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Mollier-Diagramm

Das Mollier-Diagramm ist ein visuelles Hilfsmittel, um in der Thermodynamik das Verhalten eines Fluids in seinem Heiz- und Kühlzyklus zu veranschaulichen. Benannt nach dem Ingenieur Richard Mollier, stellt es die Beziehung zwischen Enthalpie, Temperatur und Druck eines Kühlgases dar. Weitere Einzelheiten zu diesem Diagramm und seinen Anwendungsmöglichkeiten werden im Folgenden erörtert.

Was ist das Mollier-Diagramm?

Das Mollier-Diagramm ist eine Grafik, die die Bedingungen eines Kältemittels unabhängig von seinem thermodynamischen Zustand darstellt. Diese Darstellung eignet sich auch für jeden Teil des Zyklus. Es wird auch als Ph-Diagramm oder Druck-Enthalpie-Diagramm bezeichnet. Das Mollier-Diagramm kann also alle Veränderungen, die ein Kältemittel durchläuft, in einem Ph-Diagramm darstellen, um Rückschlüsse auf sein Verhalten zu ziehen.

In der Grafik wird die vertikale Achse zur Darstellung des absoluten Drucks auf einer logarithmischen Skala verwendet. Der Skalenbezug ist im Mollier-Diagramm wichtig, da die Abstände zwischen den Punkten nicht die gleichen sind wie bei einer auf Dezimalabständen basierenden Skala. Die horizontale Achse zeigt die spezifische Enthalpie (dargestellt durch den Buchstaben “h”), die in kJ pro Kilogramm Kältemittel gemessen wird. Somit kann die Enthalpie als die Wärmemenge definiert werden, die in einem Kältemittel in einem bestimmten Zustand konzentriert ist. In einem Ph-Diagramm gibt es drei verschiedene Bereiche zur Darstellung der physikalischen Zustände des Kältemittels.

Diese Bereiche werden durch eine Kurve begrenzt. Dabei handelt es sich um die Andrews-Kurve. Die Andrews-Kurve begrenzt den Flüssigkeitsbereich links von dieser Kurve, den Flüssigkeits- und Dampfbereich innerhalb der Kurve und den Dampfbereich rechts von der Kurve.

Die Darstellung der Sättigungslinie im Mollier-Diagramm

Das Diagramm zeigt die Sättigungslinie. Sie stimmt mit dem Rand der Glockenkurve für den Phasenwechsel überein und ist eine Linie von großer Bedeutung. Denn diese Linie ist für die Trennung des überhitzten Dampfbereichs vom gesättigten Flüssigkeitsbereich verantwortlich. In der Phasenwechselglocke haben die Isothermen denselben Bezug wie die Isobaren. Das bedeutet, dass bei einer bestimmten Kondensation bei konstantem Druck auch die Temperatur konstant bleibt. Zu den Kondensationslinien ist anzumerken, dass es sich um gerade Linien handelt. Außerdem ist zu beachten, dass der Ausgangspunkt des Mollier-Diagramms (0-Koordinatenpunkt) bei einem Druck von 1 Atmosphäre und einer Temperatur von 0º liegt.

An diesem Punkt werden Enthalpie und Entropie auf Null gesetzt. Außerdem sollte beachtet werden, dass das Mollier-Diagramm im Allgemeinen nur einen Ausschnitt eines H-S-Raums darstellt. Das heißt, die Darstellungen beschränken sich im Allgemeinen auf die gebräuchlichsten Drücke und Temperaturen. Ebenso wird die sogenannte gesättigte oder untersättigte Flüssigkeitszone im Allgemeinen ausgeschlossen.

Anwendungen des Mollier-Diagramms

Das Mollier-Diagramm findet zahlreiche Anwendungen in der täglichen Industriearbeit. Eine der wichtigsten Anwendungen der Mollier-Diagramme für Druck-Enthalpie ist der mechanische Kühlkreislauf. Diese Art von Kreisläufen basiert auf dem umgekehrten Carnot-Kreisprozess, der auf dem Prinzip der Kondensation oder Verdampfung von Flüssigkeiten beruht, um Wärmeenergie zwischen verschiedenen Punkten zu transportieren.

Ganz allgemein kann man sagen, dass das Mollier-Diagramm auch in der HLK-Industrie (Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen) Anwendung findet, wo die Kenntnis des Mollier-Diagramms für die Auslegung von Klimaanlagen unerlässlich ist. Dieses Diagramm hilft bei der Optimierung der Leistung und der Effizienz der verschiedenen Geräte. Es wird daher verwendet, um zu ermitteln, welcher Verflüssiger und Verdampfer in einem geschlossenen System am besten geeignet ist. Es ist auch nützlich, um den für jedes dieser Systeme am besten geeigneten Verdichtertyp zu kennen. Und schließlich spielt es eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der im System zu verwendenden Kältemittelmenge und bei der Ermittlung der Energieeffizienz eines Systems als Ganzes.

Merkmale

Nachfolgend werden einige Merkmale des Mollier-Diagramms in seiner grafischen Darstellung näher erläutert.

Grafiken: In Bezug auf die grafische Darstellung selbst wird im Mollier-Diagramm ein Druck-Enthalpie-Diagramm für ein Kältemittelgas oder eine Flüssigkeit erstellt. In diesem Diagramm werden die thermodynamischen Variablen entlang dreier Linien dargestellt.

Werte: Hinsichtlich der in den Grafiken gefundenen Werte kann man Folgendes unterscheiden:

Isobare Linien: Dies sind horizontale Linien, die einen konstanten Druck anzeigen.

Isoenthalpielinien: Eine Reihe von vertikalen Linien, in denen die Enthalpie in konstanter Form dargestellt ist.

Isotherme Linien: Eine Reihe von Linien, die eine konstante Temperatur in Abhängigkeit von dem Bereich darstellen, in dem sie sich befinden. Befinden sie sich also im Bereich der Flüssigkeits-Gas-Mischung (im Inneren der Glocke),so sind die Isotherme horizontal und parallel zu den Isobaren, da die Temperatur in gleicher Weise wie der Druck variiert. Im Flüssigkeitsbereich und im Gasbereich (an den Seiten der Glocke) hängen die Änderungen von Druck und Enthalpie von der spezifischen Wärme eines Fluids ab. Im Falle einer Flüssigkeit ist die spezifische Wärme nicht vom Druck abhängig. Daher variieren die isothermen Linien nur in Bezug auf die Enthalpie und werden vertikal aufgetragen.

Befindet sich das Fluid in einem gasförmigen Zustand, ändert sich die spezifische Wärme mit dem Druck, und die Isothermen ändern sich in Abhängigkeit von der Enthalpie und dem Druck, sodass eine Kurve entsteht.