El diagrama de Mollier es la tabla en la cual pueden representarse en un punto las condiciones del refrigerante en cualquier estado termodinámico y en cualquier parte del ciclo. A veces esta tabla se menciona como “tabla P-h” o “tabla presión-entalpía”.
A continuación te explicamos con detalle toda la teoría para aprender este complejo diagrama que todo técnico en frío y calor debe conocer.
Cómo leer el diagrama de mollier
Líneas de Presión constante y Líneas de Entalpía
Las líneas horizontales son las líneas de presión constante, y las líneas verticales son las líneas de “entalpía” constante, o sea la cantidad de calor presente en un kilo de refrigerante.
Observe que las presiones son presiones absolutas y que la escala es logarítmica.
Entalpía
Aunque la entalpía a veces se define como el “calor total”, se define más correcta y específicamente como la suma de toda la energía suministrada por una masa de materia dada en cualquier condición termodinámica.
La fórmula para el cálculo de la entalpía se indica a continuación.
h = u + p v/ j
Donde:
H: entalpía (kcal/kg)
U: energía interna (kcal//kg)
P: presión absoluta (kgf/cm2)
V: volumen específico (m3 /kg)
J: energía mecánica equivalente.
Línea de líquido saturado y línea de vapor saturado
Tal como lo muestra la figura siguiente el diagrama se divide en tres partes principales separadas por la línea de líquido saturado y la línea de vapor saturado.
La parte a la izquierda de la línea de líquido saturado se llama “zona subenfriada”. En cualquier punto de la zona subenfriada, el refrigerante se encuentra en estado líquido y su temperatura es inferior a la temperatura de saturación correspondiente a su presión.
La parte a la derecha de la línea de vapor saturado se llama “zona recalentada”. En esta parte, el refrigerante está en forma de vapor recalentado. La parte central de la tabla, entre las líneas de líquido saturado y de vapor saturado, se llama “zona de cambio de fase”, que representa el cambio de fase del refrigerante entre los estados líquido y de vapor. En cualquier punto entre las dos líneas, el refrigerante tiene la forma de una mezcla de líquido y vapor.
Tal como se ve en la figura anterior el punto de unión entre la línea de líquido saturado y la línea de vapor saturado se llama “punto crítico”. La temperatura y la presión en este punto se denominan respectivamente “temperatura critica” y “presión crítica”.
Temperatura Crítica
La temperatura crítica de un gas es la temperatura más elevada a la cual dicho gas puede condensarse por aplicación de presión. La temperatura crítica difiere según los tipos de gases.
| SUSTANCIA | TEMPERATURA CRÍTICA °C) | PRESIÓN CRÍTICA (kgf/cm2 abs.) |
| Agua | 374,0 | 225,5 |
| Dióxido de Carbono | 31,0 | 75,2 |
| Amoniaco | 132,4 | 115,2 |
| R-22 | 96,2 | 50,9 |
| Are | -140,7 | 38,4 |
| Hidrogeno | -239,9 | 13,2 |
| Helio | -267,9 | 2,33 |
Líneas de Vapor Seco Constante
El cambio de fase de líquido a vapor se produce progresivamente de la izquierda a la derecha mientras que el cambio de fase de vapor a líquido ocurre de derecha a izquierda.
La mezcla de líquido y vapor cerca de la línea de líquido saturado es casi puro líquido. Al contrario, la mezcla de líquido y vapor cerca de la línea de vapor saturado es casi puro vapor.
Las líneas de “vapor seco” que se extienden desde el punto crítico hasta el fondo a través de la sección central de la tabla y en forma aproximadamente paralela a las líneas de líquido y vapor saturados, indican el porcentaje de vapor en la mezcla con incrementos del 10%.
Por ejemplo, en cualquier punto de la línea de vapor seco más cercana a la línea de líquido saturado, el vapor seco de la mezcla de líquido y vapor (X) es de 0.1, lo que significa que el 10% (por peso) de la mezcla es vapor, y el 90% es líquido.
Líneas de Temperatura Constante
Las líneas de temperatura constante permiten la lectura de la temperatura del refrigerante. Las líneas de temperatura constante en la zona subenfriada son generalmente verticales en la tabla y paralelas a las líneas de entalpía constante. En la sección central, dado que el refrigerante cambia de estado a una temperatura y presión constantes, las líneas de temperatura constante vuelven a cambiar de dirección, y caen bruscamente hacia el fondo de la tabla en la zona de vapor recalentado.
Líneas de Volumen Específico Constante
La lectura de las líneas de volumen específico constante proporciona el “volumen específico” del refrigerante. Las líneas curvas pero casi horizontales que cruzan la zona de vapor recalentado son las líneas de volumen específico constante.
El volumen específico de una materia es el volumen ocupado por una masa de un kilogramo de dicha materia, y se expresa en metros cúbicos por kilogramo (m3 fkg)
Líneas de Entropía Constante
La lectura de las líneas de entropía constante proporciona la entropía del refrigerante. Las líneas curvas que atraviesan en diagonal la zona de vapor recalentado son las líneas de entropía constante.
La entropía de una masa dada de materia en cualquier condición específica en una expresión del total da calor transferido a la materia por grado de temperatura absoluta para llevar dicha materia a esta condición a partir de una condición inicial considerada como el cero de entropía.
Se pueden encontrar el punto de la tabla Mollier que representa la condición del refrigerante en cualquier estado termodinámico particular si se conocen dos propiedades del refrigerante en este estado. Una vez localizado el punto de estado en la tabla, la tabla permite determinar directamente todas las propiedades del refrigerante correspondientes a este estado.
Ciclo de refrigeración en el diagrama de mollier
El ciclo de refrigeración por compresión de vapor simple se compone de cuatro procesos principales: evaporación, compresión, condensación y expansión.
La figura siguiente indica el ciclo de refrigeración que puede representarse en el diagrama de Mollier, tal como se muestra a continuación.
Cómo representar el ciclo de refrigeración en el diagrama mollier
Evaporación
Cuando el refrigerante se evapora a una presión constante inferior, pasa horizontalmente de A a B. Esta línea indica la evaporación del refrigerante, que pasa de líquido a vapor en el evaporador. La distancia entre B y C representa el proceso de absorción de este vapor en una condición de recalentamiento, mientras pasa por el final del evaporador y la línea de aspiración. (Para simplificar el problema, se ignora la caída de presión entre los puntos B y C)
En el punto C el vapor se desplaza hacia la aspiración del compresor y se comprime. Cuando se comprime hacia D, su presión aumenta rápidamente y unas cuantas küocalorías de calor se añaden al vapor mientras se comprime de C a D. El vapor que sale del compresor está recalentado considerablemente; D representa la condición del vapor que sale de la válvula de escape del compresor.
Condensación
La distancia entre D y E representa el proceso de enfriamiento de este vapor recalentado hasta el punto en que comienza a condensarse. En E el vapor no está recalentado y es 100% vapor saturado. La línea de E a F representa el proceso de condensación del refrigerante, que pasa de vapor a líquido en el condensador. El punto F representa la cantidad de calor en el líquido y la presión ejercida sobre el líquido mientras se forma en el condensador.
De F G, el calor del líquido se deduce, (se subenfría) mientras pasa a lo largo de la línea hacia el control de refrigerante.
Expansión
La línea de G a A representa la reducción de presión del líquido mientras pasa a través del orificio de control de la válvula. El ciclo está listo para repartirse.
La figura siguiente indica la relación del ciclo de refrigeración que muestra los estados del refrigerante con el ciclo de refrigeración en el diagrama Mollier (que se denomina diagrama de ciclo).
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