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Diagramme de Mollier

Le diagramme de Mollier est un outil visuel utilisé en thermodynamique pour représenter le comportement d’un fluide dans son cycle de chauffage et de refroidissement. Nommé d’après l’ingénieur Richard Mollier, il représente la relation entre l’enthalpie, la température et la pression d’un gaz réfrigérant. De plus amples détails sur ce diagramme et ses applications possibles sont présentés ci-dessous.

Qu’est-ce que le diagramme de Mollier ?

Le diagramme de Mollier est un graphique représentant les conditions d’un réfrigérant indépendamment de son état thermodynamique. Cette représentation est également valable pour toute partie de son cycle. Il est également connu sous le nom de diagramme Ph ou de diagramme pression-enthalpie. On peut donc dire que le diagramme de Mollier représente toutes les modifications que subit un réfrigérant sur un diagramme de Ph, afin de tirer des conclusions sur son comportement.

Dans le graphique, l’axe vertical est utilisé pour représenter la pression absolue sur une échelle logarithmique. La référence à l’échelle est importante dans le diagramme de Mollier, car les distances entre les points ne sont pas les mêmes que dans une échelle basée sur des distances décimales. L’axe horizontal indique l’enthalpie spécifique (représentée par la lettre « h »), qui est mesurée en kJ par kilogramme de réfrigérant. Il convient donc de noter que l’enthalpie peut être définie comme la quantité de chaleur concentrée dans un réfrigérant dans un état donné. Dans un diagramme de Ph, trois zones distinctes représentent les états physiques du réfrigérant.

Ces zones sont délimitées par une courbe. Il s’agit de la courbe d’Andrews. La courbe d’Andrews délimite la zone liquide, qui se trouve à gauche de cette courbe, la zone liquide et vapeur, à l’intérieur de la courbe, et la zone vapeur, à droite de la courbe.

La représentation de la ligne de saturation dans le diagramme de Mollier

Le diagramme montre la ligne de saturation. Elle coïncide avec le bord de la courbe en cloche du changement de phase et constitue une ligne de grande importance. En effet, cette ligne est chargée de séparer la zone de vapeur surchauffée de la zone de liquide saturé. Dans la partie en cloche du changement de phase, les isothermes ont la même référence que les isobares. Cela signifie que lorsqu’il y a une condensation donnée à pression constante, la température reste également constante. En ce qui concerne les lignes de condensation, il convient de noter qu’il s’agit de lignes droites. Il convient également de noter que le point d’origine du diagramme de Mollier (point de coordonnées 0) se situe à une pression de 1 atmosphère et à une température de 0º.

C’est à ce moment que l’enthalpie et l’entropie sont mises à zéro. Il convient également de noter que le diagramme de Mollier ne représente généralement qu’une seule section d’un espace H-S. C’est-à-dire que les représentations sont généralement limitées aux pressions et températures les plus courantes. De même, la zone liquide dite saturée ou sous-saturée est généralement exclue.

Applications du diagramme de Mollier

Le diagramme de Mollier a de nombreuses applications dans les activités industrielles quotidiennes. L’une des applications les plus importantes des diagrammes de Mollier pour la pression-enthalpie concerne les circuits de refroidissement mécanique. Ces types de circuits sont basés sur les cycles de Carnot inversés, qui reposent sur le principe de la condensation ou de l’évaporation de fluides pour transporter de l’énergie thermique entre différents points.

Plus généralement, on peut dire que les applications du diagramme de Mollier comprennent celles liées au secteur CVC (qui se réfère à tout système de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation), où la connaissance du diagramme de Mollier est essentielle pour la conception des systèmes de climatisation. Ce schéma permet d’optimiser les performances et l’efficacité des différents équipements. Il est donc utilisé pour déterminer quel est le meilleur condenseur et le meilleur évaporateur dans un système fermé. Il est également utile de savoir quel type de compresseur convient le mieux à chacun de ces systèmes. Enfin, il est essentiel pour déterminer la quantité de réfrigérant à utiliser dans le système et pour déterminer l’efficacité énergétique d’un système dans son ensemble.

Caractéristiques

Nous détaillons ci-dessous certaines des caractéristiques du diagramme de Mollier dans sa représentation graphique.

Graphique : En ce qui concerne la représentation graphique elle-même, un diagramme pression-enthalpie pour un gaz ou un fluide frigorigène est produit dans le diagramme de Mollier. Dans ce diagramme, les variables thermodynamiques sont représentées le long de trois lignes.

Valeurs : En ce qui concerne les valeurs trouvées dans les graphiques, on peut distinguer les éléments suivants :

Lignes Isobar : Il s’agit de lignes horizontales indiquant une pression constante.

Lignes d’isoenthalpie : Ensemble de lignes verticales où l’enthalpie est représentée sous une forme constante.

Lignes isothermes : Ensemble de lignes représentant une température constante en fonction de la région où elles se trouvent. Ainsi, s’ils sont dans la région de mélange liquide-gaz (à l’intérieur de la cloche), comme la température variera de la même manière que la pression, les lignes isothermes seront horizontales et parallèles aux isobares. Dans le cas de la zone liquide et de la zone gazeuse (sur les côtés de la cloche), les changements de pression et d’enthalpie dépendent de la chaleur spécifique d’un fluide. Dans le cas d’un liquide, la chaleur spécifique n’est pas liée à la pression. Par conséquent, les lignes isothermes ne varieront qu’en fonction de l’enthalpie et seront tracées verticalement.

Si le fluide est à l’état gazeux, la chaleur spécifique varie en fonction de la pression et les isothermes varient en fonction de l’enthalpie et de la pression, formant ainsi une courbe