Dominando el Diagrama de Mollier: Propiedades y Ciclos de Refrigeración
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El Diagrama de Mollier: Fundamentos y Aplicaciones en Refrigeración
El Diagrama de Mollier es una herramienta gráfica esencial utilizada para representar las propiedades termodinámicas de un fluido refrigerante. Su principal utilidad radica en el cálculo y diseño de compresores frigoríficos, así como en el examen del comportamiento de una instalación y la correcta elección de las líneas frigoríficas.
Líneas de Propiedades Constantes en el Diagrama
El diagrama de Mollier se compone de diversas líneas que representan propiedades constantes del fluido, facilitando la visualización de los estados y procesos:
Líneas de Presiones Absolutas
Cruzan el diagrama horizontalmente y suelen indicar el valor de presión en ambos lados del cuadrante.
Líneas de Entalpía
Cruzan el diagrama verticalmente y nos indican el contenido de calor que tiene 1 kg de refrigerante bajo unas condiciones específicas.
Curva de Saturación
Existe una curva específica para cada fluido que actúa como frontera, delimitando la zona de líquido, la zona de mezcla (líquido y vapor) y la zona de vapor saturado al 100%.
Líneas de Temperatura
La línea de temperatura constante coincide con una presión constante en la zona de líquido. Sigue ascendente a las líneas de entalpía y, en la zona de vapor, cae de forma pronunciada hacia la parte inferior.
Líneas de Volumen Específico
Permiten conocer el volumen que ocupa 1 kg de refrigerante que está totalmente evaporado, en unas condiciones de trabajo específicas.
Líneas de Calidad de Líquido
Se encuentran en la zona de cambio de fase; generalmente, se representan 9 líneas de calidad de líquido.
Líneas de Entropía Constante
Representan la energía térmica necesaria para que un cuerpo pueda efectuar una transformación dada.
Procesos Termodinámicos Fundamentales
En el diagrama de Mollier, se pueden visualizar diferentes transformaciones o procesos termodinámicos:
Transformaciones Isotérmicas (Temperatura Constante)
Si la temperatura de una masa de gas permanece constante, la presión y el volumen de la misma son magnitudes inversamente proporcionales.
Transformaciones Isobáricas (Presión Constante)
Si la presión de una masa gaseosa permanece constante, el volumen de la misma es directamente proporcional a la temperatura.
Transformaciones Isócoras (Volumen Constante)
Si el volumen de una masa gaseosa permanece constante, la presión de la misma es directamente proporcional a la temperatura.
Transformaciones Adiabáticas (Sin Transferencia de Calor)
Son aquellas en las que no hay transferencia de calor con el entorno, lo que implica que el contenido de calor del sistema no cambia durante el proceso.
El Ciclo de Refrigeración en el Diagrama de Mollier
El ciclo de refrigeración simple comprende cuatro funciones básicas, que se representan claramente en el diagrama de Mollier:
- Condensación: El vapor refrigerante a alta presión y temperatura cede calor al ambiente y se condensa en líquido.
- Expansión: El líquido refrigerante a alta presión pasa a través de un dispositivo de expansión, reduciendo su presión y temperatura.
- Evaporación: El refrigerante a baja presión y temperatura absorbe calor del espacio a enfriar y se evapora.
- Compresión: El vapor refrigerante a baja presión es comprimido, aumentando su presión y temperatura, para iniciar un nuevo ciclo.
Recalentamiento de los Vapores
Según el ciclo de refrigeración simple, se admite que el vapor de succión llegue a la entrada del compresor a la presión y temperatura de evaporación. Un ligero recalentamiento asegura que solo vapor entre al compresor, protegiéndolo de daños por líquido.
Subenfriamiento del Líquido
El subenfriamiento ocurre cuando, a una presión determinada, un vapor se condensa completamente en líquido y su temperatura desciende por debajo de la temperatura de saturación correspondiente a esa presión. Esto puede suceder si la temperatura del líquido es más baja que la del medio de condensación, buscando igualarse con ella.
Si existe un subenfriamiento de, por ejemplo, 10°C, la condensación se representa de forma similar al caso de saturación, ya que el cambio de fase se realiza a presión constante (ej. 20 bar) y a temperatura constante (ej. 50°C) hasta alcanzar la curva de saturación del líquido al 100%.
Intercambiadores de Calor Líquido-Gas
Los intercambiadores de calor líquido-gas tienen como misión principal subenfriar el líquido a la salida del condensador utilizando los vapores frescos que abandonan el evaporador. De esta forma, se mejora la calidad del refrigerante a la entrada del dispositivo de expansión. El calor cedido por el líquido es absorbido por el gas que sale del evaporador, recalentándolo. En consecuencia, se logra una mejora significativa en el rendimiento y la seguridad operativa de la instalación frigorífica.