MOLLIER-DIAGRAM

... men verdele alle afzonderlijke moeilijkheden, die men wil oplossen, in zoveel mogelijk onderdelen, waardoor het mogelijk wordt ze op te lossen.

We willen ons met het Mollier diagram vertrouwt maken. Hier hebben wij de gelegenheid het wat eenvoudiger voor te stellen. Regelmatig gebruiken de koeltechnische ingenieurs dit diagram, en wat zij kunnen, moeten anderen toch ook kunnen.

Op het eerste moment lijkt het zeer gecompliceerd, maar we kennen Descartes. Hij gaf ons met zijn raad de sleutel tot de oplossing van ons probleem. Laten we het diagram eens in stukjes bekijken.

Vooreerst bekijken we de randen eens.

De loodrechte linkse lijn geeft de druk aan. Ze wordt aangeduid in bar, maar het kan evengoed in N/m² of Pa. De wiskundigen noemen dit de ordinaat. Merk op dat de rechter kant dezelfde waarden aanduid. De rechte lijn aan de onderkant geeft de warmte-inhoud, ook enthalpie genoemd, weer in kilojoule per kg koudemiddel. De bovenste lijn geeft ook deze waarden weer. Soms is het immers makkelijker waarden langs boven af te lezen. Voor de wiskundigen heet dit de abscis.

Nu gaan we de curven eens bekijken die zich binnen de omkadering bevinden.

We zien duidelijk twee krommen die dikker getekend zijn dan de andere. De linker lijn kentekent de vloeistof toestand van het koudemiddel en daarop vinden we de vloeistoftemperaturen. We ontdekken dat voor elke temperatuur een druk op de linker verticale lijn en een warmte-inhoud op de horizontale lijn overeenkomt. Een vloeistof van bv. -10°C een druk heeft van 3,55 bar en 188 kJ/kg bevat. Dat is eenvoudig te verstaan.

De andere vette kromme rechts kentekent het koelmiddel in het bereik van droge verzadigde damp. Dit wil zeggen dat de laatste druppel vloeistof verdampt is, maar de damp nog niet oververhit is. Dit betekent het einde van de verdamping in de verdamper.

Tussen deze beide vette lijnen liggen er nog andere die ook interessant zijn. Een aantal zijn gemarkeerd met x = … Dit geeft de toestand van het mengsel aan, dus de verhouding tussen damp en vloeistof. Bv. X = 0,4 betekent dat 40% damp en 60% vloeistof voor handen zijn. Hieruit volgt dus dat de linkse kromme zuiver vloeistof voorstelt terwijl het bij de rechter over 100% damp gaat.

De lijnen die met v = … zijn aangeduid geven het soortelijk volume van het koudemiddel aan. Dit is het volume dat 1 kg koelmiddel inneemt. Bv. v = 0,04 m³/kg wil zeggen dat het koelmiddel 40 dm³ per kg inneemt of anders gezegd 1 kg een volume heeft van 40 liter.

Rechts van de rechter vette kromme liggen lijnen die met 50, 100°C aangeduid zijn. Dit gebied noemt het oververhitte damp gebied. De ander lijn in dat gebied is veel abstracter.

Het handelt over de lijnen van constante entropie. Laten we ons niet door dit woord afschrikken, maar opmerken dat de compressie de lijnen van constante entropie volgt.

Laat ons een eenvoudig voorbeeld nemen om te controleren af we alles goed verstaan hebben.

We gaan trachten een koelproces volledig te onderzoeken, en dit met behulp van een vereenvoudigde schets van het Mollier diagram.

We nemen aan dat de koudemiddel vloeistof in de tank een temperatuur van 30°C heeft. Daar het om vloeistof gaat, zoeken we op de vloeistoflijn de temperatuur van -30°C en noemen dit punt 1. Op de linker kant lezen we meteen een druk van 11,88 bar af. Onder of bovenaan vinden we de warmte-inhoud van 1 kg koelmiddel = 237 kJ.

In de vloeistofleiding vinden geen noemenswaardige veranderingen plaats. In het expansieventiel vindt het volgende plaats: druk en temperatuur daling zonder verandering van de warmte-inhoud, omdat de doorgang door het expansieventiel zo snel gaat de er geen, naar de omgeving toe, merkbare veranderingen optreden. We tekenen dus een verticale lijn, omdat de warmte-inhoud niet verandert, in het diagram tot op bv. -15°C, temperatuur waarbij de verdamping plaatsvindt. We lezen hierbij, wederom op de linkerkant van het diagram, een druk af van 2,96 bar.

Het punt 2 bevindt zich tussen twee lijnen nl. x=0,2 en x=0,3. Dit wil zeggen dat het dampgehalte tussen de 20 en 30% (hier is 27% aangenomen) bedraagt. Het vloeistofaandeel is bijgevolg 73%. We merken dus op dat reeds 27% van de vloeistof verdampt is bij de doorgang door het expansieventiel.

In de verdamper blijft de druk, alsook de temperatuur, -15°C, nagenoeg constant. We tekenen dus een horizontale lijn. De warmte-inhoud stijgt omdat het koudemiddel warmte opneemt. Bij het punt 3 aan de uitgang van de verdamper hebben we 100% damp. Hier blijkt een nieuwe eigenschap uit het diagram: druk en temperatuur blijven constant tijdens de verdamping( drukverliezen in de verdamper niet meegerekend). De wamte-inhoud is tot 399 kJ/kg gestegen. Wat betekent dit? Dit wil zeggen dat 1 kg koelmiddel dat door de verdamper stroomt hierbij 399 minus 237 of 162 kJ/kg opgenomen heeft. Als we een installatie van 800 W hebben, geeft een eenvoudige berekening ons dat er 17,8 kg koelmiddel per uur door de installatie moet stromen.

800 J/s x 3600 s/h = 2880000 J/h of 2880 kJ/h; 2880 kJ/h / 162 kJ/kg = 17,78 kg/h

We moeten nu door de zuigleiding. De druk zal dezelfde zijn als in de verdamper (we verwaarlozen drukverliezen in de leiding), maar de damp neemt verder warmte op, en aangezien er geen vloeistof meer is die kan verdampen wordt de damp oververhit. We nemen aan dat de damp tot +10°C wordt oververhit. Dit vinden we weer van punt 3 naar 4. Punt 4 bevindt zich dus op de lijn van +10°C.

Zo komen we aan de compressor, waar de damp een toestandsverandering volgens een lijn van constante entropie volgt tot in punt 5. De temperatuur is daar ongeveer +80°C. De warmte inhoud is tot 454 kJ/kg gestegen.

Er blijft nu nog de doorgang van de condensor met een temperatuursdaling tot +30°C, om uiteindelijk terug in punt 1 uit te komen. De lijn 5-1 geeft de passage van de condensor weer. Er heerst hier een constante druk en een verminderende warmte-inhoud.

De cyclus is nu teneinde.

Nog een interessante berekening is de in de condensor afgevoerde warmte.

Zeer eenvoudig: 454 - 237 = 217 kJ/kg.

Merk op dat we in de verdamper slechts 162 kJ/kg opnamen.

Dit betekent dat de condensor 55 kJ/kg meer afvoert.

Waar komen deze vandaan?

Van de compressorarbeid! In ons voorbeeld maakt dat 34% uit.

Dat was alles en praktisch niets van wat een betere voorstelling moet geven van hetgeen er in de ondoorzichtige leidingen van een koelinstallatie gebeurt.