Diagramma di Mollier

Il diagramma di Mollier è uno strumento visivo utilizzato in termodinamica per rappresentare il comportamento di un fluido nel suo ciclo di riscaldamento e raffreddamento. Prende il nome dall’ingegnere Richard Mollier e rappresenta la relazione tra l’entalpia, la temperatura e la pressione di un gas di raffreddamento. Maggiori dettagli su questo diagramma e sulle sue possibili applicazioni sono illustrati di seguito.

Che cos’è il diagramma di Mollier?

Il diagramma di Mollier è un grafico che rappresenta le condizioni di un refrigerante indipendentemente dal suo stato termodinamico. Questa rappresentazione è valida anche per qualsiasi parte del suo ciclo. È noto anche come diagramma Ph o diagramma pressione-entalpia. Si può quindi dire che il diagramma di Mollier rappresenta tutti i cambiamenti che un refrigerante subisce su un diagramma Ph, al fine di trarre conclusioni sul suo comportamento.

Nel grafico, l’asse verticale è utilizzato per rappresentare la pressione assoluta su scala logaritmica. Il riferimento alla scala è importante nel diagramma di Mollier, poiché le distanze tra i punti non sono le stesse di una scala basata su distanze decimali. L’asse orizzontale mostra l’entalpia specifica (rappresentata dalla lettera “h”), che si misura in kJ per chilogrammo di refrigerante. Si noti quindi che l’entalpia può essere definita come la quantità di calore che si concentra in un refrigerante in un determinato stato. In un diagramma Ph sono presenti tre zone distinte che rappresentano gli stati fisici del refrigerante.

Queste aree sono delimitate da una curva. Questa è la curva di Andrews. La curva di Andrews delimita la zona liquida, che si trova a sinistra di questa curva, la zona liquida e di vapore, all’interno della curva, e la zona di vapore, a destra della curva.

La rappresentazione della linea di saturazione nel diagramma di Mollier

Il diagramma mostra la linea di saturazione. Coincide con il bordo della curva a campana per il cambiamento di fase ed è una linea di grande importanza. Infatti, questa linea è responsabile della separazione della zona di vapore surriscaldato dalla zona di liquido saturo. Nella campana dei cambiamenti di fase, le isoterme hanno lo stesso riferimento delle isobare. Ciò significa che quando si verifica una data condensazione a pressione costante, anche la temperatura rimarrà costante. Per quanto riguarda le linee di condensazione, va notato che si tratta di linee rette. Si noti inoltre che il punto di origine del diagramma di Mollier (punto di coordinate 0) è a 1 atmosfera di pressione e 0º di temperatura.

A questo punto l’entalpia e l’entropia si azzerano. Si noti inoltre che il diagramma di Mollier rappresenta generalmente solo una sezione di uno spazio H-S. In altre parole, le rappresentazioni sono generalmente limitate alle pressioni e alle temperature più comuni. Allo stesso modo, la cosiddetta zona liquida satura o subsatura è generalmente esclusa.

Applicazioni del diagramma di Mollier

Il diagramma di Mollier trova numerose applicazioni nelle attività industriali quotidiane. Una delle applicazioni più importanti dei diagrammi di Mollier per la pressione-entalpia è quella dei circuiti di raffreddamento meccanico. Questi tipi di circuiti si basano sui cicli di Carnot inversi, basati sul principio della condensazione o dell’evaporazione dei fluidi per trasportare energia termica tra punti diversi.

Più in generale, si può dire che le applicazioni del diagramma di Mollier includono quelle relative all’industria HVAC (che si riferisce a qualsiasi sistema di riscaldamento, ventilazione e/o condizionamento), dove la conoscenza del diagramma di Mollier è essenziale per la progettazione di sistemi di condizionamento. Questo diagramma aiuta a ottimizzare le prestazioni e l’efficienza delle diverse apparecchiature. Viene quindi utilizzato per individuare il miglior condensatore ed evaporatore in un sistema chiuso. È inoltre utile sapere quale tipo di compressore è più adatto a ciascuno di questi sistemi. Infine, è essenziale per determinare la quantità di refrigerante da utilizzare nel sistema e per determinare l’efficienza energetica di un sistema nel suo complesso.

Caratteristiche

Di seguito, illustreremo alcune caratteristiche del diagramma di Mollier nella sua rappresentazione grafica.

Grafica: Per quanto riguarda la rappresentazione grafica in sé, il diagramma pressione-entalpia di un gas o fluido refrigerante viene prodotto nel diagramma di Mollier. In questo diagramma, le variabili termodinamiche sono rappresentate lungo tre linee.

Valori: Per quanto riguarda i valori riscontrati nei grafici, si può distinguere quanto segue:

Linee isobare: Si tratta di linee orizzontali che indicano una pressione costante.

Linee isoentalpiche: Un insieme di linee verticali in cui l’entalpia è rappresentata in forma costante.

Linee isotermiche: Un insieme di linee che rappresentano una temperatura costante a seconda della regione in cui si trovano. Pertanto, se si trovano nella regione di miscelazione liquido-gas (all’interno della campana), poiché la temperatura varia nello stesso modo della pressione, le linee isoterme saranno orizzontali e parallele alle isobare. Nel caso della zona liquida e della zona gassosa (ai lati della campana), le variazioni di pressione ed entalpia dipenderanno dal calore specifico di un fluido. Nel caso di un liquido, il calore specifico non sarà correlato alla pressione. Pertanto, le linee isoterme varieranno solo rispetto all’entalpia e saranno tracciate verticalmente.

Se il fluido è allo stato gassoso, il calore specifico cambierà con la pressione e le isoterme cambieranno rispetto all’entalpia e alla pressione, formando così una curva