Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería MecánicaLaboratorio de Refrigeración y Aire Acondicionado “B”

Ing. Jorge Mario Muñoz Paz

INVESTIGACIÓNDIAGRAMA DE MOLLIER

Nombre del Estudiante No. Carné Marlon Emanuel Barrios y Barrios 2012-12653

14 de marzo de 2015

OBJETIVOS

GENERAL - Investigar sobre el diagrama de Mollier para sistemas de

Refrigeración y Aire Acondicionado.

ESPECÍFICOS 1. Conocer las aplicaciones generales del diagrama de Mollier

para refrigeración.2. Investigar las características principales para refrigeración,

que se presentan en el diagrama.

INTRODUCCIÓN

Los diagramas de Mollier para presión vs. Entalpía, como una representación del tipo gráfica en una carta en el plano, donde se muestran los estados posibles de un compuesto químico, que para nuestro estudio es un refrigerante, utilizado en los sistemas de refrigeración o aire acondicionado para un enfriamiento del ambiente o mantener una temperatura de confort. En este diagrama se pueden encontrar características como la Presión en PSI para diagramas Ph en el eje de las ordenadas, y en el eje de las abscisas se registra el valor de entalpías en unidades de masa, muchas de las razones por las cuales utilizar un diagrama de este tipo es por la facilidad de comprensión y estudio, y la rapidez con que se obtienen resultados del análisis de un equipo en cuanto a su rendimiento que será de utilidad para el técnico cuando se presenten complicaciones en su funcionamiento.

Este informe contiene contenido relacionado al Diagrama de Mollier, donde el lector podrá encontrar como se compone este diagrama, y el texto de lo que significa cada parte del mismo, así podrá tener una comprensión necesaria para cuando se desee manipular equipo de refrigeración y se haga el uso de este tipo de diagramas.

DIAGRAMA DE MOLLIER

El diagrama de Mollier para presión entalpía, es la representación gráfica en una carta semi-logarítmica en el plano Presión vs. entalpía de los estados posibles de un compuesto químico especialmente para los gases refrigerantes y es en ella donde se trazan y suelen estudiar los distintos sistemas frigoríficos de refrigeración por compresión.

La información sobre estos cambios para los cálculos se puede obtener de tablas o de manera más sencilla sobre representaciones gráficas, la más utilizada es el diagrama presión entalpía o de Mollier.

Básicamente el diagrama está compuesto por dos ejes principales y tres zonas delimitadas por una curva de saturación.

En el eje de las ordenadas se registra el valor de Presión en (bar) -para diagramas Ph en SI-, eje graduado en escala logarítmica.

El diagrama tiene presión (bar, atm o kPa) en el eje vertical o de ordenadas y entalpía (kJ/Kg o Kcal/kg) en el eje horizontal o de abscisas, y cada punto en el diagrama representa un estado del refrigerante.

Una curva de saturación con forma de “U” invertida la cual determina si el compuesto se encuentra en estado de: líquido sub-enfriado,

líquido saturado, mezcla líquido-vapor, vapor saturado o vapor sobrecalentado (color rojo).

A su vez se definen seis tipos de trazas a través de las cuales se describen los ciclos de refrigeración y los estados de agregación de la materia.

Isobaras: Rectas paralelas que coinciden iguales valores de presión. Estas son perpendiculares al eje de las ordenadas.

Isoentálpicas: Rectas paralelas que coinciden iguales valores de entalpía en masa. Estas son perpendiculares al eje de las abscisas.

Isotermas: que en la zona de líquido sub-enfriado son paralelas a la ordenada y dentro de la campana de mezcla son paralelas a la abscisa, y en la zona de vapor sobrecalentado descienden en forma curva. Estas trazas –“paralelas” entre sí- coinciden los valores de igual temperatura del sistema, y en las tablas Ph en el SI está expresado en grados Celsius (color azul).

Isocoras: Son las curvas que coinciden los puntos con igual volumen específico y también son paralelas entre sí para distintos valores. En el SI está expresado en [m³/kg]. Se desarrollan en la izquierda de la zona de mezcla líquido-vapor y se extiende hacia la derecha hasta la de vapor sobrecalentado hasta el final del diagrama (color verde).

Isoentrópicas: Son las curvas que coinciden los valores de igual entropía en el sistema. En el SI se miden en [kJ/kg K] ó [kJ/kg°C]. Paralelas entre sí y de una elevada pendiente (color amarillo).

Nueve curvas de "título de vapor" o "calidad de vapor" que indican el porcentaje en masa de vapor contenido en la mezcla líquido-vapor. Estas curvas, existentes sólo dentro de la campana de mezcla, son coincidentes en su extremo superior más su extremo inferior se encuentra relativamente equidistante a la adyacente y así sucesivamente. Son nominadas con los valores del 0,1 al 0,9 (color violeta).

En la parte superior de la curva de saturación se define el llamado punto crítico el cual es el límite a partir del que, por mucho que se aumente la presión, no es posible condensar el gas.

Por su parte, cada refrigerante tiene su propio diagrama Ph con particularidades que lo hacen más o menos adecuado a cada aplicación frigorífica y propiedades exclusivas como relación temperatura/presión tanto de saturación como en mezcla, efecto refrigerante, temperatura de descarga del compresor en función de la entropía, entre otros.

Una de las grandes ventajas del diagrama Ph es la facilidad y fiabilidad con que se pueden realizar los cálculos de sistemas frigoríficos y selección de componentes como evaporadores, condensadores, compresores y dispositivos de expansión, tuberías y accesorios, así como trazar todo tipo de sistemas frigoríficos, bien sea de una etapa, compresión múltiple, sistemas en cascada, sistemas con recirculado por bomba y otros.

ZONAS DE LÍQUIDO Y VAPOR SATURADO

Son las que delimitan la denominada campana. En la línea de líquido saturado solo hay líquido al 100% (en estado de equilibrio), a la temperatura de saturación que le corresponde, de acuerdo con la presión a la que está

sometido. De forma que la más ligera adición de calor provocará la aparición de la primera burbuja.

En la línea de vapor saturado solo hay vapor al 100%, en estado de equilibrio, de forma que la más pequeña sustracción de calor provocará la aparición de una gota de líquido.

Punto crítico: Es el punto más alto de la campana, en este punto por mucho que se incremente la presión ya no es posible condensar.

RECALENTAMIENTO:

Es la diferencia de temperaturas existente entre la temperatura real del refrigerante en estado vapor y la temperatura de saturación correspondiente a la presión a la cual se halla el mismo. La primera se mide con un termómetro (temperatura termométrica ), mientras que la segunda se mide con un manómetro, y se lee o bien en el mismo manómetro o, transformándose a presión absoluta, en la tabla de refrigerante, recibiendo por ello el nombre de temperatura manométrica. Ambas mediciones deben hacerse en el mismo punto del circuito, pues de lo contrario no medirían un recalentamiento real.

SUBENFRIAMIENTO:

Es la diferencia de temperaturas existente entre la temperatura de saturación correspondiente a la presión a la cual se halla el refrigerante y la temperatura real del líquido. Como en el caso anterior se deben comparar las temperaturas manométrica y termométrica.

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.

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 hori-zontales 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 espe-cífica 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 con-dición 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.

FUENTES DE INFORMACIÓN

Máquinas y Equipos Térmicos, IES ESTELAS DE CANTABRIA. Diagrama de Mollier. PDF.

Diagrama de Molliere, publicado por Gerfri, octubre de 2012, encontrado en: http://www.tuaireacondicionadoweb.com.