 15 bar Iséntropa correspondiente a 1,90 kJ/kg º K Isócora correspondiente a 0,035 m3/kg
Nota: Para realizar este ejercicio utiliza los diagramas que se incluyen al final de la unidad.
SOLUCCION: Las líneas se representan como se muestra en el siguiente esquema:
4
5
